DE2216063A1 - Elektro-hydraulisches Ventil zur Steuerung der Durchflußmenge - Google Patents

Description

Sperry Rand Corporation US-Ser.No. 132 698

Troy Mich. V.St.A.

Elektro-hydraulisches Ventil zur Steuerung der Durchflußmenge

Die Erfindung betrifft ein elektro-hydraulisches Mengensteuerventil mit einer einen Auslaß und einen Einlaß verbindenden Hauptdurchlaßleitung.

In hydraulischen Kraftübertragungssystemen sind häufig Durchflußmengen-Steuerventile erforderlich, welche die durch eine Durchlaßleitung hindurchströmende Durchflußmenge unabhängig vom Eingangs- und Ausgangsdruck, die in zeitlich kurzer Aufeinanderfolge erheblich streuen können, auf einem konstanten Wert halten. Durch gemeinsame Verwendung eines einstellbaren Drosselventils und eines Druckausgleichsventils, die einen · konstanten Druckabfall an der Drossel sicherstellen, wurde diesen Erfordernissen Rechnung getragen. Häufig ist es jedoch erforderlich, daß solch ein Ventil ferngesteuert eingestellt werden kann, indem beispielsweise elektro-hydraulische Wandler . zum Einstellen der veränderbaren Drossel vorgesehen werden. Die bisher bekannten elektro-hydraulischen Steuerungen hatten jedoch unerwünschte Auswirkungen auf das Hauptmengen-Steuersystem, indem sie zu Schwingungen und fehlerhaftem Arbeiten Anlaß gaben und nicht vollkommen betriebssicher arbeiteten,

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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein ferngesteuertes elektro-hydraulisches Mengensteuerventil ohne die vorstehend erwähnten Nachteile zu schaffen, welches mit großer Betriebssicherheit genau auf die Änderungen des auf ihn einwirkenden elektrischen Signals anspricht, das hohe Lebensdauer hat und wirtschaftlich herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Mengensteuerventil der eingangs erwähnten Art gelöst durch ein Ventil einstellbarer Durchlaßgröße und ein Druckausgleichsventil zur Aufrecht erhaltung einer konstanten aber einstellbaren Durchflußmenge in der Haupt durc hl aßl ei t ung; einen Hilfsdurchlaß vom Einlaß zum Auslaß bildende Einrichtungen; ein in der Nahe des in Strömungsrichtung vorderen Endes des Hilfsdurchlasses angeordnetes Druckminderventil, welches im Hilfsdurchlaß einen auf einen konstanten Wert reduzierten Druck einstellt; eine feste Drosselstelle im Hilfsdurchlaß; ein in Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle angeordnetes, elektrisch gesteuertes Klappenventil; auf den Druck zwischen der Drosselstelle und dem Klappenventil ansprechende Einrichtungen zur Vorspannung des Ventils einstellbarer Durchlaßgröße in eine und Einrichtungen zur Vorspannung des Ventils in die entgegengesetzte Richtung; und durch eine zwischen dem Ventil einstellbarer Durchlaßgröße und dem Klappenventil angeordnete Rückkopplungseinrichtung.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Aus-

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führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig.. 1 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mengensteuerventils;

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Ventils;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 2; und

Fig. 7 ein hydraulisches Schaltbild des Ventils.

Zunächst wird auf Fig. 7 Bezug genommen, aus der zu entnehmen ist, daß das Ventil einen Haupteinlaß 10, einen Auslaß 12 und eine zwischen diesen verlaufende Durchlaßleitung 14 aufweist. Das einstellbare Haupt-Drosselventil 16 wird durch ein Servostellorgan 18 mit kleiner Fläche auf seiner linken Seite und ein Servostellorgan 20 auf seiner rechten Seite hilfskraftbetätigt. Ein Druckausgleichventil 22 weist einen großen Arbeitskolben 24 auf, der durch eine Feder 26 in Öffnungs st ellung vorgespannt ist. Der in der Durchlaßleitung 14 an einem in Strömungsrichtung vor dem Drosselventil 16 herrschende Druck wirkt auf die linke Fläche des Ventils 22 und über Leitungen 28 und 30 auch des Kolben 24 ein, während der in Strömungsrichtung

