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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft ein Drucksteuerungsventil zum Steuern eines Druckabfalls über das
Ventil, wobei das Ventil ein Ventilgehäuse umfasst, das einen verschiebbaren
Kolben aufweist, der gefedert gegen eine neutrale Position in dem
Ventilgehäuse angeordnet
ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Flüssigkeitsventilanordnung, die
solch ein Drucksteuerungsventil umfasst.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In
Flüssigkeitskreisläufen, so
wie hydraulischen und pneumatischen Kreisläufen, ist es oft wünschenswert,
einen konstanten Druck über
eine Flüssigkeitsvorrichtung,
so wie ein Drosselventil oder Ähnliches,
beizubehalten. Konventionell wurde dies erreicht durch Bereitstellen
eines Drucksteuerungsventils, das in dem Flüssigkeitskreislauf vor oder nach
der Flüssigkeitsvorrichtung
angeordnet ist. Das Drucksteuerungsventil ist ein druckgesteuertes
Ventil, das gesteuert wird durch den Druckabfall über die Flüssigkeitsvorrichtung.
Pilotdruckleitungen sind flussaufwärts und flussabwärts von
der Flüssigkeitsvorrichtung
verbunden, und die Pilotdrücke
wirken auf einen gefederten Kolben in dem Drucksteuerungsventil.
Die Flüssigkeitsvorrichtung
kann ein Drosselventil sein, das angeordnet ist zum Bereitstellen
eines eingestellten Druckabfalls. Die Federkraft in dem Drucksteuerungsventil
ist so ausgewählt,
dass der Kolben in einer vorbestimmten Position gehalten wird. Wenn
sich der Druckabfall erhöht
oder vermindert, bewirkt die Druckdifferenz zwischen den Pilotdruckleitungen,
dass sich der Kolben zum Schließen oder Öffnen des
Drucksteuerungsventils bewegt, um einen konstanten Druck über das
Drosselventil beizubehalten.
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Dieser
Typ von Drucksteuerungsventil ist bereitgestellt bzw. angeordnet
zum Steuern des Druckabfalls in einer Richtung des Flusses durch
den Flüssigkeitskreislauf.
Neueste Entwicklungen in der Flüssigkeitskreislaufsteuerung
führten
zum Bedarf eines energieeffizienteren Betriebs von Flüssigkeitsvorrichtungen
und Kreisläufen,
umfassend einen Bedarf zum Wiederherstellen eines Flüssigkeitsdrucks
für regenerative
Zwecke, um Druck- und Flussverluste zu minimieren. Flusskreisläufe dieses
Typs können bereitgestellt
sein mit Mitteln zum Steuern von Flüssigkeitsdruck in beiden Richtungen.
Um dies zu erreichen, muss ein wie oben beschriebener Kreislauf
mit zwei Drucksteuerungsventilen bereitgestellt sein, die so verbunden
sind, dass die Ventile den Druckabfall in entgegengesetzten Richtungen
des Flüssigkeitsflusses
steuern können.
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Ein
Problem dieser Anordnung ist, dass ein zusätzliches Ventil benötigt wird
für jede
Aufstellung bzw. jeden Ort in einem Flüssigkeitskreislauf, was zu einer
Erhöhung
der Kosten, der Komplexität
und dem Gewicht des Flüssigkeitskreislaufs
führt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Das
obere Problem wurde gelöst
durch ein Drucksteuerungsventil und eine Anordnung gemäß den angefügten Ansprüchen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Drucksteuerungsventil, das ein Ventilgehäuse umfasst,
das einen verschiebbaren Kolben aufweist, der gefedert gegen eine
neutrale Position in dem Ventilgehäuse angeordnet ist. Das Ventilgehäuse kann
einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss für eine Flüssigkeit
aufweisen, wobei die ersten und zweiten Anschlüsse verbunden sind, um einen
Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil zu ermöglichen.
Die ersten und zweiten Anschlüsse
sind mit Flüssigkeitsleitungen
verbunden, wobei Flüssigkeit
in beide Richtungen fließen
kann. Ein erster Pilotanschluss kann mit einer Pilotkavität verbunden
sein, die in dem Ventilgehäuse
benachbart zu einer ersten Endfläche
des Kolbens angeordnet ist, und ein zweiter Pilotanschluss kann
mit einer ähnlichen
Pilotkavität
benachbart einer gegenüberstehenden
zweiten Endfläche
des Kolbens verbunden sein. Die Pilotanschlüsse können mit einer Flüssigkeitsleitung
auf beiden Seiten einer Flüssigkeitsvorrichtung
verbunden sein, die einen Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung bewirkt, wobei
die Flüssigkeitsvorrichtung
mit jedem der ersten und zweiten Anschlüsse verbunden sein kann.
