DE2253733A1

DE2253733A1 - Servoventil

Info

Publication number: DE2253733A1
Application number: DE2253733A
Authority: DE
Inventors: Dale A Knutson
Original assignee: Applied Power Industries Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1973-05-10
Also published as: CA962551A; AU463555B2; AU4829572A; NL7214787A; JPS4857079A; IT966846B; GB1411551A; US3757823A

Description

Servoventil

Die Erfindung betrifft ein Servoventil mit einem Gehäuse, in dem an beiden Enden eines den Fluß eines Hydraulikfluids von und zu den Arbeitskammern eines Hydraulikzylinders beherrschenden Hauptventils je eine Antriebskammer angeordnet ist, von denen die eine gesteuert über ein Steuerventil mit einer Fluiddruckquelle oder einem Fluidtank verbindbar ist.

Ventile dieser Art sprechen auf elektrische oder mechanische Eingangssignale relativ niedriger Leistung an, die auf ihr Steuerventil zur Einwirkung kommen, und sie dienen zur Eichtungssteuerung für den Fluidfluß von einer Druckquelle zu Fluidmotoren wie"beispielsweise doppeltwirkenden Hydraulikzylindern, die üblicherweise entfernt von der Druckquelle aufgestellt sind. Die Ventile sind dabei für einen Betrieb unter extrem hohem Fluß und Druck ausgelegt, sie verlangen aber eingangsseitig zu ihrer betätigung nur einen relativ geringen Leistungspegel für die Eingangssignale, so daß die Verwendung relativ schwachen elektromagnetischen oder mechanischen Eingangsgliedern wie flexiblen Kabeln möglich wird. Die geringen Anforderungen an die Höhe der Eingangsleistung bzw. Eingangskraft gestatten eine Betätigung der Ventile mittels entfernt angeordneter elektrischer, hydraulischer oder mechanischer Steuerglieder, woraus sich wiederum die Möglichkeit zu einer Anordnung der Ventile selbst in unmittelbarer Nähe von Hydraulikfluidleitungen ergibt.

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DIe erfindungsgemäß ausgebildeten Ventile stellen eine Verbesserung von Ventilen dar, die in den US-PS 3 311 858 und 3 339 573 beschrieben sind. Diese bekannten Ventile sind in bevorzugter Ausführung zweistufige hydraulische Servo- oder irxoportionalventile mit einem elektromechanischen Eingangsglied geringer Leistung in Form eines Schaltmotors für die Betätigung eines Steuerventils. Dieses Steuerventil bringt eine an einem Ende eines Hauptventils angeordnete volumenveränderliche Kammer wahlweise mit einem im Steuerventilkreis herrschenden oystemdruck oder mit einem Tankdruck in Verbindung, um den Fluiddruck in der Kammer zu variieren. Eine zweite volumenveränderliche Kammer am anderen Ende des Hauptventils steht unter statischem Systemdruck, wodurch sich bei der Variation des Druckes in der erstgenannten Kammer mittels wahlweiser Verschiebung des Steuerventils zwischen den beiden Kammern ein Druckunterschied einstellt und eine Verschiebung des Hauptventils bewirkt, die wiederum eine Richtungssteuerung für den Fluß zu und von den Arbeitskammern eines Hydraulikzylinders oder eines anderen Arbeitsgliedes ergibt. Die Verschiebung des Hauptventile ist dabei in etwa proportional zum Eingangssignal, wird jedoch im Vergleich dazu verstärkt .

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der oben erwähnten Art, bei dem eine kleine Eingangskraft das Steuerventil verschiebt und eine proportionale Verschiebung des Hauptventile auf höherem Kraftniveau auslöst, dahingehend zu verbessern, daß insbesondere der für die Aufrechterhaltung des im Leerlaufbetrieb erforderlichen Fluiddrucks im Steuerventilkreis erforderliche Energie- und Kostenaufwand verringert wird, wobei gleichzeitig eine einfachere Gestaltung der Antriebselemente und ein Arbeiten in weiten Eingangssignalbereichen sowie die Möglichkeit einer Handsteuerung gegeben sein soll.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hauptventil im Gehäuse in einer ersten Bohrung reziprok verschiebbar geführt ist, die Zylinder-Einlaß- und Auslaßschlitze aufweist und über einen ersten Eluidkreis mit einem ersten Fluideinlaß und einem ersten

