DE2150755C3 - Steuerbares Druckminderventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung, dessen Steuerkolben ohne Steuerfeder über einen hydraulischen Verstärker zu verstellen ist und bei dem ein Teilbereich der einen Stirnseite des Steuerkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist

Bei einem bekannten Druckminderventil dieser Art wird die der vom Verbraucherdruck beaufschlagten Stirnseite gegenüberliegende Stirnseite des Steuerkolbens unmittelbar vom Pumpendruck beaufschlagt Der den Verbraucherdruck festlegende Steuerdruck wird hierbei auf einen Teilbereich der der vom Pumpendruck beaufschlagten Stirnfläche gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerkolbens geleitet, so daß die sich aus der Summe der Produkte aus dem Verbraucherdruck und dem diesem Verbraucherdruck zugeordneten Teilbereich der Stirnfläche und aus dem Steuerdruck und diesem zugeordneten Restbereich der Stirnfläche des Steuerkolbens ergebende Kraft der aus dem Produkt aus dem Pumpendruck und der diesem zugeordneten gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerkolbens sich ergebenden Kraft entgegenwirkt. Der Steuerkolben ist ausgeglichen, wenn die einander entgegen gerichteten Kräfte gleich sind. Im Falle des Kräftegleichgewichtes befindet sich der Steuerkolben in der Ausgangsstellung, d. Iu der Verbraucher ist von der Druckmittelquelle und dem Tank getrennt Auf Grund dieser am Kolben wirkenden Kräfte ergibt sich, daß mit kleiner werdendem vom hydraulischen Verstärker erzeugten Steuerdruck der sich danach einstellende Verbraucherdruck steigt und umgekehrt Da bei diesem bekannten Druckminderventil die vom Pumpendruck beaufschlagte Steuerkolbenstirnfläche genau so groS ist, wie die vom Verbraucherdruck beaufschlagte Sieuerkolbenstirnfläche, ergeben sich für die Ansteuerung des Druckminderventiles Schwierigkeiten, wenn der Verbraucherdruck gleich dem Pumpendruck sein solL In diesem Falle maß der Steuerdruck ίο den Wert Null erreichen, was praktisch nur durch Absperren der Steuerflüssigkeit durch den hydraulischen Verstärker durchführbar ist Dies läßt sich nur mit erheblichem technischem Aufwand bewerkstelligen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein servogesteuertes Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung unter Verwendung eines hydraulischen Verstärkers als Servoteü zu schaffen, bei dem unter Ausnutzung des gesamten Regelbereiches des hydraulischen Verstärkers jeder Druck zwischen dem Wert Null und dem Pumpendruck mit einfachen Mitteln sicher einzustellen ist

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht daß der Steuerkolben zu beiden Seiten von von einem symmetrischen hydraulischen Verstärker erzeugten Driik-2s ken beaufschlagt ist, die in an sich bekannter Weise in einer von der Nullstellung des Verstärkers abweichenden Steuerstellung voneinander verschiedene Größen aufweisen und daß die von der Steuerflüssigkeit des hydraulischen Verstärkers beaufschlagten einander gegenüberliegenden wirksamen Flächen des Steuerkol bens voneinander abweichende Größe aufweisen, wobei die kleinere der beiden wirksamen Flächen des Steuerkolbens auf der Seite liegt, auf der der vom Verbraucherdruck beaufschlagte Teilbereich der Stirnfläehe des Steuerkolbens liegt

