DE2249480C2 - Steuerdruckbetätigtes Dreiwegeventil - Google Patents

Description

Druckentlastung ein..- abrupten DruH-abfal! auf Atmosphärendruck zu ermöglichen. Der Druckspeicher steht in Querverbindung mit dem Versorgungsanschluß, so daß anstelle der abrupten Druckabnahme in etwa eine lineare Druckabnahme erfolgt.

Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein steuerdruckbetätigtes Dreiwegeventil zur Steuerung eines Druckmittels zu und von einem Servomotor derart auszubilden, daß zuerst eine abrupte Druckentlastung auf einen vorbestimmten, eine Zwischenstufe bildenden Schwellenwert, dann anschließend eine allmähliche Druckentlastung auf einen weiteren vorbestimmten Wert und schließlich im Anschluß daran eine abrupte Druckentlastung auf Atmosphärendruck erfolgt

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Merkmalen des Kennzeichens des einzigen Anspruchs gelöst.

Bei de.n erfindungsgemäßen steuerdruckbetätigten Dreiwegeventil ist ein dritter federbelasteter Kolben vorgesehen. Von der Zylinderbohrung des Ventils wird ein dritter Raum begrenzt, in dem dieser dritte Kolben beweglich ist und der in direkter Verbindung mit d^m Druckspeicher steht. Die zur Vorbelastung des dritten Kolbens dienende Feder versucht den dritten Kolben von einem vom Entlastungsanschluß gebildeten Ventilsitz wegzudrücken und von diesem abzuheben. Auch hat der dritte Kolben in seiner Bodenfläche eine koaxial zum Entlastungsanschluß angeordnete Drosselbohrung. Wenn der als Schwimmkolben ausgebildete erste Kolben in der Zylinderbohrung seine obere Stellung einnimmt, wird der zweite Hohlkolben durch die ihm zugeordnete Feder gegen den von der Zylinderbohrung gebildeten Ventilsitz gedruckt so daß die direkte Verbindung zwischen Versorgungsanschluß und Verbraucheranschluß gesperrt ist. Der vom Verbraucher erzeugte Rückdruck wird über den Innenraum des Hohlkolbens und über die am dritten Kolben vorgesehenen Aussparungen zu dem Druckspeicher übertragen. Hierbei wird die Vorbelastungskraft der dem dritten Kolben zugeordneten Feder überwunden und der Entlastungsanschluß geschlossen. Somit erfolgt in einer ersten Phase der Entleerung des Servomotors eine abrupte Druckentlastung über den Druckspeicher. Die Größe dieser abrupten Druckentlastung hängt von den Abmessungen des Druckspeichers ab. Somit läßt sich der steile Druckabfall der ersten Phrse der Entleerung des Servomotors durch eine entsprechende Wahl der Abmessungen des Druckspeichers vorbestimmen. In einer zweiten Phase der Entleerung erfolgt eine allmähliche Druckentlastung über die Verbindung der Drosselbohrung des dritten Kolbens mit dem EntlastungsanscHuß, bis die dem dritten Kolben zugeordnete Feder den dritten Kolben vom vom Entlastungsanschluß gebildeten Sitzventil abhebt. In dieser dritten Phase der Entleerung des Servomotors ist dann auch der Druckspeicher in direkter Verbindung mit dem Entlastungsanschluß, so daß in der dritten Phase der Entleerung eine abrupte Druckentlastung auf Atmosphärendruck erfolgt. Der Druckwert, von dem aus die abrupte Entlastung auf Atmosphärendruck erfolgt, ist durch die Kenngrößen der Feder bestimmt, die den dritten Kolben beaufschlagt. Beim erfindungsgemäßen Ventil ist eine Druckentlastung verwirklichtj die über zwei Stufen unter Durchlaufen eines Schwellenwertes erfolgt, die ermöglicht, daß bei der Entleerung des Servomotors DrUckpülsiefungefi, Druckstöße und hier^ durch bedingte Störfunktionen vermieden werden, wobei das erfindungsgemäße steuerdrunkbetätigte Dreiwegeventil eine raumsparende und gedrängte Bauweise hat, da alle drei vorgesehenen Kolben koaxial hintereinander in einer gemeinsamen Zylinderbohrung angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Darin zeigen

F i g. 1 eine Längsschnittansicht eines steuerdruckbetätigten Dreiwegeventils zur Steuerung eines Druckmittels zu und von einem Servomotor, und