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Fluidauslaß mit einer ersten Fluiddruckquelle bzw. einem, ersten Fluidtank in Verbindung steht., während das Steuerventil in einer zweiten Bohrung im Gehäuse reziprok verschiebbar geführt ist, die über einen zweiten Fluidkreis mit einem zweiten Fluideinlaß und einem zweiten Fluidauslaß mit einer zweiten Fluiddruckquelle bzw. mit einem zweiten Fluidtank verbunden ist, daß von den beiden Antriebskammern die erste übe.r einen ersten Durchlaß mit der zweiten Fluiddruckquelle und die zweite über einen zweiten Durchlaß mit der zweiten Bohrung im Gehäuse verbunden ist und daß sich das Steuerventil quer über den zweiten Durchlaß erstreckt und je nach seiner Verschiebung in der zweiten. Bohrung durch äußere Antriebselemente die zweite Antriebskammer über den zweiten Durchlaß wahlweise mit der zweiten Fluiddruckquelle oder mit dem zweiten Fluidtank in Verbindung bringt und damit zwischen den Antriebskammern einen eine Verschiebung des Hauptventils auslösenden Unterschied im Fluiddruck entstehen läßt. '

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des ServoVentils als Ganzes wird die Verwendung eines" Hauptventils der Bauart mit offener Mitte, möglich, was bedeutet, daß in der Zentral- oder ^eutralstellung des Hauptventils die Zylinderschlitze und der ßpeisedruck mit dem Fluidtank Verbindung haben. Durch die Verwendung einer Bauform mit offener Mitte wird der Ausgang der Pumpe zu einem Fluidtank mit geringem Druck abgeleitet, bis das Hauptventil betätigt wird. Dadurch erübrigt sich das Verlangen nach einer Pumpe mit Druckkompensation, urid es ergibt sich eine Bewahrung der Ausgangsleistung der Antriebsmaschine während der Leerlaufzeiten ebenso wie eine Vermeidung:von Energievergeudung durch Viärmeverluste, da die bei Systemen mit Druckentlastung erforderliche Durchströmung von Entlastungsventilen durch das Hydraulikfluid nicht nötig ist* Die erzielbare Leistungsersparnis wird besonders ausgeprägt, wenn eine Hehrzahl von Ventilen parallelgeschaltet sind, wodurch sich der effektive Leistungsverlust während der Leerlaufzeiten addiert. Zu fordern ist jedoch, daß der Druckpegel im SteuerventiXkreis auf einem Hinimalwert von im allgemeinen'. 35 .kp/qcm (£>Gö psi) gehalten wird. Für die Verwendung eines Hauptventile mit offener Mitte muß. daher der Hydraalikitreis für das Hauptventil gegen den für.das Steuerventil

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isoliert werden, um den gewünschten Druckpegel im Hydraulikkreis für das Steuerventil aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung führt zu einem zweistufigen Proportional- oder Servoventil, das einen vollkommen isolierten Fluidkreie mit niedrigem Fluß für das Steuerventil aufweist, wobei nur ein kleiner Bruchteil der bei einem Ventil ohne offene Mitte nötigen Leistung erforderlich ist, um im Hydraulikkreiß des Steuerventils einen Druck von 35 kp/qcm (500 psi) oder mehr aufrechtzuerhalten. Dieses Ergebnis wird dadurch erzielt, daß getrennte, nicht miteinander verbundene Hydraulikkreise für das Hauptventil und das Steuerventil vorgesehen werden und eine getrennte Pumpe mit niedrigem Fluß für die Erzeugung des Steuerdruckes verwendet wird. In dieser Hinsicht beträgt der Verlust an Hydraulikleistung in der Steuerstufe nur einen Bruchteil des Verlustes, der mit der konstanten Aufrechterhaltung eines Druckes von 35 kp/qcm (5OO psi) im Haupthydraulikkreis von bisher bekannten Ventilen ohne offene Mitte verbunden ist.

Weiterhin gibt die erfindungsgemäße Ausbildung des Servoventils die Möglichkeit, anstelle einer Pumpe mit variabler Verdrängung eine solche mit konstanter Verdrängung zu verwenden. Außerdem ist das erfindungsgemäß ausgebildete Servoventil in Reaktion auf einen weiten Bereich elektrischer Eingangssignale unbegrenzt variabel, und schließlich ist eine Handsteuerung möglich, mit deren Hilfe sich das Steuerventil betätigen läßt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ventil,

Fig. 2 einen in größerem Maßstab gehaltenen Schnitt durch die Steuerventilstufe des in Fig. 1 dargestellten Ventils,

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Fig. 5 ein Schaltbild zur Veranschaulichimg der Hydraulikkreise bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventil und

Fig. k ein Diagramm zur Illustration der Vereinigung mehrerer

erfindungsgemäß ausgebildeter Ventile zu einem Steckverband.