Dadurch, daß die eine Stirnfläche des Steuerkolbens nicht mehr unmittelbar vom Pumpendruck, sondern von dem einen Steuerdruck des hydraulischen Verstärkers beaufschlagt ist, läßt sich infolge der vom hydraul)-sehen Verstärker bewirkten am Steuerkolben wirken den Druckdifferenz in Verbindung mit dem am Steuerkolben wirkenden Verbraucherdruck eine genaue Festlegung des Verbraucherdruckes durchführen, und zwar unabhängig von der gewählten Größe. Dies gilt insbesondere für den Wert Null und dem dem Pumpendruck entsprechenden Größtwert Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich eine Änderung des Pumpendrukkes wertmäßig nur zur Hälfte auf den Verbraucherdruck auswirken kann. Es sind an sich Druckminderventile in 3-Wege-Ausführung bekannt deren Steuer kolben ebenfalls von einer von einem hydraulischen Verstärker bewirkten Druckdifferenz angesteuert werden. Diese Druckdifferenz wirkt jedoch mit einer den Steuerkolben in Öffnungsrichtung belastenden Regelfe-SS der zusammen. Die Verwendung einer Regelfeder hat den Nachteil, daß der eingestellte Verbraucherdruck stark von der Größe des Arbeitsmittelstromes abhängig ist Im Bereich der Strömungsrichtungsumkehr des Arbeitsmittels tritt sogar eine sprunghafte Änderung des eingest. 'ten Verbraucherdruckes auf. Bei einem ausschließlich vom Steuer- und Verbraucherdruck beaufschlagten Steuerkolben fällt die Abhängigkeit des eingestellten Minder- bzw. Regeldruckes von der Größe des Arbeitsmittelstromes praktisch nicht ins Gees wicht Hinzu kommt, daß auch eine größere Steuerkantenüberdeckung des Steuerkolbens die Kennlinie nicht beeinflußt Dadurch läßt sich der Steuerflüssigkeitsbedarf besonders klein halten.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wirken die Steuerkanten des Steuerkolbens jeweils mit einer oder mehreren Durchbrechungen in der Führungsbohrung für den Steuerkolben als Steueröffnungen zusammen. Damit ergibt sich gegenüber einem ringförmigen Querschnitt als Steueröffnung der Vorteil, daß ein längerer Hub des Steuerkolbens für eine bestimmte Arbeitsmittelmenge erforderlich ist Dies wirkt sich insbesondere günstig auf eine stabile Druckeinstellung aus. Für die Fertigung kann es auch vorteilhaft sein, die Durchbrechungen am Steuerkolben vorzusehen, die in diesem Falle mit einer kreisförmigen Steuerkante an der FOhrungsbohrung für den Steuerkolben im Ventilgehäuse zusammenwirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematise!·, dargestellt

In der einzigen Figur ist mit 1 der Steuerkolben bezeichnet, der in einer Gehäusebohrung 2 geführt ist Der Steuerkolben weist eine umlaufende Nut 3 auf, in deren Bereich die mit dem Verbraucher V in Verbindung stehende Leitung 4 einmündeL Die umlaufende Steuerkante Xa des Steuerkolbens wirkt mit den Durchbrechungen 5 zum über die Leitung 6 mit dem Tank T in Verbindung stehenden umlaufenden Gehäuseraum 7 zusammen. Die umlaufende Steuerkante 16 des Steuerkolbens wirkt mit den Durchbrechungen 8 des umlaufenden mit der Druckmittelquelle P über die Leitung 9 in Verbindung stehenden Gehäuseraum 10 zusammen. In der gezeigten Ausgangsstellung des Steuerkolbens 1 ist der Verbraucher Vsowohl vom Tank Tals auch von der Druckmittelquelle P getrennt Der Steuerkolben 1 weist auf der einen Seite eine zylindrische Verlängerung Ic geringeren Durchmessers auf, die in einer entsprechenden Gehäusebohrung 11 geführt ist. Der Steuerkolbenraum 12 steht über die Leitung 13 mit der Strahldüse 14 und der ringförmige Steuerkolbenraum 15 steht über die Leitung 16 mit der zum Verbraucher V führenden Leitung 4 in Verbindung und der von der Steuerkolbenverlängerung Ic begrenzte Steuerraum 17 steht über die Leitung 18 mit der Strahldüse 19 in Verbindung. Die beiden Strahldüsen 14 und 19 stehen ihrerseits mit einer Prallplatte 20 in Wirkverbindung, deren Abstand zu den Düsenöffnungen 14a bzw. 19a von einem nicht gezeigten beispielsweise elektrischen Stellmagneten als Anstellantrieb veränderbar ist. Von dem über die Leitung 9 mit der Druckmittelquelle P verbundenen Ringraum 10 führt eine Leitung 21 zu den miteinander verbundenen Abzweigleitungsabsch.iitten 13a bzw 18a. In dem Abzweigleitungsabschnitt 13a ist eine feststehende Düse 22 und in dem Abzweigleitungsabschnitt 18a eine feststehende Düse 23 angeordnet Diese feststehenden Düsen bilden in Verbindung mit den Strahldüsen 14, 19 und der Prallplatte 20, sowie deren nicht gezeigtem Anstellantrieb den symmetrischen hydraulischen Verstärker.