F i g. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Druckverlaufs bei der Druckentlastung über drei Phasen zur Entleerung des Servomotors. In Fig. 1 ist mit B eine elektromagnetische Einrichtung zum Zu- und Abschalten des Steuerdrucks bezeichnet Diese elektromagnetische Steuereinrichtung B ist für ein steuerdruckbetätigtes Dreiwegeventil A bestimmt Das Dreiwegeventil A weist in seinem Gehäuse 10 eine Zylinderbohrung C auf, in die ein mit einer Druckmittelquelle verbundener Versorgungsanschluß 12 mündet. Als Druckmittel .·. >mmen beispielsweise Öl, Druckluft und dgl. in Betracht _ erner umfaßt das Dreiwegeventil ein mit einem Servomotor als Verbraucher verbundenen Verbraucheranschluß 14 und einen zur Umgebung führenden Entlastungsanschluß 16. Ferner L: mit Dein Druckspeicher bezeichnet.

Zur Zu- und Abschaltung des Steuerdrucks sind im Gehäuse 10 Kanäle 20 und 22 vorgesehen, wobei der Kanal 22 mit der Zylinderbohrung C und der Kanal 20 mit dem Versorgungsanschluß 12 verbunden ist Beide Kanäle 20 und 22 stehen mit einer gemeinsamen Kammer 24 in Verbindung, um mittels der elektromagnetischen Steuereinrichtung B die Zuleitung des Steuerdrucks zu regeln. Mit Hilfe dieser elektromagnetischen Steuereinrichtung B werden die Kanäle 20 und 22 in vorbestimmter Weise miteinander in Verbindung gebracht, sobald eine Erregerspule 28 der elektromagnetischen Steuereinrichtung S entregt ist. Die Verbindung läßt sich auch unterbrechen, wenn die Erregerspule 28 der elektromagnetischen Steuereinrichtung B erregt ist. wobei eine mit der Kammer 24 in Verbindung stehende Düse 26 geöffnet und der Kanal 20 geschlossen wird. Somit strömt das zur Steuerung dienende Druckmittel über den Kanal 22, die Kammer 24 und die Düse 26 ab. Die Zylinderbohrung Cim Gehäuse 10 des Dreiwegeventils A ist so beschaffen, daß sich in Achsrichtung der Zylinderbohrung Cdrei Räume 30, 32 und 38 bilden. In diesen drei Räumen 30, 32 und 38 sind koaxial hintereinander drei bewegliche Kolben F. G und // angeordnet. Der erste Kolben Fist als Schwimmkolben ausgebildet und von Steuerdruck beaufschlagbar. Der zweite Kolben G ist als Hohlkolben ausgebildet un^¹ durch eine Feder 34 belasiet, wobei die Feder 34 den als H"hlkjlben ausgebildeten zweiten Kolben G gegen einen von der Zylinderbohrung C gebildeten Ventilsitz 36 angedrückt hält, der den ersten Raum 30 von dem zweiten Raum 32 trennt. Zwischen dem Hohlkolben und dem Entlastiingsanschluß 16 ist ein dritter Kolben // an der Zylinderbohrjns C beweglich angeordnet, der als Ventilsitzkörper mit dem F.ntlasturigsanschluG 16 zusammenwirkt. Dieser dritte Kolben // ist von einer jiFeder M jri ;den Eritlästungsanschluß 16 ,offender ''Richtung beaufschlagt In der ZyiinderbbhftingOist ein ringförmiges Einsatzteil 42 vorgesehen, das den Hohlkolben G gleitend aufnimmt Durch die Feder M wird der dritte Kolben H gegen dieses gehäusefeste ringförmige Einsatzteil 42 in der Zyimderböhrung C

gedrückt In der Zylindenvand 40 des dritten Kolbens H sind an seinem am Binsatzteil 42 abstützbaren Ende seitliche Aussparungen 44 vorgesehen, über die das Innere des Hohikolbens G immer mit dem Druckspeicher D verbunden isL In seinem Boden 46 hat der dritte ι Kolben H eine zum Entlastungsanschluß 16 koaxiale Drosselbohrung W. Der Entlastungsanschluß 16 bildet einen ringartigen Ventilsitz 48, mit dem die Unterseite 50 des dritten Kolbens H als Ventilsitzkörper zusammenwirkt

Nachstehend wird die Arbeitsweise des zuvor beschriebenen steuerdruckbetätigten Dreiwegeventils A beschrieben:

In F i g. 1 der Zeichnung ist das Dreiwegeventil A in der dritten und letzten Phase der Entleerung des is Servomotors dargestellt, in der alle drei Kolben F, G. H jeweils ihre oberen Stellungen einnehmen. Beim Arbeiten des Servomotors ist dieser an den Verbraucheranschluß 14 angeschlossen, und eine nicht gezeigte Druckquelle ist mit dem Versorgungsanschluß 12 verbunden. Durch Entregen der Erregerspule 28 der elektromagnetischen Steuereinrichtung B wird die Düse 26 geschlossen. Der Kanal 20 ist nun über die Kammer 24 in Verbindung mit dem Kanal 22. Das von der Druckmittelquelle kommende Druckmittel gelangt nun über die Kanäle 20 und 22 in den ersten Raum 30 der Zylinderbohrung C und beaufschlagt die geschlossene Stirnseite des ersten als Schwimmkolben ausgebildeten Kolbens Fmit Steuerdruck, so daß sich der erste Kolben Fm Richtung des Pfeils Xin Fig. 1 nach unten bewegt, bis der Schwimmkolben F bei Steuerdruckbeaufschlagung auf den als Hohlkolben ausgebildeten zweiten Kolben aufsetzt und diesen gegen die Federkraft der Feder 34 von dem in der Zylinderbohrung Cgebildeten Ventilsitz 36 abhebt. Somit ist eine Verbindung zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Verbraucheranschluß 14 zur Versorgung des Servomotors mit Druckmittel hergestellt. Hierbei bewegt sich der Hohlkolben G in dem ringförmigen Einsatzteil 42 entgegen der Wirkung der Feder 34 um einen Weg s. Der dritte Kolben H wird durch die Feder M mit seinem dem Hohlkolben G zugewandten Ende gegen das Einsatzteil 42 gedruckt. Es ist daher keine Verbindung mit dem Entlastungsanschluß 16 vorhanden.

Bei der Entleerung des Servomotors werden drei Phasen durchlaufen. Diese_drei Phasen_sind in F i g. 2 mit den Kurvenzügen BC CD und DE dargestellt Zur Einleitung der Entleerung des Servomotors wird die Erregerspule 28 der elektromagnetischen Steuereinrichtung B erregt, so daß die Düse 26 geöffnet und der Kanal 20 geschlossen wird, nachdem die Kammer 24 zur Umgebung hin entlüftet worden ist Die beiden Kolben F und G bewegen sich entgegen zu der m Fig. 1 gezeigten Pfeilrichtung X in der Zyiinderbohning C nach oben. Der Schwimmkolben F gelangt in seine obere Endstellung im Raum 30, wobei das Druckmittel über der Stirnseite des Schwimmkolbens F über den Kanal 22 die Kammer 24 und die Düse 26 abläuft. Auch der Hohlkolben G erreicht gleichzeitig seine obere Endstellung und liegt gegen den Ventilsitz 36 ah, so daß die Verbindung zwischen dem Versörgühgsanschluß 12 und dem VcrbrauiEhefanschluß 14 gesperrt ist. Es ist aber eine Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß 14 Und dem Innenraum 11 des Hohlkoiberis Gniit dem dritten Raum 38 vorhanden, in dem sich der dritte Kolben H befindet. Es kann daher die Entleerung des Servomotors beginnen.

Unter Bezugnahme auf F i g. 2 ist die Feder M. die den dritten Kolben H beaufschlagt, derart ausgelegt, daß das Druckmittel unter dem Steuerdruck Pl bei Steuerdruckbeaufschlagung den dritten Kolben H entgegen der Wirkung der Feder M gegen den vom Entlastungsanschluß 16 gebildeten Ventilsitz 48 drückt. In der ersten Phase der Entleerung des Servomotors wird das von ihm abströmende Druckmittel ausgehend vom Versorgungsanschluö Kl über den innenraum ii des Hohlkolbens G in die seitlichen Aussparungen 44 des dritten Kolbens H und eine Verbindung 18 vom Druckspeicher D aufgenommen, wobei die Strecke BC des Kurvenzugs in Fig. 2 durchlaufen wird. Hierbei erfolgt ein plötzlicher Druckabfall von Δρ. In einer zweiten Phase der_EntIeerung des Servomotors, die mit dem Kurvenzug CD in F i g. 2 dargestellt ist, gelangt das abströmende Druckmittel bei noch geschlossenem Sitzventil 48 am Entlastungsanschluß 16 nur über die Drosselbohrung /Vim Boden des dritten Kolbens //zum Entlastungsanschluß 16, so daß sich ein allmählicher Druckabfall ergibt. Wird der durch die Feder M, die den dritten Kolben H belastet, vorgegebene Druckwert P₀ (siehe Punkt D in F i g. 2) erreicht so überwindet die den dritten Kolben H beaufschlagende Feder M die Öruckmittelkräfte in einer dritten Phase der Entleerung des Servomotors, so daß das aus dem dritten Kolben H und dem Entlastungsanschluß 16 gebildete Sitzventil 48 zur Umgebung offen ist Hierbei erfolgt keine Drosselung über die Drosselbohrung N_\m dritten Kolben H. Entsprechend der Strecke DE in Fig. 2 erfolgt in dieser dritten Phase der Entleerung des Servomotors ein plötzlicher Druckabfall auf Atmosphärendruck.