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäß ausgebildete Ventil mit proportionaler Flußsteuerung in Verbindung mit einem elektrischen Schaltmotor betrieben, jedoch versteht es sich ohne weiteres, daß sich insoweit auch andere bekannte Eingangsglieder verwenden lassen. Ganz allgemein enthält das dargestellte Ventil ein bewegliches Hauptventil zur Flußsteuerung, das durch ein Steuerventil betätigt wird. Die Verschiebung des Hauptventils ist im wesentlichen proportional zu einem dem Steuersignal zugeführten Eingangssignal und wird normalerweise gegenüber diesem Eingangssignal verstärkt. In der bevorzugten Aüsführungsform verschiebt ein elektrischer Schaltmotor ein bewegliches Steuerventil, das wiederum eine hydraulische Verstellung des Hauptventils veranlaßt.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Ventil 10 besitzt ein Gehäuse 12, das einen Gehäusekörper Ik mit einer aufrechtstellenden Stirnwand 16 aufweist. Auf die Stirnwand 16 ist ein topfförmiger Deckel 18 aufgesetzt und begrenzt gemeinsam damit eine Kammer 20, in der. ein elektrischer Schaltmotor 22 der in der US-PS. 3 311 858 beschriebenen Bauart untergebracht ist. Der Schaltmotor 22 weist zwei Endplatten Zk und 26 auf, die an ihren oberen Enden mit gegenseitigem Abstand durch ein Verbindungsglied 28 zusammengehalten werden. Der gesamte Aufbau ist mit Hilfe von Schraubverbindungen 30 an der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 befestigt.

Im Bereich des Verbindungsgliedes 28 ist an einem Schwenkpunkt 33 das obere Ende eines Ankers 32 angelenkt, der nach unten durch eine Spule 35 hindurch und über die unteren Enden der Endplatten 2k und 26 hinausreicht, so daß daran in unten noch im einzelnen erläuterter Weise Betätigüiigsstangen angebracht werden können, die zu einem Steuerventil und einem Hauptventil führen. Die unteren Enden der Endplatten 2k und 26 sind mit Polstücken 3^ bzw. 36 versehen, die von

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beidseits der Spule 35 angeordneten, in der Zeichnung nicht eigens dargestellten Permanentmagneten auf entgegengesetzter Polarität gehalten werden. Die Polstücke J>k und 36 legen zwischen sich einen Luftspalt fest und bestimmen die Grenzen für die dem Anker 32 bei Erregung der Spule 35 gestattete Schwenkbewegung. Der elektrische Anschluß erfolgt über ein Kabel 38» das an einem Ende mit einem geeigneten elektrischen Steuergerät verbunden ist und durch eine Öffnung 40 in der Stirnwand des Gehäuses 12 hindurchgeht, in der es durch eine passende Kabeldurchführung 42 gehalten wird. Das innere Ende 44 des Kabels 38 ist an üblichen Klemmen am Schaltmotor 22 befestigt. Wie bei dem in der US-PS 3 311 858 beschriebenen Schaltmotor wird der Anker 32 zum Schwenken um den Schwenkpunkt 33 gebracht, indem sein unteres Ende polarisiert und daher je nach der Richtung des in der Spule 35 fließenden Stromes von dem einen oder dem anderen der beiden Poletücke 34 und 36 angezogen wird. Die Anziehung des Ankers 32 durch die Poletücke 3^ bzw. 36 erfolgt proportional zur Größe des in der Spule 35 fließend*» elektrischen Stromes, wobei zu beiden Seiten des Ankers 32 angeordnete Zentrierfedern 37 und 37* den Anker 32 mit solchen Bückstellkräften beaufschlagen, daß die bei seiner ,Bewegung in Sichtung auf das eine oder das andere Polstück 34 bzw. 36 zu überwindende Federkraft umso größer wird, je mehr er sich dem betreffenden Polstück 34 oder 36 nähert. Da die Anziehung des Ankers 32 an die Polstücke 34 bzw. 36 proportional ist zur Größe des in der Spule 35 fließenden elektrischen Stromes, ändert sich daher das Ausmaß der Bewegung des Ankers 32 in etwa linear mit der Größe des in die Spule 35 eingespeisten elektrischen Stromes.

Der Gehäusekörper 14 des Gehäuses 12 enthält eine erste Bohrung 46, in der ein spulenförmig ausgebildetes Hauptventil 48 axial verschiebbar geführt ist, das in Fig. 1 in seiner Zentral- oder Neutralstellung gezeigt ist. Von links nach rechts in Fig. 1 weist das Hauptventil 48 eine Stirnfläche 5° und mit axialem Abstand dagegen nach innen in die Bohrung 46 hinein eine tragende Fläche 52 auf, die an der Wand der Bohrung 46 gleitend anliegt. Die tragende Fläche 52 läßt außerdem eine ringförmige Stirnfläche 54 entstehen, die gemeinsam mit der end-