In der gezeigten Ausgangsstellung der Prallplatte ist deren Abstand zu den Strahldüsenaustritten 14a bzw. 19a gleich groß. Der sich hierbei ergebende ringförmige Drosselquerschnitt zwischen der Prallplatte und dem Düsenaustritt 14a bzw. 19a ist ebenso groß, ' wie der Drosselquerschnitt der feststehenden Drossel 22 und 23. Dadurch stellt sich in den Leitungen 13 und 18 genau der halbe Druck des in der Verbindungsleitung 21 herrschenden Pumpendruckes ein, so daß auch im Steuerkolbenraum 12, sowie im Raum 17 der halbe Pumpendruck wirkt. Da die den Steuerkolbenraum begrenzende stirnseitige Steuerkolbenfläche Xd großer ist, als die den Raum 17 begrenzende stirnseitige Flache Ie der Steuerkolbenverlängerung It; bewegt sich der Steuerkolben 1 zunächst in Richtung des Raumes 17 und verbindet über die Durchbrechungen 8 die Druckmittelquelle P mit dem Veroraucher V. Sobald der Verbraucherdruck, der auf die Ringfläche l/des Steuerkolbens wirkt, so weit angestiegen ist, daß er dem halben Pumpendruck entspricht, ist der Steuerkolben 1 kräftemäßig ausgeglichen. Ein weiterer Anstieg des Verbraucherdruckes würde sofort ein Schließen des Steuerkolbens 1 zur Folge haben und gegebenenfalls ein Öffnen der Tankseite T mit dem Verbraucher V bewirken. Wird beispielsweise über einen elektrischen Stellmagneten die Prallplatte 20 aus ihrer gezeigten Ausgangslage um einen bestimmten Betrag beispielsweise in Richtung der Strahldüse 19 verschwenkt, erhöht sich der Druck in der Leitung 18, während er sich um den gleichen Betrag in der Leitung 13 verringert Das damit verbundene auf den Steuerkolben 1 wirkende Druckungleichgewicht verschiebt den Steuerkolben in Richtung des Kolbenraumes 12, so daß eine Verbindung des Verbrauchers V mit dem Tank T über die Durchbrechungen 5 freigegeben wird. Die damit verbundene Druckabsenkung im Verbraucher wirkt sich über die Abzweigleitung 16 auch in dem Raum 15 aus, so daß die Ringfläche Xf des Steuerkolbens 1 mit diesem geringeren Verbraucherdruck beaufschlagt wird. Sobald der Verbraucherdruck so weit abgesunken ist daß die Summe der Produkte aus der ringförmigen Steuerkolbenfläche l/und dem Verbraucherdruck und der Fläche Ie der Steuerkolbenverlängerung Ic und dem Steuerdruck in der Steuerleitung 18 mit dem Produkt aus der Stirnfläche Xddes Steuerkolbens und dem Steuerdruck in der Steuerleitung 13 gleich ist, ist der Steuerkolben kräftemäßig wieder ausgeglichen und trennt bei einem weiteren Absinken des Verbraucherdruckes den Verbraucher V wieder vom Tank. Mit Erreichen der gezeigten Ausgangsstellung des Steuerkolbens 1 ist der Regelvorgang beendet und der neue Verbraucherdruck eingestellt Wird die Prallplatte 20 in Richtung der Strahldüse 14 verschwenkt, steigt der Druck in der Steuerleitung 13, während er in der Steuerleitung 18 um denselben Betrag abnimmt Das damit am Steuerkolben 1 wirkende Druckungleichgewicht verschiebt diesen in Richtung des Raumes 17, so daß der Verbraucher mit der Druckmittelquelle P verbunden wird. Der damit verbundene Druckanstieg im Verbraucher V pflanzt sich über die Abzweigleitung in den ringförmigen Steuerkolbenraum 15 fort und beaufschlagt dort die Ringfläche 1/. Sobald der Verbraucherdruck so weit angestiegen ist, daß der Steuerkolben 1 wieder kräftemäßig ausgeglichen ist, verschiebt er sich bei einem weiteren Druckanstieg des Verbrauchers in Richtung des Kolbenraumes 12 und trennt in der gezeigten Ausgangsstellung die Druckmittelquelle P vom Verbraucher V, so daß ein weiterer Druckanstieg im Verbraucher wirkungsvoll unterbunden ist.