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Der
Kolben umfasst eine erste und eine zweite Steuerungsfläche, die
in einer ersten bzw. einer zweiten Kavität angeordnet sind, wobei die
ersten und zweiten Kavitäten
einen Querschnitt aufweisen, der größer als der Querschnitt des
Kolbens ist. Die ersten und zweiten Kavitäten können durch eine dritte Kavität verbunden
sein, wobei die dritte Kavität
einen Querschnitt aufweist, der vorzugsweise aber nicht notwendigerweise
gleich dem Querschnitt des Kolbens ist. Gemäß einem Beispiel sind diese
Querschnitte zumindest gleich, wodurch die Abschnitte des Kolbens,
der eine Steuerungsfläche
umfasst, in die dritte Kavität
bewegt werden kann, um einen Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil zu verhindern. Gemäß einem weiteren Beispiel kann
jede Steuerungsfläche
eine erste oder eine zweite Pfanne kontaktieren, die deren entsprechenden
ersten und zweiten Steuerungsflächen
gegenüberstehen,
um Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil zu verhindern. Die Pfannen können mit dem Inneren der dritten
Kavität
angeordnet sein oder benachbart einer Öffnung, wo sich die dritte
Kavität
in die entsprechenden ersten und zweiten Kavitäten öffnet. Um es einer Flüssigkeit
zu ermöglichen,
zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen zu fließen, weist
ein zentraler Abschnitt des Kolbens einen reduzierten Durchmesser
zwischen den Steuerungsflächen
auf. Der Kolben kann betriebsfähig
sein, um gegen die Federkraft in Reaktion auf eine Druckdifferenz
verschoben zu werden, die einen vorbestimmten Wert zwischen dem
ersten und dem zweiten Pilotanschluss übersteigt. Die erste und die
zweite Kavität
sind entfernt von den entsprechenden ersten und zweiten Pilotkavitäten an den ersten
und zweiten Enden des Kolbens angeordnet.
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Wenn
die Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Pilotkavitäten einen
vorbestimmten Wert übersteigt,
wird die auf das Ende des Kolbens ausgeübte Kraft größer sein
als die Kraft, die ausgeübt
wird durch die Federkraft, die auf den Kolben wirkt, um diesen in
seiner neutralen Position zu halten. Der Kolben wird dann gegen
die Federkraft verschoben und eine erste und zweite Steuerungsfläche ist
in Abhängigkeit
von der Richtung der Verschiebung so angeordnet, um den Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil zu begrenzen, wenn sich die erste oder die zweite
Steuerungsfläche
der dritten Kavität
nähert.
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Solange
die Druckdifferenz, die auf das Drucksteuerungsventil in eine erste
Richtung wirkt, unterhalb einem vorbestimmten Maximalwert ist, ist die
erste Steuerungsfläche
angeordnet zum Begrenzen des Flüssigkeitsflusses
durch das Ventil in einer ersten Richtung, wenn sich die erste Steuerungsfläche der
dritte Kavität
nähert,
um einen konstanten Druckabfall beizubehalten. Gleichfalls, wenn der
Druckabfall in der entgegengesetzten Richtung auftritt, ist die
zweite Steuerungsfläche
angeordnet zum Begrenzen des Flüssigkeitsflusses
durch das Ventil in einer entgegengesetzten zweiten Richtung, wenn
sich die zweite Steuerungsfläche
der dritten Kavität
nähert.
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Wenn
der Druckabfall den Maximalwert übersteigt,
kann das Ventil nicht länger
einen konstanten Druckabfall aufrechterhalten. In diesem Fall ist
die erst Steuerungsfläche
angeordnet, um einen Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil in einer ersten Richtung zu verhindern, wenn der
Teil des Kolbens, der die erste Steuerungsfläche umfasst, in die dritte Kavität eintritt
oder die erste Pfanne kontaktiert. Gleichfalls, wenn der Druckabfall
in der entgegengesetzten Richtung auftritt, ist die zweite Steuerungsfläche angeordnet
zum Verhindern eines Flüssigkeitsflusses
durch das Ventil in einer entgegengesetzten zweiten Richtung, wenn
der Teil des Kolbens, der die zweite Steuerungsfläche umfasst,
in die dritte Kavität eindringt
oder die zweite Pfanne kontaktiert.
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Die
erste und die zweite Steuerungsflächen sind vorzugsweise aber
nicht notwendigerweise einander gegenüberstehend auf entgegengesetzten Seiten
der dritten Kavität
angeordnet. Die Steuerungsflächen
können
ringförmige
Flächen
umfassen, die im Wesentlichen bei rechten Winkeln zu der Hauptachse
des Kolbens angeordnet sind, getrennt durch einen Abschnitt des
Kolbens, der einen reduzierten Durchmesser aufweist. Um es zu ermöglichen,
dass der Fluss zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen graduell
auf eine gesteuerte Art und Weise unterbrochen wird, kann der Kolben
Fluss steuernde Vertiefungen in dessen Außenumfang benachbart zu jeder
Steuerungsfläche
umfassen. Alternativ können
die flusssteuernden Vertiefungen in dem oder benachbart zu dem inneren
Umfang der ersten und zweiten Pfannen in oder benachbart der dritten
Kavität
angeordnet sein. Die Vertiefungen weisen einen Querschnitt auf,
der sich in die Richtung der entsprechenden ersten und zweiten Steuerungsfläche vergrößert und
diese kreuzt. Die Vertiefungen können
jede geeignete Form aufweisen, so wie eine V-Form, eine halbrunde
Form oder eine rechteckige Form.