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hinter dem Drosselventil 16 herrschende Druck Über die Leitung 32 auf die rechte Stirnfläche des Kolbens 24 einwirkt. Das Ventil 22 hält auf diese Weise einen konstanten Druckabfall am Drosselventil 16 aufrecht, dessen Größe durch die Kraft der Feder 26 und die Fläche des Kolbens 24 bestimmt ist, so daß für jede vorgegebene Einstellung des Drosselventils 16 die Durchflußmenge unabhängig von am Einlaß 10 auftretenden DruckSchwankungen konstant gehalten wird.

Zur fernbetätigten Veränderung der Stellung des Drosselventils 16 ist ein elektro-hydraulischer Wandler vorgesehen. Er weist eine Magnetspule 34 mit einem Anker 36 auf, der gleichzeitig als Ventilklappe wirkt, und eine durch die Mitte der Magnetspule 34 verlaufende Düse 38 steuert. Eine mit einem Filter 42 versehene Durchlaßleitung 40 ist zur Lieferung von Steuermedium von der Durchlaßleitung 14 in der Nähe ihres Einlasses abgezweigt und führt zu. einem Druckminderventil 44. Eine alternative Einspeisungsmöglichkeit von Steuermedium von einer äußeren Quelle ist bei 46 gezeigt. Bei Verwendung dieses Einlasses kann der Filter 42 durch einen Stopfen ersetzt werden. In jedem Fall wird in der Ausladeitung 48 durch das Druckminderventil 44 Steuermedium konstanten Drucks zur Verfügung gestellt. Die Auelaßleitung 48 führt direkt zum Stellorgan 18 kleiner Fläche und über eine Zweigleitung 50 und eine feste Drosselstelle 52 zur Düse 38 und zur Ventilklappe 36. Zwischen diesen Leitungsabschnitten führt eine Zweigleitung 54 zum rechts liegenden Stellorgan 20 größerer Fläche. Um zwischen

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dem Klappenventil und dem Drosselventil ein geschlossenes Servosystem herzustellen, werden sie durch eine Feder 56 verbunden, welche die Stellung des Drosselventils 16 in Abhängigkeit von der auf den Anker bzw. die Ventilklappe 36 einwirkenden Kraft rückkoppelt. Das Ventil weist außerdem einen äußeren Abflußanschluß 58 mit einem Rückschlagventil auf, welches mit der die Ventilklappe 36 umgebenden Kammer und mit dem federseitigen Ende des Druckminderventils 44 verbunden ist. ■

Im folgenden wird auf die Figuren 1 bis 6 Bezug genommen, in denen ein tatsächliches Ausführungsbeispiel des in Fig. 7 schematisch dargestellten Durchflußmengen-Steuerventils gezeigt ist. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt ein Gehäuse 62, welches in Fig. 1 in der Vorderansicht und in Fig. 2 in der Seitenansicht gezeigt ist. Von oben gleicht seine Konfiguration etwa der Form eines T, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Das Gehäuse 62 ist für die sogenannte Tafelmontage geeignet ausgebildet, wobei es an einer ebenen, mit geeigneten Anschlußbohrungen, die mit den Anschlüssen des Gehäuses fluchten, versehenen Fläche befestigt wird. Zu diesem Zweck können vier Schraubbolzen in die Bohrungen 64 eingeführt werden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Einlaß 10 mit einem O-Ring 66 als Dichtung versehen. Auch der Abflußanschluß 58 ist, wie ebenfalls aus dieser Figur entnommen werden kann, in ähnlicher Weise abgedichtet.