Dadurch, daß das Arbeitsmittel von der Druckmittelquelle P über die Durchbrechungen 8 von dem ringförmigen Gehäuseraum 10 in den von der umlaufenden Nut des Steuerkolbens gebildeten Kammer einströmt und vom Verbraucher V über die Durchbrechungen in den mit dem Tank T verbundenen Gehäuseraum abströmt wirken am Steuerkolben nur kleine Strömungskräfte, so daß sich nur eine geringe Abhängigkeit des Regeldruckes von der durchströmenden Arbeitsmittelmenge ergibt. Je kleiner der freie Gesamtquerschnitt dieser Durchbrechungen bezogen auf einen be-

stimmten Hub des Steuerkolbens gewählt wird, auf einen um so größeren Hub muß sich der Steuerkolben einstellen, um eine bestimmte Arbeitsmittelmenge passieren zu lassen und um so kleiner sind die am Steuerkolben wirkenden Strömungskräfte.

Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführungsbeispiel gebunden, insbesondere kann aus der Steuerleitung 18 der Steuerdruck auch in den ringförmigen Steuerkolbenraum 15 und der Verbraucherdruck über die Abzweigleitung 16 in den Raum 17 geleitet werden, ohne die Funktion des Druckminderventils zu beeinträchtigen. Auch das Verhältnis zwischen der Ringfläche if und der Stirnflache Ie der Steuerkolbenverlängerung Ic kann ohne die Wirkungsweise des Druckminderventils zu verändern, den Gegebenheiten, insbesondere der Leistung des die erste Stufe bildenden hy draulischen Verstärkers angepaßt werden, je größer der Durchmesser der Stirnfläche leder Steuerkolbeinverlängerung lic gewählt wird, um so kleiner wird zwangläufig die Ringfläche l/i so daß sich der diese

S Ringfläche if beaufschlagende Verbraucherdruck nur gering auf die Regelung auswirken kann. Dadurch wird es ermöglicht, mit einem wesentlich geringeren vom hydraulischen Verstärker bewirkten Differenzdruck den Verbraucherdruck von seinem Minimalwert auf

ίο seinen Größtwert auszuregeln. Bei voller Ausnutzung des Regelbereiches des hydraulischen Verstärkers läßt sich bei kleinem erforderlichem maximalem Differenzdruck, der Verstärkungsfaktor der hydraulischen Verstärkung des auf die Prallplatte 20 wirkenden Ein-

is gangssignals entsprechend erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Il Steuerbares Druckminderventil in 3-Wege-Ausfuhrung, dessen Steuerkolben ohne Steuerfeder eber einen hydraulischen Verstärker zu verstellen ist und bei dem ein Teilbereich der einen Stirnseite fies Steuerkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (1) zu beiden Seiten (id. ie) von von einem symmetrischen hydraulischen Verstärker (14,19.20, 22, 23) erzeugten Drücken beaufschlagt ist, die in an sich bekannter Weise in einer von der Nullstellung des Verstärkers abweichenden Steuerstellung voneinander verschiedene Größe aufweisen und daß die von der Steuerflüssigkeit des hydraulischen Verstärkers beaufschlagten einander gegenüberliegenden wirksamen Flächen (id, le) des Steuerkolbens (1) voneinander abweichende Größe aufweisen, wobei die kleinere (Ie) der beiden wirksamen Flächen des Steuerkolbens auf der Seite liegt, auf der der vom Verbraucherdruck (V) beaufschlagte Teilbereich (1/) der Stirnfläche des Steuerkolbens (1) liegt
2. 2. Druckminderventil nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (la, ib) des Steuerkolbens (1) jeweils mit einer oder mehreren Durchbrechungen (5,8) in der Führungsbohrung (2) für den Steuerkolben als Steueröffnungen zusammenwirken.
3. 3. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Durchbrechungen am Steuerkolben (1) vorgesehen sind, die mit einer ringförmigen Steuerkante der Führungsbohrung (2) zusammenwirken.