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Die
auf den Kolben wirkende Feder kann vorzugsweise aber nicht notwendigerweise
eine Spiralfeder sein. Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist der Kolben in einer ersten Richtung gefedert durch eine Feder,
die an dem ersten Ende des Kolbens angeordnet ist, wobei die Feder
zwischen dem Ventilgehäuse
und dem ersten Ende des Kolbens gehalten ist. Ebenso ist der Kolben
in einer entgegengesetzten zweiten Richtung durch eine zweite Feder
gefedert, die an dem zweiten Ende des Kolbens angeordnet ist. Die
zweite Feder ist zwischen dem Ventilkörper und dem zweiten Ende des
Kolbens gehalten. Wenn der Druckabfall über das Drucksteuerungsventil
kleiner ist als der Druck, der benötigt wird zum Bewegen des Kolbens
gegen die Vorspannung einer der ersten oder zweiten Federn, wird
der Kolben in seiner neutralen Position verharren. In dem oberen
Beispiel wirkt auf dem Kolben vorzugsweise lediglich eine der Federn
zu einer Zeit.
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Gemäß einem
Beispiel kann das Drucksteuerungsventil angeordnet sein zum Aufrechterhalten des
gleichen Druckabfalls in beiden Richtungen des Flüssigkeitsflusses.
In diesem Fall weisen die erste und zweite Feder die gleiche Federkonstante
auf, und die gleiche Vorspannung wird auf jede Feder ausgeübt.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel kann das Drucksteuerungsventil angeordnet sein
zum Aufrechterhalten von Druckabfällen unterschiedlicher Größen in den
entsprechenden ersten und zweiten Richtungen des Flüssigkeitsflusses.
Dies wird erreicht durch Bereitstellen einer ersten und einer zweiten
Feder, die unterschiedliche Vorspannungspegel aufweisen. Diese Anordnung
kann einen vorbestimmten Druckabfall in einer ersten Richtung des Flusses
durch das Ventil ermöglichen,
während
der Druckabfall in der entgegengesetzten zweiten Richtung höher sein
kann, wenn die Vorspannung auf die Spiralfeder, die gegen den letzten
Druckabfall wirkt, entsprechend höher ist.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
ist der Kolben in der ersten und der zweiten Richtung durch eine
einzelne Spiralfeder gefedert, die an dem einen Ende des Kolbens
angeordnet ist. Dies kann erreicht werden durch eine einzelne Feder,
die an einem Ende des Kolbens befestigt ist, wobei die Feder mit
axial getrennten Stopps interagieren kann, die in dem Ventilgehäuse angeordnet
sind. Wenn der Druckabfall über
das Drucksteuerungsventil niedriger ist als der Druck, der benötigt wird
zum Bewegen des Kolbens gegen die Vorspannung der Feder, wird der Kolben
in seiner neutralen Position verharren. In dem oberen Beispiel wirkt
die Feder auf den Kolben, sobald der Kolben aus seiner neutralen
Position verschoben wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Flüssigkeitsventilanordnung, umfassend:
eine Flüssigkeitsleitungsanordnung
mit einer ersten und einer zweiten Leitung, wobei die erste Leitung
mit einer Zuführung bzw.
Versorgung von Flüssigkeitsdruck
verbindbar ist, und wobei die zweite Leitung mit einem hydraulischen
Verbraucher verbindbar ist. Die Flüssigkeitsventilanordnung umfasst
ein Drucksteuerungsventil wie oben beschrieben und eine Flüssigkeitsvorrichtung,
die einen Druckabfall zwischen den ersten und zweiten Flüssigkeitsleitungen
bewirkt. Die Flüssigkeitsvorrichtung
ist mit einem der ersten und zweiten Anschlüsse des Drucksteuerungsventils
verbunden, und die Pilotanschlüsse
des Drucksteuerungsventils sind mit Flüssigkeitsleitungen auf beiden
bzw. auf jeder Seite der Flüssigkeitsvorrichtung
verbunden. Das Drucksteuerungsventil ist angeordnet zum Steuern des
Druckabfalls über
die Flüssigkeitsvorrichtung
unabhängig
von der Richtung des Flüssigkeitsflusses.
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In
dem folgenden Text wird der Ausdruck ”Flüssigkeitsverbraucher” verwendet
als ein kollektiver Begriff für
alle Flüssigkeit
konsumierenden Vorrichtungen, so wie hydraulische oder pneumatische Kolbenzylinderanordnungen
und hydraulische Motoren, die betrieben werden können unter Verwendung dieser
Ventilanordnung.
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Gemäß einem
ersten Beispiel kann die Flüssigkeitsvorrichtung
ein Drosselventil umfassen. Das Drosselventil kann steuerbar sein,
um den Druckabfall über
das Drosselventil zu erhöhen
oder zu vermindern.
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Gemäß einem
zweiten Beispiel kann die Flüssigkeitsvorrichtung
ein Paar von steuerbaren Zweiwegeventilen umfassen, die parallel
zwischen den ersten und zweiten Pilotleitungen verbunden sind. Jedes
Zweiwegeventil kann auch bereitgestellt sein mit einem separaten
oder integrierten Rückschlagventil,
wobei die Zweiwegeventile den Flüssigkeitsfluss
in entgegengesetzten Richtungen steuern können.
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Gemäß einem
dritten Beispiel kann die Flüssigkeitsvorrichtung
ein steuerbares Dreiwegeventil mit einem geschlossenen Zentrum umfassen.
Der Ventilkolben kann mit einem Paar von integrierten Rückschlagventilen
bereitgestellt sein, wobei das Ventil den Flüssigkeitsfluss in entgegengesetzten Richtungen
steuern kann.