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Sas Druckausgleichventil 22 ist in einer rechtwinklig zum Einlaß 10 verlaufenden Bohrung angeordnet und bildet einen Teil der Hauptdurchlaßleitung 14. An dieser Stelle ist im Gehäuse 62 ein eingepreßter Ventileinsatz oder -käfig 67 vorgesehen, der von einem Stopfen 68 gehalten wird und in dem der Abschnitt kleinen Durchmessers des Druckausgleichventils 22 verschiebbar ist, um die Durchflußmenge durch die radial verlaufenden Durchlässe 70 zu steuern. Ein Stopfen 72 verschließt das rechte Ende der Bohrung, in welcher das Ventil 22 und der Kolben 24 hin und her verschiebbar angeordnet sind, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Das Haupt-Drosselventil 16 ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, im Gehäuse 62 angeordnet und steuert die Durchflußmenge durch die bei 14 gekennzeichnete Durchflußleitung zum Auslaß 12. Das Stellorgan 20 größerer Fläche ist zur Tafelmontagefläche hin offen und gegen diese mit dem üblichen Dichtring abgedichtet. Dieser Anschluß ist bei 54 gezeigt. Das Stellorgan kleinerer Fläche ist in Fig. 4 mit 13 gekennzeichnet und das Gehäuse 62 weist eine Hülse 74 auf, durch welche der Schaft des Ventils 16 verläuft und in Berührung mit der Rückkopplungsfeder 56 steht.

Vom Einlaß 10 führt die Durchlaßleitung 40 durch den Filter 42, wie in Fig. 3 zu erkennen ist. Der Filter ist in einem abnehmbaren hohlen Stopfen angeordnet und speist den Einlaß des Druckminderventils 44. Das letztere ist mit einem nicht gezeigten

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Mitteldurchlaß versehen, durch den der Druck von seinem Auslaß zu seinem oberen Ende übertragen wird, um der an seinem unteren Ende angeordneten Feder entgegenzuwirken. Der Auslaß 48 des Druckminderventils führt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, zum Stellorgan 18 kleiner Fläche und außerdem zur festen Drosselstelle 52, die als eingeschraubter Stopfen mit V-förmiger seitlicher Hut ausgebildet ist. Die Zweigleitung 54 führt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, zum Stellorgan größerer Fläche, und die Zweigleitung 50 verläuft in Fig. 5 nach unten, wobei sie bei 5OA einen Abzweig hat, der ins Zentrum des Kerns des elektro-hydraulischen Wandlers 34 führt. Der Wandler weiBt einen mittig angeordneten Kern 76 (Fig. 4)_t eine Magnetwicklung 78 und zur Steuerung der Düse 38 eine gleichzeitig den Anker bildende Hagnetklappe 36 auf.

Die Arbeitsweise des Gesamtventils ergibt sich unter Berücksichtigung der Tatsache, daß, wenn es in einen entsprechenden hydraulischen Schaltkreis eingebaut ist, und wenn eine geeignete, veränderliche Gleichstromquelle zur Erregung der Magnetspule 78 zur Verfügung steht, der Grad der Erregung der Magnetspule die Kraft bestimmt, die ausgeübt wird und den Anker 36 in Richtung auf die Düse 38 anzieht. Stabile Zustände werden erreicht, wenn die elektrische, den Anker anziehende Kraft gleich der Summe der von der Düse auf die Ventilkappe ausgeübten hydraulischen Druckkraft und der von der Feder 56 ausgeübten mechanischen Kraft ist, was natürlich von der Stellung des Drosselventils 16 abhängt. Unter solchen stabilen Bedingungen

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wird vom Klappenventil 36 ein bestimmter auf das Stellorgan 20 größerer Fläche wirkender Druck aufrechterhalten, und dieser wird durch den vom Auslaß des Druckminderventils 44 zum Stellorgan 18 kleinerer Fläche gelieferten konstanten Druck ausgeglichen. Das Druckausgleichventil 22 erhält dabei in üblicher Weise einen festen Druckabfall am Haupt-Drosselventil 16 aufrecht.

Wenn die Durchflußmenge durch das Ventil geändert werden soll, wird die Erregung der Magnetspule 78 geändert, wodurch sich das Druck- und Kräftegleichgewicht ebenfalls verändert. Deshalb wird ein neuer Gleichgewichtszustand bei einer anderen Stellung des Klappenventils 36 erreicht, wodurch am Stellorgan 20 größerer Fläche ein anderer Druck eingestellt wird, so daß das Drosselventil eine neue Stellung einnimmt, die über die Feder 56 zum Klappenventil 36 rückgekoppelt ist. Auf diese Weise wird eine neue Durchflußmenge durch das Gesamtventil eingestellt. Die fernbetätigte Einstellung der Durchflußmenge kann also dadurch verwirklicht werden, daß der die Magnetspule 78 durchfließende Strom durch Fernbetätigung geändert wird.