In Fig.2 ist auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate der Druck aufgetragen. Die drei Phasen der Entleerung des Servomotors entsprechen den Zeiträumen 0 bis fi (erste Phase), fi bis h (zweite Phase) und h bis h (dritte Phase). Selbstverständlich läßt sich der Kurvenverlauf von Fig.2 variieren, wobei die erste Phase der Entleerung mit dem plötzlichen Druckabfall von Ap entsprechend der Strecke BC von dem Fassungsvermögen des Druckspeichers D die Neigung der Strecke CD in der zweiten Phase der Entleerung von der Große der' Drosselbohrung N und der Schwellenwert P₀ von der Feder M abhängig ist, die den dritten Kolben //beaufschlagt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerdruckbetätigtes Dreiwegeventil zur Steuerung eines Druckmittels zu und von einem Servomotor, mit einem mit der Druekmittelquelle verbundenen Versorgungsanschluß, einem mit dem Servomotor verbundenen Verbraucheranschluß und einem zur Umgebung führenden Entlastungsanschluß, welche Anschlüsse von wechselweise zu öffnenden bzw. zu schließenden Ventilen zur Verbindung des Servomotors mit der Druckmittelquelle bzw. zu dessen Entleerung in die Umgebung beherrscht werden, wobei das Dreiwegeventil eine Zylinderbohrung hat, die zwei koaxial hintereinander angeordnete bewegliche Kolben aufnimmt, von denen der eine als mit dem Steuerdruck beaufschlagbarer Schwimmkolben ausgebildet ist, der bei Steuerdruckbeaufschlagung auf den als Hohlkolben ausgebildeten, federbelasteten anderen Kolben aufsetzt und diesen gegen die Federkraft von einem in der Zylinderbohrung gebildeten Ventilsitz abhebt, um die Druckmittelverbindung vom Versorgungsanjchluß zum Verbraucheranschluß freizugeben und dabei die bei fehlendem Steuerdruck durch das Innere des Hohlkolbens hindurch bestehende Druckmittelverbindung vom Verbraucheranschluß Eum Entlastungsanschluß zu sperren, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Steuerdruck elektromagnetisch zu- und abschaltbar ist, daß zwischen Hohlkolben (C) und Entlastungsanschluß (16) ein dritter Kolben (H) in der Zylinderbohruni, (C) < !geordnet ist, der als Sitzventilkörper mit dem Entlastungsanschluß zusammenwirkt und von eine Feder (M) in den Entlastungsanschluß (16) öffnender Richtung gegen ein gehäusefestes, den Hohlkolben (C) gleitend aufnehmendes ringförmiges Einsatzteil (42) in der Zylinderbohpjng (C) beaufschlagt ist. daß der dritte Kolben (H) an seinem dem Hohlkolben zugewandten, am Einsatzteil (42) abstutzbaren Ende seitlicht Aussparungen (44) aufweist, über die das Innere des Hohlkolbens (G) immer mit einem Druckspeicher (D) verbunden ist. daß der dritte Kolben (H) in Seinem Boden eine /um Entiastungsanschluß (16) koaxiale Drosselbohrung (N) hat, über die parallel zum aus drittem Kolben (H) und Entlastungsanschluß (16) gebildeten Sitzventil das Innere des Hohlkolbens (G) sowie der Druckspeicher (D) immer in offener Verbindung mit dem Entiastungsanschluß (16) und der Umgebung stehen, daß die den dritten Kolben (H) in Öffnungsrichtung belastende Feder (M) so ausgelegt ist. daß in einer ersten Phase der Entleerung des Servomotors das von diesem abströmende Druckmittel im wesentlichen vom Druckspeicher (Λ^ aufgenommen wird, daß in einer zweiten Phase der Entleerung des Servomotors bei noch geschlossenem Sitzventil am Entlastungsauslati (16) das abströmende Druckmittel nur über die Drosselbohrung (N) im Beden des dritten Kolbens (H) zum bntlastungsanschluß gelangt und daß in 6ö - einer dritten Phase der Entleerung cies.Scrvomolors, wenn die den dritten Kolben (H) beaufschlagende Feder (Mjdie Druckmittelkräfte überwindet, das aus drittem Kolben (H) und Entlastungsanschluß (16) gebildete Sitzventil zur Umgebung offen ist. Die Erfindung bezieht sich auf ein steuerdruckbetätigtes Dreiwegeventil zur Steuerung eines Druckmittels zu und von einem Servomotor nach dem Oberbegriff des einzigen Anspruchs.