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Die
Ventilanordnung kann auch eine elektronische Steuerungseinheit zum
Steuern von zumindest der oben beschriebenen Flüssigkeitsvorrichtung umfassen.
Die Größe und die
Richtung des Druckabfalls können
bestimmt werden unter Verwendung eines Öffnungsmaßsensors in dem Drucksteuerungsventil
insbesondere durch Detektieren der Position eines Kolbens in dem
Drucksteuerungsventil. Der Kolben in dem Drucksteuerungsventil kann
einen Öffnungsmaßsensor
umfassen, der die Position eines Kolbens bestimmt. Gemäß einem
Beispiel weist das Drucksteuerungsventil die Form eines Kolbenventils auf,
und der Öffnungsmaßsensor
ist ein Positionssensor, der eine Position des Kolbens bestimmt.
Ein bestimmtes Öffnungsmaß bzw. ein
bestimmter Öffnungsgrad
des Ventils wird jeder Position des Kolbens zugeordnet, wobei die
Position des Kolbens eine indirekte Bestimmung des Öffnungsmaßes erlaubt.
Ein Hall-Sensor, ein LVDT (linear variabler differentieller Transducer)
oder jeder andere geeignete Sensor kann als Positionssensor verwendet
werden. Die Steuerungseinheit berücksichtigt eine nicht-lineare Korrelation
zwischen der Position des Kolbens und des Öffnungsmaßes der Ventilanordnung. Solch eine
Korrelation kann beispielsweise als eine Funktion oder als eine
Tabelle gespeichert werden, so dass es für die Steuerungseinheit einfach
ist, die Position des Kolbens zu einem Öffnungsmaß und einem korrespondierenden
Druckabfall zu konvertieren.
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Auf
diese Art und Weise ermöglicht
das Ausgabesignal von jedem Öffnungsmaßsensor
der Steuerungsvorrichtung, die Größe und der Richtung eines Druckabfalls über die
Ventilanordnung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit
bestimmen, dass der Druck in der Leitung von dem Flüssigkeitsverbraucher
größer ist
als der Druck in der Zuführungsverbindung.
In Abhängigkeit
der gewünschten
Richtung des Betriebs des hydraulischen Verbrauchers kann eine Ventilanordnung,
umfassend ein Paar von steuerbaren Zweiwegeventilen oder ein steuerbares
Dreiwegeventil, wie diese oben beschrieben sind, gesteuert werden
zum Auswählen
eines regenerativen Modus während
des Betriebs des Flüssigkeitsverbrauchers.
Dies ermöglicht
es, dass ein relativ höherer
Druck von dem Flüssigkeitsverbraucher
wiederhergestellt wird durch Öffnen
eines geeignet steuerbaren Ventils und Rückführen von unter Druck gesetzter
Flüssigkeit
zu der Druckverbindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die Zeichnungen lediglich
für den Zweck
der Illustration ausgeführt
sind und keine Definition der Grenzen der Erfindung bezwecken, für die Bezug
auf die angefügten
Ansprüche
zu nehmen ist. Ferner ist zu verstehen, dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise
maßstabsgerecht
gezeichnet sind, und dass die Zeichnungen, solange nichts Anderes
angegeben ist, lediglich dazu dienen, schematisch die Strukturen
und Prozeduren zu illustrieren, die hier beschrieben sind.
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1 zeigt
ein Schema-Diagramm eines Drucksteuerungsventils gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
ein Drucksteuerungsventil von 1 im Betrieb;
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3 zeigt
ein Schema-Diagramm eines Drucksteuerungsventils gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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4 zeigt
das Drucksteuerungsventil von 3 im Betrieb;
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5 zeigt
eine Ventilanordnung gemäß einem
ersten Beispiel; und
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6 zeigt
eine Ventilanordnung gemäß einem
zweiten Beispiel.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein Schema-Diagramm eines Drucksteuerungsventils 100 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Gemäß dieser
Ausführungsform
umfasst das Drucksteuerungsventil ein Ventilgehäuse 101, das einen
verschiebbaren Kolben 102 aufweist, der gefedert gegen
eine neutrale Position in dem Ventilgehäuse 101 angeordnet
ist. Das Ventilgehäuse 101 weist
einen ersten Anschluss 103 und einen zweiten Anschluss 104 für Flüssigkeit auf,
wobei die ersten und zweiten Anschlüsse 103, 104 verbunden
sind, um einen Flüssigkeitsfluss durch
das Ventil zu ermöglichen.
Die ersten und zweiten Anschlüsse 103, 104 sind
mit Flüssigkeitsleitungen 105, 106 verbunden,
wobei Flüssigkeit
in beide Richtungen fließen
kann. Ein erster Pilotanschluss 107 ist mit einer Pilotkavität 109 verbunden, die
in dem Ventilgehäuse 101 benachbart
einer ersten Endfläche 111 des
Kolbens 102 angeordnet ist, und ein zweiter Pilotanschluss 108 ist
mit einer gleichartigen Pilotkavität 110 benachbart einer
entgegengesetzten zweiten Endfläche 112 des
Kolbens 102 verbunden. Die Pilotanschlüsse 107, 108 sind mit
einer ersten Flüssigkeitsleitung 105 auf
beiden bzw. auf allen Seiten der Flüssigkeitsvorrichtung 114 verbunden,
die einen Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung 105, 106 bewirkt.