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Claims (7)

1. P_a_t_e_n_t_a_n_s_p__r_ü_c_h_e

   .' 1 Λ Elektro-hydraulisches Mengensteuerventil mit einer einen Auslaß und einen Einlaß verbindenden Hauptdurchlaßleitung, gekennzeichnet durch ein Ventil (16) einstellbarer Durchlaßgröße und ein Druckausgleichventil (22) zur Aufrechterhaltung einer konstanten aber einstellbaren Durchflußmenge in der Hauptdurchlaßleitung (14); einen Hilfsdurchlaß vom Einlaß (10) zum Auslaß (12) bildende Einrichtungen? ein in der Nähe des in Strömungsrichtung vorderen Endes des Hilfsdurchlasses angeordnetes Druckminderventil (44), welches im Hilfsdurchlaß einen auf einen konstanten Wert reduzierten Druck einstellt; eine feste Drosselstelle (52) im Hilfsdurchlaß; ein in Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle (52) angeordnetes, elektrisch gesteuertes Klappenventil (34, 36); auf den Druck zwischen der Drosselstelle (52) und dem Klappenventil (34, 36) ansprechende Einrichtungen (54, 20) zur Vorspannung des Ventils (16) einstellbarer Durchlaßgröße in eine und Einrichtungen (48, 18) zur Vorspannung des Ventils (16) in die entgegengesetzte Richtung; und durch eine zwischem dem Ventil einstellbarer Durchlaßgröße und dem Klappenventil (34, 36) angeordnete Rückkopplungseinrichtung (z. B. 56).
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung eine zwischen dem Ventil (16) veränderlicher Durchlaßgröße und der Ventilklappe (36) des Klappenventils wirkende mechanische Federkraft einschließt.

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3. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (54, 20; 48, 18) zur Vorspannung des Ventils (16) einstellbarer Durchlaßgröße eine Kammer veränderlichen Raums aufweisen, die am Auslaß des Druckminderventils (44) angeschlossen ist.
4. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ferneinstellbare Mengensteuerventil ein durch Hilfskraftbetätigung einstellbares Drosselventil (16), ein in Abhängigkeit vom Druckabfall am Drosselventil (16) die Durchflußmenge durch die Drosselstelle gleichhaltendes Ventil (22) und zur Perneinsteilung des Drosselventils ein Hilfskraft-Steuersystem aufweist, welches einen elektrohydraulisehen, eine Düse (38) und eine der Düse gegenüberstehende Ventilklappe (36) aufweisenden Wandler, eine Quelle von Steuermedium konstanten Drucks bildende Einrichtungen, eine zwischen der Steuermedium-Quelle und der Düse (38) angeschlossene feste Drosselstelle (52) und zum hydraulischen Verstellen des Drosselventils (16) Einrichtungen umfaßt, die ein an der Steuermedium-Quelle angeschlossenes Stellorgan (18) kleiner Fläche und ein gegenüber angeordnetes, zwischen der festen Drosselstelle (52) und der Düse (38) angeschlossenes Stellorgan (20) größerer Fläche aufweisen.
5. 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermedium-Quelle ein Druckminderventil (44) aufweist, welches so angeschlossen ist, daß ihm dem Mengensteuerventil zuströmendes Druckmedium zugeführt wird.

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6. 6. Ventil nach Anspruch 4 oder 51 dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine mit einem mittigen Kern (76) versehene Magnetspule (34) aufweist, und daß die Düse (38) in einem Ende des mittigen Kerns (76) gebildet ist.
7. 7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe (36) durch eine mit dem Drosselventil (36) verbundene Feder (56) in Richtung auf die Öffnungsstellung vorgespannt ist.

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