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seitigen Stirnfläche 50 eine Heaktionsfläche für die hydraulische
Verschiebung des Hauptventils 48 schafft. Auf der anderen Seite der tragenden Fläche 52 öffnet sich die Bohrung 46 zu einer ersten Einlaßnut 56 hin, die über einen Einlaß 58 mit einer passenden Druckquelle in Verbindung steht. Zylindernuten 60 und 62, die über Zylinderschlitze 64 bzw. 66 Verbindung zu den Arbeitskammern eines mit Hilfe des
Ventils 10 zu betreibenden, selbst in der Zeichnung in Fig. 1 nicht dargestellten Hydraulikzylinders haben, weisen von der Einlaßnut 56 einen axialen Abstand auf und sind voneinander durch eine Druckrückführungsnut 68 getrennt, die mit einem Schlitz 70 in Verbindung steht. Auf der abgewandten Seite der Zylindernut 62 ist noch eine zweite
Einlaßnut 72 angeordnet, die mit der ersten Einlaßnut 56 über einen Kanal 74 in Verbindung steht.

Alle oben erwähnten Nuten 56, 60, 62, 68 und 72 sind voneinander durch Wandteile der Bohrung 46 getrennt, die konstanten Durchmesser aufweisen.

*;ieiter liegt es auf der Hand, daß sich die Nuten 56 und 72 ebenso wie die Nut 68 entweder an eine Druckquelle oder an einen Fluidtank anschließen lassen. In der obigen Beschreibung der Ausführungsform von Fig. 1 sind die Nuten 56 und 72 mit einer Druckqüelle verbunden, während die Nut 68 Verbindung hat zu einem Fluidtank. Erfindungsgemäß ausgebildete Ventile 10 lassen sich jedoch auch in der in Fig. 4
schematisch veranschaulichten Weise zu Steckanordnungen zusammenfassen. In einer solchen Anordnung werden die Einlasse 58 und Schlitze 70
für ,die Druckzuführung und Druckabführung bei jedem der vier
dargestellten Ventile A bis D flipflopartig von dem jeweils unmittelbar stromauf gelegenen Ventil gespeist. So wird dem Ventil A Hochdruck über den Schlitz 70 und damit die Nut 68 zugeführt, und die
Druckabführung erfolgt über die Nut 56 und damit den Einlaß 58. Am Ventil B dagegen tritt das Fluid unter Druck über die Nut 56 ein
und über den Schlitz 70 aus, und so setzt sich dies über die weiteren Ventile C und D entsprechend fort.

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Die tragende Fläche 52 des Hauptventils 48 liegt dicht und gleitend an der Innenseite der Bohrung 46 an und läßt an deren einem Ende eine erste Antriebekammer 76 entstehen, die nach außen hin durch einen in die Bohrung 46 eingeschraubten Stopfen 80 abgeschlossen wird. In gleicher Weise liegt im Bereich des anderen Endes des Hauptventile 48 eine tragende Fläche 53 von innen her an der Wand der Bohrung 46 an und begrenzt so zusammen mit einer Stirnwand 82 im Gehäuse 12 eine zweite Antriebskammer 78. Zwei weitere tragende Flächen 84 und 86 auf dem Hauptventil 46 sind normalerweise in Bezug auf die axiale Erstrekkung der Zylindernuten 60 bzw. 62 zentriert angeordnet, wenn sich das Hauptventil 48 in der in Fig. 1 dargestellten Zentral- oder Gleichgewichtslage befindet. Die·■ tragenden Flächen 84 und 86 sind mit Einschnitten 83 bzw. 85 versehen, die bei zentriertem Hauptventil 48 einen freien Fluidfluß zwischen den verschiedenen Einlassen und Schlitzen und rund um die tragenden Flächen 84 und 86 zulassen. Bei dieser Stellung des Hauptventils 48 finden sowohl das Druckfluid vom Einlaß 58 und der Einlaßnut 56 als auch das Hydraulikfluid von den Zylinderschlitzen 64 und 66 über die Einschnitte 83 und 85 und die Druckrückführungsnut 68 Abfluß zum Fluidtank. Diese Verhältnisse werden durch den Begriff eines Ventils mit offener Mitte bezeichnet, und die Vorteile einer solchen Anordnung insbesondere hinsichtlich der ^eistungsersparnis für die Antriebsmaschine und hinsichtlich der Kosten für eine Pumpe mit Druckkompensation im Vergleich zu einer Pumpe mit fester Verdrängung sind bereits oben ausdrücklich hervorgehoben worden.