   Ein sieuerdruckbetätigtes Dreiwegeventil der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 35 12 552 bekannt. Dieses bekannte Dreiwegeventil weist eine Zylinderbohrung auf, in der zwei koaxial hintereinander angeordnete bewegliche Kolben angeordnet sind. Einer der Kolben ist mit dem Steuerdruck beaufschlagt und ist als Schwimmkolben ausgebildet Der andere Kolben ist als Hohlkolben ausgebildet und federbetastet, wobei dei erste als Schwimmkrlben ausgebildete Kolben bei Steuerdruckbeaufschlagung auf den als Hohlkolben ausgebildeten zweiten Kolben aufsetzt Dieser Hohlkol ben wird hierbei von dem in der Zylinderbohrung gebildeten Ventilsitz abgehoben, um die Druckmittelverbindung vom Versorgungsanschluß zum Verbraucheranschluß freizugeben und dabei die bei fehlendem Steuerdruck durch das Innere des Hohlkolbens hindurch bestehende Druckmittelverbindung vom Verbraucheranschluß zum Entlastungsanschluß zu sperren. Dieses Ventil ist so beschaffen, daß die Kolbenbewegung insgesamt gebremst wird, um die Steuerfunktion zeitlich verzögert zur Auslösung auszuführen. Die Druckentlastung 4es Verbrauchers im gesperrten Zustand des Versorgungsanschlusses erfolgt nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeit zwischen Auslösung des Ventils und Durchführung der Steuerfunktion abrupt wenn der am Verbraucheranschluß angeschlossene Verbraucher abgeschaltet werden soll. Aufgrund dieser abrupten Druckentlastung auf Atmosphärendnjck besteht die Gefahr, daß Wirbelbildungen und/oder Druckpulsierungen auftreten, die bei einem empfindlichen, über den Verbraucheranschluß angeschlossenen Verbraucher zu Störauslösungen oder Störfunktionen führen können.

   Aus der DE-AS 12 83 061 ist es bekannt, die Entlastung mit einem vorbestimmten Verlauf der Entlastungsdruckkurve bei einem magnetisch betätigten Ventil dadurch zu erreichen, daß man mehrere Hilfsventil zuschaltet, wodurch sich ,iber die Auslegung verkompliziert und die Störanfälligkeit zunimmt. Aus der DE-AS 10 75 392 ist ein magnetisch betätigbares Dreiwegeventil bekannt, das in hintereinander geschalteter koaxialer Anordnung zwei Kolben in einer Zylinderbohrung des Dreiwegeventils enthält. Dit Auslegung dieses Ventils ist derart getroffen, daß die Druckentlastung des Verbraucheranschlusses auf Atmosphärendruck entweder abrupt oder allmählich d. h zeitlich gestreckt, beispielsweise linear, erfolgt Hei der abrupten Druckentlastung wird über den Hohlraum des federbelasteten Hohlkolbens eine direkte Verbindung mit dem Entlastungsanschluß ohne Drosselung hergestellt. Bei der allmählichen Druckabnahme hingegen ist der Verbraucheranschluß bei gesperrtem Versorgungs anschluß über Drosselstellen mit dem Entlastungsanschluß verbunden. Die Druckabnahme erfolgt hierbei allmählich ohne Erreichen eines Schwellenwertes als Zwischenstufe, so daß insbesondere im Bereich der DrosseistellenWirbelbildungenäüftretenUndhierdUrch Driickpulsierühgen verursacht werden können/die zu Betriebsstörungen führen.

   Auch die DE-AS 10 93 635 beschreibt ein Ventil mit einer Kopplung von' zwei bewegungsverbundenen Kolben in einem gemeinsamen Zylirideffäüm. Zusätzlich ist dort ein Druckspeicher mit dem Entlastungsanschluß des Ventils verbunden^ um am Ende der