In diesem Beispiel ist die Flüssigkeitsvorrichtung
ein steuerbares Drosselventil 114, das mit dem ersten Anschluss 103 verbunden ist.
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Alternativ
ist es auch möglich,
das Drosselventil mit dem zweiten Anschluss zu verbinden, und eine
Quelle von Flüssigkeitsdruck
mit beiden der ersten oder zweiten Anschlüsse zu verbinden, während die
Funktion des Drucksteuerungsventils aufrechterhalten wird.
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Der
Kolben 102 umfasst eine erste und eine zweite Steuerungsfläche 115, 116,
die sich in einer ersten bzw. einer zweiten Kavität 117, 118 befinden, wobei
die erste und zweite Kavität 117, 118 einen Querschnitt
aufweisen, der größer ist
als der Querschnitt des Kolbens 102. Die ersten und zweiten
Kavitäten 117, 118 sind
durch eine dritte Kavität 120 verbunden,
wobei die dritte Kavität
einen Querschnitt aufweist, der gleich dem Querschnitt des Kolbens 102 ist,
wodurch ermöglicht
wird, dass die Abschnitte des Kolbens 102, der eine Steuerungsfläche 115, 116 aufweist,
sich in die dritte Kavität
bewegt. Um ein Fließen
von Flüssigkeit
zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 102, 103 zu
ermöglichen,
weist ein zentraler Abschnitt 119 des Kolbens einen reduzierten
Durchmesser zwischen den Steuerungsflächen 115, 116 auf.
Der Kolben kann betriebsfähig sein,
um gegen die Federkraft verschoben zu werden in Reaktion auf eine
Druckdifferenz, die einen vorbestimmten Wert zwischen dem ersten
und dem zweiten Pilotanschluss 107, 108 übersteigt.
Die erste und die zweite Kavität 117, 118 sind
entfernt von den entsprechenden ersten und zweiten Pilotkavitäten 109, 110 angeordnet
an den ersten und zweiten Enden 111, 112 des Kolbens 102.
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1 zeigt
das Drucksteuerungsventil 100 mit dem Kolben 102 in
dessen neutraler Position. Der Kolben 102 wird durch eine
erste und eine zweite Feder 121, 122 in dieser
Position gehalten. Die Federn 121, 122 werden
in deren entsprechenden Positionen zwischen einer äußeren Endfläche der
entsprechenden Pilotkavität 109, 110 und
einem Sicherungsblech bzw. einem Dichtungsring 123, 124 gehalten. Wenn
sich der Kolben 102 in dessen neutraler Position befindet,
sind die Federn 121, 122 angeordnet zum in Kontakt
Halten der Dichtungsringe 123, 124 mit einem Stopp,
der sich in der internen Umfangsfläche befindet, die die ersten
und zweiten Pilotkavitäten 109, 110 begrenzen,
wie auch die entsprechende Endfläche 111, 112 des
Kolbens 102.
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Eine
Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Leitung 105, 106 wird
durch den Drosseleffekt des Drosselventils 114 bewirkt.
Der Druckabfall über
das Drosselventil 114 bewirkt eine Druckdifferenz zwischen
den ersten und den zweiten Pilotanschlüssen 107, 108 und
deren entsprechenden ersten und zweiten Pilotkavitäten 109, 110.
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Wenn
die Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Pilotkavitäten 109, 110 einen
vorbestimmten Wert übersteigt,
wird die auf das Ende des Kolbens 102 ausgeübte Kraft
größer als
die Kraft, die durch die Federkraft auf den Kolben 102 ausgeübt wird,
um diesen in seiner neutralen Position zu halten. 2 zeigt
das Drucksteuerungsventil von 1 im Betrieb,
wobei die Flussrate F1 und der Druckabfall
von der ersten Leitung 105 zu der zweiten Leitung 106 auftreten.
Der Kolben wird dann gegen die zweite Feder 122 verschoben,
und die erste Steuerungsfläche 115 ist
angeordnet, um den Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil zu begrenzen, wenn sich die erste Steuerungsfläche 115 einer
ersten Steuerungsecke bzw. Steuerungsflanke 125 zwischen
der ersten Kavität 117 und
der dritten Kavität 120 annähert. Eine
gleichartige zweite Steuerungsecke bzw. Steuerungsflanke 126 zum
Zusammenwirken mit der zweiten Steuerungsfläche 116 ist zwischen
der zweiten Kavität 118 und
der dritten Kavität 120 angeordnet.
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Solange
die auf das Drucksteuerungsventil in die erste Richtung wirkende
Druckdifferenz, wie in 2 gezeigt, unterhalb einem vorbestimmten
Maximalwert ist, ist die erste Steuerungsfläche 115 angeordnet,
um den Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil 100 in einer ersten Flussrichtung F1 zu begrenzen, wenn sich die erste Steuerungsfläche 115 der
ersten Steuerungsflanke 125 und der dritten Kavität 120 annähert, um
einen konstanten Druckabfall beizubehalten. Ebenso, wenn der Druckabfall
in der entgegengesetzten Richtung auftritt, ist die zweite Steuerungsfläche 116 angeordnet
zum Begrenzen des Flüssigkeitsflusses
durch das Ventil in einer entgegengesetzten zweiten Richtung, wenn
sich die zweite Steuerungsfläche 116 der
zweiten Steuerungsflanke 126 und der dritten Kavität 120 annähert.