In seiner Steuerventilstufe enthält das in Fig. 1 und 2 dargestellte Gehäuse 12 eine zweite Bohrung 90, die zwei im Durchmesser erweiterte Abschnitte 92 und 94 aufweist, !ixt gegenseitigem Abstand in axialer Richtung eind in den erweiterten Abschnitt 92 zwei ringförmige Nuten 96 und 98 eingearbeitet, von denen die Nut 96 über einen Kanal 100 im Gehäuse 12 mit der im folgenden kurz als Steuerkammer bezeichneten ersten Antriebskammer 76 in Verbindung steht. Eine an die Nut 96 angrenzende, herstellungsbedingte Bohrung ist durch einen eingeschraubten Stopfen 102 verschlossen. Die Nut 98 verbindet einen Druckschlitz 104 über einen Kanal 106 mit der zweiten Antriebskammer 78, und wie bereits

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oben erwähnt arbeiten die Steuerventilstufe und die Hauptventilstufe des Ventils 10 innerhalb völlig voneinander getrennter Hydraulikkreise, wobei die für die Aufrechterhaltung eines bevorzugten Druckpegels in der isolierten Steuerventilstufe erforderliche Eumpenleistung erheblich geringer ist als die Pumpenleistung, die dafür bei Vereinigung beider Stufen in einem gemeinsamen Hydra.ulikkreis aufzubringen wäre.

In die Bohrung 90 ist eine Muffe 108 eingesetzt, die abgestufte Abschnitte 110, 112 und 114 aufweist, die mit den im Durchmesser unterschiedlich gehaltenen Abschnitten der Bohrung 90 zusammenstimmen, so daß die Muffe 108 insgesamt satt an der Wand der Bohrung 90 anliegt. Zwischen dem geschlossenen Ende der Bohrung 90 und dem inneren Ende der Muffe 108 ist eine Kammer 14Q eingeschlossen. Übliche Dichtungsringe 116, 118 und 120, die mit gegenseitigem Abstand in axialer Sichtung und insbesondere zu beiden Seiten der Nuten 96 und 98 angeordnet sind, sorgen für eine Abdichtung gegen einen Fluiddurchtritt zwischen der Außenseite der Muffe I08 und der Wand der Bohrung 90. Die Muffe 108 enthält weiter eine axiale Bohrung 122 und radiale Kanäle 124 und 126, die über Öffnungen 128 bzw. 130 eine Verbindung zwischen der Nut 96 und der Bohrung 122 schaffen. Ein weiterer radialer Kanal 132 in der Muffe 108 verbindet über eine Öffnung 134 die Bohrung 122 mit der Nut 98. In der Bohrung 122 ist ein spulenförmig ausgebildetee Steuerventil 136 gleitend geführt, das einen im Querschnitt dreieckigen Etihrungsabschnitt 138 aufweist, der Durchlässe 139 entstehen läßt, die eine Verbindung zwischen der Kammer 140 und einer ringförmigen Kammer 162 in der Bohrung 122 schaffen. Der Führungsabschnitt 138 liegt an der Innenseite der Bohrung 122 entlang dreier rund um deren Umfang versetzter Geraden an.

Eine Begrenzung für die Kammer 162 bildet eine tragende Fläche auf dem Steuerventil 136, die normalerweise die Öffnungen 128 und 13Q blockiert, während eine weitere tragende Fläche 144 des Steuerventils 136 das offene Ende der Bohrung 122 abdichtet. Wie insbesondere Fig. zeigt, ist in das an die Kammer 20 angrenzende offene Ende der Bohrung 90 ein Gewindestopfen 146 eingeschraubt, der dieses Bohrungs-

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ende abschließt und die Muffe 108 fest an ihrem Platz in der Bohrung 90 hält. Das Steuerventil 136 enthält eine durchgehende Längsbohrung 148, in der eine Betätigungsstange 15O Aufnahme findet, die an einem in ein Innengewindestück am anderen Ende der Längsbohrung 1^-8 eingeschraubten Stopfen 151 mit Außengewinde zur Anlage kommt. Durch Verdrehen des Stopfens 151 in der Längsbohrung 1*4-8 läßt siph die Spannkraft einer Feder 152, die mit einem Ende am Stopfen 151 und mit dem anderen Ende an einem Haltering 1jj& anliegt, einstellen. Über einen Kanal I56 kommt die Kammer 1¹K), die außerdem über die Durchlässe 139 mit der Kammer 162 in Verbindung steht, mit der Druckrückführung in Verbindung. Daher steht bei zentrierter Null- oder Gleichgewichtsstellung des Steuerventils I36 eine durch die tragenden Flächen 1^2 und iMt begrenzte ringförmige Kammer 16Ο in der Bohrung 122 unter statischem Systemdruck, während die zwischen dem Führungsabschnitt I38 und der tragenden fläche 1^2 liegende ringförmige Kammer 162 unter Rückführungs- oder Tankdruck steht. Zwei weitere radiale Durchlässe 16I und 163 im Steuerventil 136 legen auch die Längsbohrung 1^8 im Steuerventil 136 und über diese eine Kammer I65 am Ende der Muffe IO8 und des angrenzenden Gewindestopfens 1*f6 auf den Rückführungsdruck.

Die Betätigungsstange 15Q für das Steuerventil 136 ist am unteren Ende des Ankers 32 mittels Kopf schrauben i6*t und I66 befestigt. Weiterhin ist eine Kraftrückkopplung 168 vorgesehen, die in etwa den gleichen Aufbau hat wie die in der US-FS. 3 339 373 beschriebene. Im einzelnen enthält diese Kraftrückkopplung I68 ein· Rückkopplungestange 170, die sich durch eine Innenbohrung 172 hindurch in das Haupt ventil ^8 hinein erstreckt und einen Kolben 17** trägt, der an ihrem inneren Ende in einer etwa der halben Länge der Innenbohrung 172 entsprechenden Stelle befestigt ist. Das andere Ende der fiückkopplungsstange 170 ist mittels Kopfschrauben 176 und 1?8 am Anker befestigt. In der Innenbohrung 172 im Hauptventil k& ist ein Paar Schraubenfedern 180 und 182 angeordnet, von denen jeweils eine auf jeder Seite des Kolbens 17*f liegt. So stützt sich die Schraubenfeder 180 mit einem Ende an einer Stirnwand i8*t am Ende der Innenbohrung und mit dem anderen Ende am Kolben 17*t ab, während die zweite Schrau-

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benfeder 182 mit einem Ende am Kolben 17^ und mit dem anderen Ende an einem durchbohrten Stopfen 186 anliegt, der durch geeignete Halteelemente wie einen Sprengring 171 an seiner Stelle am äußeren Ende der Innenbohrung 172 gehalten wird.

Beim Betriebe des dargestellten Ventils 10 wird dem Anker 32 über die Spule 35 ein Eingangssignal zugeführt. Die Bewegung des Ankers 32 wird durch die Betätigungsstange 15O an das. Steuerventil 136 weitergegeben, dessen tragende Fläche 1^2 sich daraufhin in ihrer Lage relativ zu den-Öffnungen 128 und 13O für die Kanäle 12^· und 126 verschiebt. Täie bereits erwähnt steht' die ringförmige Kammer I6& ständig unter Steuerstufendruck, während in der ringförmigen Kammer 162 auf der entgegengesetzten Seite der tragenden Fläche 1*f2 ständig Rückführungs- oder Tankdruck herrscht. Der in der Antriebskammer 78 herrschende Druck ist gleich dem Druck in der Bohrung 122. Die tragende Fläche 1*f2 des Steuerventils I36 besitzt eine axiale Länge, die um ein geringes - größenordnungsmäßig etwa 0,0?6 mm (0,003 in.) - kleiner ist als der Durchmesser der Öffnungen 128 und I30, so daß diese Öffnungen 128 und 130 bei zentrierter Stellung der tragenden Fläche 142 teilweise frei sind für eine Verbindung entweder zum Sückführungsdruck oder zum Speisedruck. Bei dieser Stellung bleibt das Hauptventil h8 in Gleichgewichtslage, da der Druck in der Antriebskammer 78 etwa gleich dem halben Systemdruck ist. Dabei versteht sich, daß in diesem Zeitpunkt die der Antriebskammer 78 zugewandte.Arbeits- oder Reaktionsfläche am Hauptventil k8 etwa halb so groß ist wie die Summe aus den der Steuerkammer 76 zugewandten Stirnflächen 50 und $k. Daher sind je nach der Richtung der Bewegung des Ankers 32 und damit der Richtung der Bewegung der tragenden Fläche 1^2 die Öffnungen 128 und 130 frei entweder für den Eückführungsdruck oder für den Systemdruck, was bedeutet, daß auch die Steuerkammer 76 für den Eückführungsdruck oder für den Systemdruck offensteht. Es ergibt sich dann ein Druckunterschied zwischen den Antriebskammern 76 und 78, der zu einer entsprechenden Verschiebung des Hauptventils k8 führt.

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Wird der Anker 32 nach rechts zum Polstück 36 hin gezogen, so verschiebt eich das Steuerventil 136 ebenfalls nach rechts und gibt damit die Öffnungen 128 und 13O zu den Kanälen 124 und 126 und zur Nut 96 frei für den Rückführungsdruck. Da die Steuerkammer 76 über den Kanal 100 mit der Nut 96 und den Kanälen 124 und 126 in Verbindung steht, sinkt der Druck in der Steuerkammer 76 entsprechend ab, und es ergibt sich ein Druckunterschied zwischen den Antriebskammern 76 und 78, der zu einer Verschiebung des Hauptventile 48 nach links führt. Wird der Anker 32 nach links auf das Polstück 34 zu verschoben, so bewegt sich auch das Steuerventil 136 nach links und gibt die Öffnungen 128 und 130 für den Systemdruck frei, der so in die Kanäle 124 und 126 und letztlich in die Steuerkammer 76 gelangt und dort zu einem Druckanstieg führt. Der sich zwischen den Antriebskammern 76 und 78 einstellende Druckunterschied versetzt dann das Hauptventil 48 in eine Bewegung nach rechts.