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Wenn
der Druckabfall den Maximalwert übersteigt,
dann ist das Ventil nicht länger
in der Lage, einen konstanten Druckabfall beizubehalten. In diesem
Fall ist die erste Steuerungsfläche 115 angeordnet,
um einen Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil in die erste Richtung F1 zu
verhindern, wenn der Teil des Kolbens 102, der die erste
Steuerungsfläche 115 umfasst,
in die dritte Kavität 120 eintritt.
Ebenso, wenn der Druckabfall in der entgegengesetzten Richtung auftritt,
ist die zweite Steuerungsfläche 116 angeordnet,
um einen Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil in einer entgegengesetzten zweiten Richtung zu
verhindern, wenn der Teil des Kolbens, der die zweite Steuerungsfläche 116 umfasst,
in die dritte Kavität 120 eintritt.
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3 zeigt
ein Schema-Diagramm eines Drucksteuerungsventils 200 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung. Das Drucksteuerungsventil 200 von 2 unterscheidet
sich von dem Ventil 100 von 1 darin,
dass die Federkraft auf das Ventil 200 durch eine einzelne
Spiralfeder 221 bewirkt wird. Für die Teile, wo die Komponententeile
identisch zu denen von 1 sind, werden die Bezugszeichen
von 1 verwendet. Die grundlegende Funktion des Kolbens 102 zum
Beibehalten eines konstanten Druckabfalls über ein Drucksteuerungsventil 200 in 3 ist
für alle
praktischen Zwecke identisch zu der von 1.
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Der
Kolben 102 wird in seiner neutralen Position durch eine
einzelne Feder 221 gehalten, die an der ersten Endposition
des Kolbens angeordnet ist. Die Feder 221 wird in dieser
Position zwischen einem ersten und einem zweiten Sicherungsblech
bzw. Dichtungsring 223, 224 gehalten. Der erste
Dichtring 223 ist gegen ein Stopp bzw. Anschlag in der
internen Umfangsfläche
angeordnet, die die ersten und zweiten Pilotkavitäten 109, 110 abgrenzen,
neben der ersten Endfläche 111 des
Kolbens 102. Der zweite Dichtring 224 ist gegen
ein Stopp angeordnet benachbart einer äußeren Endfläche der ersten Pilotkavität 109.
Ein Halteteil 222 ist an der ersten Endfläche 111 des
Kolbens 102 angefügt,
wobei sich das Halteteil 222 weg von der Endfläche 111 und
durch eine Öffnung
in der zweiten Dichtung 224 erstreckt. Ein vergrößerter Abschnitt
des Halteteils 222 ist im Kontakt mit einer Rückfläche der
zweiten Dichtung 224. Dies ermöglicht es, dass die zweite
Dichtung zusammen mit dem Kolben 102 verschoben wird, und
dass die Feder 221 komprimiert wird, wenn der Kolben 102 in
einer Richtung weg von der ersten Pilotkavität 109 verschoben wird
in Reaktion auf einen relativ hohen Druck in der ersten Leitung 105.
Wenn sich der Kolben 102 in seiner neutralen Position befindet,
ist die Feder 221 angeordnet zum Halten der Dichtringe bzw.
der Sicherungsdichtungen 223, 224 in Kontakt mit
deren gegenüberliegenden
Stopps in der ersten Pilotkavität 109,
wie auch die Endfläche 111 des
Kolbens 102.
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4 zeigt
das Drucksteuerungsventil von 1 im Betrieb,
wobei die Flussrichtung F2 und der Druckabfall
von der zweiten Leitung 106 zu der ersten Leitung 105 auftreten.
Der erhöhte
Druck in der zweiten Pilotkavität 110 bewirkt,
dass der Kolben 102 gegen die Feder 221 verschoben
wird. Die erste Endfläche 111 des
Kolbens 102 wird die erste Dichtung 223 in Richtung
der stationären
zweiten Dichtung 224 schieben, die Feder 221 komprimierend.
Der vergrößerte Abschnitt
des Halteteils 222 wird sich von dem Kontakt mit der zweiten
Dichtung 224 weg bewegen und in eine Kavität, die für diesen
Zweck bereitgestellt ist. Die zweite Steuerungsfläche 116 ist
angeordnet zum Begrenzen des Flüssigkeitsflusses
durch das Ventil, wenn sich die erste Steuerungsfläche 116 einer
ersten Steuerungsflanke 126 zwischen der zweiten Kavität 118 und
der dritten Kavität 120 annähert.
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Solange
die Druckdifferenz, die auf das Drucksteuerungsventil in die in 4 gezeigte
zweite Richtung F2 wirkt, unterhalb eines
vorbestimmten Maximalwertes ist, ist die erste Steuerungsfläche 116 angeordnet
zum Begrenzen des Flüssigkeitsflusses durch
das Ventil 200 in die zweite Flussrichtung F2, da
sich die zweite Steuerungsfläche 116 der
zweiten Steuerungsflanke 126 und der dritten Kavität 120 annähert. Wenn
der Druckabfall den Maximalwert übersteigt,
ist das Ventil nicht länger
in der Lage, einen konstanten Druckabfall aufrecht zu erhalten.
In diesem Fall ist die zweite Steuerungsfläche 116 angeordnet,
um einen Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil in eine entgegengesetzte zweite Richtung zu verhindern,
wenn der Teil des Kolbens 102, der die zweite Steuerungsfläche 116 umfasst,
in die dritte Kavität 120 eintritt.
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Die
erste und die zweite Steuerungsfläche 115, 116 sind
sich gegenüberstehend
auf entgegengesetzten Seiten der dritten Kavität 120 angeordnet. Die
Steuerungsflächen umfassen
ringförmige
Flächen,
die im Wesentlichen bei rechten Winkeln zu der Hauptachse des Kolbens 102 angeordnet
sind, getrennt durch einen Abschnitt 119 des Kolbens 102, der
einen reduzierten Durchmesser aufweist. Um es zu ermöglichen,
dass der Fluss zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen graduell
auf eine gesteuerte Art und Weise unterbrochen wird, umfasst der
Kolben eine Anzahl von Fluss steuernden Vertiefungen 127, 128 in
dessen äußerem Umfang. 4 zeigt vier
Vertiefungen in den äußeren Umfang
des Kolbens 102 benachbart zu jeder Steuerungsfläche, wobei
die Vertiefungen einen Querschnitt aufweisen, der sich in die Richtung
der entsprechenden ersten und zweiten Steuerungsfläche 115 und 116 vergrößert und
kreuzt. Die Vertiefungen sind vorzugsweise in regelmäßigen Abständen um
den äußeren Umfang angeordnet
und können
jede geeignete Form aufweisen, so wie eine V-Form, eine halbrunde Form oder eine
rechteckige Form.
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Die
Ausführungsformen
der 1 bis 4 zeigen eine Flüssigkeitsventilanordnung,
wobei das Drucksteuerungsventil über
eine Flüssigkeitsvorrichtung
in Form eines steuerbaren Drosselventils 114 verbunden
ist.
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Ein
zweites Beispiel ist in 5 dargestellt, die eine Flüssigkeitsventilanordnung
zeigt, die das Drucksteuerungsventil 100 von 1 verwendet, wobei
die Flüssigkeitsvorrichtung
ein erstes und ein zweites steuerbares Zweiwegeventil 501, 502 verwendet,
das parallel zwischen den ersten und zweiten Pilotleitungen 107, 108 verbunden
ist. Jedes Zweiwegeventil 501, 502 ist mit einem
integrierten Rückschlagventil
bereitgestellt, wobei die Zweiwegeventile 501, 502 den
Flüssigkeitsfluss
in entgegengesetzte Richtungen steuern können.
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Ein
drittes Beispiel ist in 6 dargestellt, die eine Flüssigkeitsventilanordnung
zeigt, die ein Drucksteuerungsventil 100 von 1 verwendet, wobei
die Flüssigkeitsvorrichtung
ein steuerbares Dreiwegeventil 601 mit einem geschlossenen
Zentrum umfasst. Der Ventilkolben ist mit einem Paar von integrierten
Rückschlagventilen
bereitgestellt, wobei das Ventil den Flüssigkeitsfluss in entgegengesetzte Richtungen
steuern kann.
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Die
Ventilanordnungen in den 5 und 6 können eine
elektronische Steuerungseinheit ECU umfassen zum Steuern von zumindest
den Ventilen 501, 502; 601, die oben
beschrieben sind. Die Verbindungen zwischen der elektronischen Steuerungseinheit
ECU und den entsprechenden Ventilen 501, 502; 601 sind
mit gestrichelten Linien 503, 504; 603 angegeben.
Die Größe und Richtung
des Druckabfalls über
die Ventilanordnung wird bestimmt unter Verwendung eines Öffnungsmaßsensors 505, 605 in dem
Drucksteuerungsventil, insbesondere durch Detektieren der Position
des Kolbens 102 in dem Drucksteuerungsventil 100.
Für diesen
Zweck ist ein Ende des Kolbens 102 bereitgestellt mit dem Öffnungsmaßsensor
in Form eines Positionssensors 505, 605, schematisch
in den 5 und 6 angezeigt, wobei der Sensor
die Position des Kolbens 102 bestimmt. Die Verbindungen
zwischen der elektronischen Steuerungseinheit ECU und dem entsprechenden
Positionssensor 505, 605 sind mit gepunkteten
Linien 506, 606 angegeben. Ein bestimmtes Öffnungsmaß des Drucksteuerungsventils
wird jeder Position des Kolbens zugeordnet, wobei die Position des
Kolbens eine indirekte Bestimmung des Öffnungsmaßes bzw. des Öffnungsgrads
ermöglicht bzw.
erlaubt. Ein Hall-Sensor, ein LVDT (linear variabler differentieller
Transducer) oder jeder andere geeignete Sensor kann als Positionssensor
verwendet werden. Die elektronische Steuerungseinheit berücksichtigt
eine nicht-lineare Korrelation zwischen der Position des Kolbens
und des Öffnungsmaßes der
Ventilanordnung. Solch eine Korrelation kann beispielsweise gespeichert
werden als eine Funktion oder als eine Tabelle, so dass es für die elektronische Steuerungseinheit
ECU einfach ist, die Position des Kolbens mit einem Öffnungsmaß und einem
korrespondierenden Druckabfall zu konvertieren.