Wenn sich das Hauptventil 48 in der in der Zeichnung dargestellten Lage befindet, gibt es praktisch keine Belastung für die Antriebsmaschine, da wie bereits erwähnt der Fluidausgang der Pumpe unmittelbar mit dem Rückführungsdruck Verbindung hat. Bewegt sich das Hauptventil 48 beispielsweise nach rechts, so dichten seine tragenden Flächen 84 und 86 das Gebiet zwischen den Nuten 60 und 68 bzw. 62 und 72 ab, wodurch sich eine Verbindung zwischen dem Zylinderschlitz 64 und dem Einlaß 58 und eine Verbindung zwischen dem Zylinderschütz 66 und dem Schlitz 7Ό ergeben.

Der Zweck der Kraftrückkopplung 168 besteht darin, die axiale Stellung des Hauptventils 48 mit der durch die am Anker 32 anliegenden Kräfte bestimmten Steueretellung zu verbinden. Diese fiückkopplung wird mittels der Bückkopplungsstange 170 bewirkt, die für den Anker 32 eine Rückstellkraft entstehen läßt, die proportional ist zur Auslenkung des Hauptventils 48 aus seiner Mittellage. Wird das Hauptventil 48 beispielsweise nach links aus seiner in Fig. 1 gezeigten Stellung verschoben, so drückt der Stopfen 186 die Schraubenfeder 182 gegen den Kolben 1?4, so daß die Bewegung des Hauptventile

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k8 nach links eine zunehmende Spannkraft entstehen laßt, die den Anker 32 nach links zu drücken sucht.

Da entsprechend der oben geschilderten Arbeitsweise des Ventils diese Bewegung des Hauptventils k8 nach linksjdurch eine Bewegung des Steuerventils 136 nach rechts zustandekommt, die wiederum durch eine Bewegung des unteren Endes des Ankers 32 nach rechts ausgelöst wird, weist die durch die Eückkopplungsstange 170 übertragene Rückkopplungskraft in Gegenausgleichsrichtung und sucht den Anker 32 und damit auch das Steuerventil 1j?6 in die Zentralstellung zurückzubringen. Das Eingangssignal für den Anker 32 liegt in Form einer Kraft oder eines Drehmoments vor, die bzw. das den Anker 32 nach rechts zu bewegen sucht, und daher wird diese Stellung nur so lange beibehalten, bis sich das Hauptventil h8 eine ausreichende Strecke verschoben hat, um eine Gegenausgleichskraft auf den Anker 32 entstehen zu lassen, die notwendig ist, um ihn in seine Zentralstellung zurückzuführen. Da diese über die Eückkopplungsstange I70 übertragene Bückkopplungskraft proportional ist zur Verschiebung des Hauptventils ^8 und da das Eingangssignal eine am Anker 32 anliegende variable Kraft sein kann, ist ersichtlich, daß dazwischen ein linearer Zusammenhang besteht und daß je größer die as Anker 32 anliegende Kraft wird das Hauptventil kB sich umso weiter bewegt, um das System ins Gleichgewicht zurückzubringen, und damit der Fluidfluß vom Druckeinlaßschlitz zum ausgewählten Zylinderschlitz umso größer wird. Damit wirkt das Ventil 10 als stabiles Proportionalventil, das sich zur genauen Steuerung der Geschwindigkeit und der Sichtung von Fluidflüssen zu und von dem einen oder dem anderen eines Satzes von Zylinderschlitzen eignet.

Das Ventil 10 ist weiterhin mit einer Handsteuerung 220 versehen, die an einer Öffnung 202 durch den Deckel 18 hindurchgeht und eine Stange 204 aufweist, die durch eine Öffnung 206 im Anker 32 hindurch lose damit verbunden ist. Die Stange 20^f weist an ihrem freien Ende auf der anderen Seite des Ankers 32 einen Anschlag 208 auf und ist in einer in die Öffnung 202 im Deckel 18 eingeschraubten Buchse