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Auf
diese Art und Weise ermöglicht
das Ausgabesignal von jedem Öffnungsmaßsensor 505, 605 es
der elektronischen Steuerungseinheit ECU, die Größe und Richtung eines Druckabfalls über die
Ventilanordnung zu bestimmen. Beispielsweise kann die elektronische
Steuerungseinheit ECU bestimmen, dass der Druck in der Leitung von
dem Flüssigkeitsverbraucher
größer ist
als der Druck in der Versorgungsverbindung. In Abhängigkeit
der gewünschten Betriebsrichtung
des Flüssigkeitsverbrauchers
können
eine Ventilanordnung, umfassend ein Paar von steuerbaren Zweiwegeventilen
oder ein steuerbares Dreiwegeventil, wie oben beschrieben, gesteuert werden
zum Auswählen
eines regenerativen Modus während
des Betriebs des Flüssigkeitsverbrauchers. Dies
ermöglicht
es, dass ein relativ höherer
Druck von dem Flüssigkeitsverbraucher
wiederhergestellt wird durch Öffnen
eines geeigneten steuerbaren Ventils und Zurückführen von unter Druck gesetzter Flüssigkeit
zu der Druckverbindung. Die gewünschte Betriebsrichtung
wird beispielsweise ausgewählt durch
einen Betreiber, der ein Steuerungssignal (nicht dargestellt) zu
der elektronischen Steuerungseinheit ECU überträgt.
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In
dem in 5 gezeigten Beispiel kann die erste Leitung 105 eine
Versorgungsverbindung sein, und die zweite Leitung 106 kann
mit einem Flüssigkeitsverbraucher
(nicht dargestellt) verbunden sein. Um den oben beschriebenen regenerativen
Betrieb durchzuführen,
muss die elektronische Steuerungseinheit ECU zuerst ein Signal von
dem Positionssensor 505 empfangen, das anzeigt, dass der
Druck in der zweiten Leitung 106 den Druck in der ersten
Leitung 106 übersteigt.
Wenn dies der Fall ist, überträgt die elektronische
Steuerungseinheit ECU ein Signal zu dem Zweiwegeventil 501,
um die Ventilanordnung für
Flüssigkeitsfluss
in die Richtung der ersten Leitung 105 zu öffnen.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel ermöglicht das
Positionssignal von dem Öffnungsmaßsensor 505,
dass die elektronische Steuerungseinheit ECU bestimmt, ob das zweite
Ventil 502 geöffnet
werden kann durch Zuführen
von Druck zu den Flüssigkeitsverbrauchern,
oder ob eine Pumpenbetätigung
benötigt
wird zum Aufrechterhalten eines gewünschten Druckabfalls über die
Ventilanordnung. Wenn die elektronische Steuerungseinheit ECU bestimmt, dass
der Druck in der Versorgungsleitung 105 nicht ausreichend
ist, kann diese ein Signal zu einer steuerbaren Pumpe (nicht dargestellt) übertragen,
um den Versorgungsdruck zu erhöhen.
Nur wenn der Druckabfall bei oder in der Nähe eines gewünschten Wertes
ist, kann das zweite Zweiwegeventil betätigt werden durch die elektronische
Steuerungseinheit ECU in Reaktion auf ein Steuerungssignal von einem Betreiber.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
und Beispiele begrenzt, sondern kann innerhalb des Bereichs der
Ansprüche variiert
werden. Daher können
andere feste oder steuerbare Ventilkombinationen die Ventile ersetzen, die
die Flüssigkeitsvorrichtung
bildet, die in den 4–6 gezeigt
sind. Die Ventilanordnung kann auch angeordnet sein zum Steuern
des Flüssigkeitsflusses
zwischen einem Flüssigkeitsverbraucher
und einem Tank.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Drucksteuerungsventil, umfassend einen verschiebbaren
Kolben (102), der gefedert gegen eine neutrale Position
angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss (103) und ein
zweiter Anschluss (104) verbunden sind, um es einer Flüssigkeit
zu ermöglichen,
durch das Ventil zu fließen.
Ein erster und ein zweiter Pilotanschluss sind mit einer Kavität verbunden,
die benachbart einer ersten und eine zweiten Endfläche des
Kolbens (102) ist. Die Pilotanschlüsse (107, 108)
sind mit einer Flüssigkeitsleitung
auf beiden Seiten einer Flüssigkeitsvorrichtung
(114; 501, 502; 601) verbunden,
die einen Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung
bewirkt, wobei die Flüssigkeitsvorrichtung
(114; 501, 502; 601) mit einem
der ersten oder zweiten Anschlüsse verbunden
ist. Der Kolben (102) umfasst eine erste und zweite Steuerungsfläche (115, 116),
die sich in einer ersten und zweiten Kavität befinden, die durch eine
dritte Kavität
verbunden sind. Der Kolben (102) wird gegen die Federkraft
versetzt in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem ersten
und dem zweiten Pilotanschluss, wobei die erste und zweite Steuerungsfläche angeordnet
ist zum Begrenzen des Flüssigkeitsflusses
durch das Ventil, wenn sich die erste oder zweite Steuerungsfläche der
dritten Kavität
(120) annähert.
Die Erfindung betrifft auch eine Ventilanordnung, die solch ein
Drucksteuerungsventil umfasst.