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gleitend geführt. Am äußeren Ende der Stange 20*t ist mittels einer Kopfschraube 214 oder dergleichen ein Knopf 212 daran befestigt, an dem außerdem eine das äußere Ende der Stange ZOk umgreifende flexible Manschette 218 angesetzt ist. Weiter weist die Stange ZOk eine Schulter 21b auf, zwischen der und dem Anschlag 208 auf der anderen Seite des Ankers 32 diesem soviel Bewegungsfreiheit verbleibt, daß er sich während des normalen Ventilbetriebs frei zwischen den Polstücken Jk und J>G hinundherbewegen kann. Eine in der Zeichnung nicht sichtbare Zentrierfeder im Inneren der Buchse 210 hält die Stange ZQk normalerweise in der dargestellten Normalstellung oder Zentralstellung. Durch Drücken oder Ziehen an der Stange ZOk mittels des Knopfes läßt sich das Steuerventil 1j6 von Hand betätigen, wobei im ersten Falle die Schulter 216 am Anker 32 zur Anlage kommt und ihn nach links drückt, während er im zweiten Falle unter Anlage am Anschlag 208 auf seiner anderen Seite nach rechts gezogen wird.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß das erfindungsgemäß ausgebildete Ventil ίο getrennte hydraulische Kreise für seine Hauptventilstufe und seine Steuerventilstufe besitzt und damit die Verwendung eines Hauptventils mit offener Mitte gestattet. Ia dieser Hinsicht lassen sich während der Leerlaufzeiten erhebliche Einsparungen an Energie und Kosten erzielen wegen der Verwendung einer Pumpe mit fester Verdrängung. Der getrennte hydraulische Kreis für die Steueretufe verlangt viel weniger Ausgangsleistung zur Anfrechterhaltung des notwendigen Pegels für den Druck in dieser Veatilstufe.

Dies läßt sich deutlicher ersehen bei Betrachtung der Darstellung in Hg. 3. Dort steht eine Hauptventiletufeapumpe 300 la Verbindung mit einem modulierenden Hauptveatil MJ, das zwischen die Pumpe 300 uad einen Zylinder 302 eingefügt ist. Die Steuerstufe enthält eine Steuerstufenpumpe 30k von viel geringerer Leistung als die der Bauptveatilstufenpumpe 300. Gewünschtenfalls kaaa fir die Pumpenausgangsleitung in der Steuerstufe eia Druckeatlastuagsveatil 3O6 vorgesehen sein*

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

(iJServoventil mit einem Gehäuse, in dem an beiden Enden eines den Fluß eines Hydraulikfluids von und zu den Arbeitskanraiern eines Hydraulikzylinders beherrschenden Hauptventils je eine Antriebekammer angeordnet ist, von denen die eine gesteuert über ein Steuerventil mit einer Fluiddruckquelle oder einem Fluidtank verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (48) im Gehäuse (12) in einer ersten Bohrung (4-6) reziprok verschiebbar geführt ist, die Zylinder-Einlaß- und Auslaßschlitze (64, 66) aufweist und über einen ersten Fluidkreis mit einem ersten Fluideinlaß (58) und einem ersten Fluidauslaß (70) mit einer ersten Fluiddruckquelle (3OO) bzw. einem ersten Fluidtank in Verbindung steht, während das Steuerventil (136) in einer zweiten Bohrung (90) im Gehäuse (12) reziprok verschiebbar geführt ist, die über einen zweiten Fluidkreis mit einem zweiten Fluideinlaß (104) und einem zweiten Fluidauslaß (156) mit einer zweiten Fluiddruckquelle (3G¹O bzw. mit einem zweiten Fluidtank verbunden ist, daß von den beiden Antriebskammern (76 und 78) die erste (78) über einen ersten Durchlaß (IO6) mit der zweiten Fluiddruckquelle (304) und die zweite (76) über einen zweiten Durchlaß (128, 130) mit der zweiten Bohrung (90) im Gehäuse (12) verbunden ist und daß sich das Steuerventil (136) quer über den zweiten Durchlaß (128, 130) erstreckt und je nach seiner Verschiebung in der zweiten Bohrung (90) durch äußere Antriebselemente (22) die zweite Antriebskammer (76) über den zweiten Durchlaß (128, I30) wahlweise mit der zweiten Eluiädruckquelle (304) oder mit dem zweiten Fluidtank in Verbindung bringt und damit zwischen den Antriebskammern (76 und 78) einen eine Verschiebung des Hauptventils (48) auslösenden Unterschied im Fluiddruck entstehen läßt.
2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Hauptventil (48) und die äußeren Antriebselemente (22) für das Steuerventil (136) eine Kraftrückkopplung (I68) eingefügt ist.

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3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Bohrung (k6 bzw. 90) achsparallel zueinander im Gehäuse (12) angeordnet sind.
k. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Druckpegel der zweiten ITuiddruckquelle (JQk) niedriger liegt als der der ersten Fluiddruckquelle
5. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (k&) ein spulenförmiges Ventil mit offener Mitte ist.
6. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Antriebselemente für das Steuerventil (I36) aus einem elektrischen Schaltmotor (22) bestehen.
7. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß für die Betätigung des Steuerventils (I36) eine zusätzliche Handsteuerung (220) vorgesehen ist. '

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