DE2319205C3 - 3-Wege-Stromregelventil - Google Patents

Description

dung sieht vor, daß der Druck in Strömungsrichtung des Hauptstroms vor bzw. hinter der einstellbaren zweiten Drossel entstehende Druck die Stirnseiten des Regelkolbens gegen die Kraft einer den Regelkolben in seine geöffnete Stellung drückenden Vorspannfeder beaufschlagt. Dadurch wird erreicht, daß bei Einschalten einer die zufließende Menge von Druckmittelstrom am Zulauf des 3-V/ege-S.romregelventils bestimmenden Förderpumpe zunächst der gesamte Dmckmittelstrom über die dritte Drossel abfließt und sich die Förderung einer bestimmten druckabhängig eingestellten Druckmittelmenge am Ablauf erst e-gibi, nachdem ein entsprechender Druckaufbau über der zweiten Drossel erfolgt ist. Der dadurch herbeigeführte Einstellvorgang des 3-Wege-StromregelventiIs ermöglicht also ein stoßfreies Anfahren eines Kolbens, der mit dem stromgeregelten Hauptstrom beaufschlagt wi.-d (z. B. Vorschubsteuerung einer Werkzeugmaschine); nach diesem Anfahrvorgang wird er dann trotz veränderliehern Lastdruck mit konstanter Druckmittelmenge beaufschlagt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, die schematisch ein Ausführungsbeispiel zeigt.

Das 3-Wege-Stromregelventil weist für das Druckmittel, so z. B. ein hydraulisches Medium, einen Zulauf 1 und einen Ablauf 2 sowie eine beide verbindende Leitung 3 auf. Vor dem Ablauf ist in die Leitung 3 eine veränderliche erste Drossel 4 geschaltet. Der sich bei Strömung von hydraulischem Medium durch die Leitung 3 vor ihr an der Stelle 5 bzw. hinter ihr an der Stelle 6 ausbildende Druck wird über Leitungen? bzw. 8 den Stirnseiten 9 bzw. 10 eines Regelkolbens 11 zugeführt. Der Regelkolben 11 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet und weist für die Leitungen? bzw. 8 entsprechende Anschlußöffnungen auf. Der Regelkolben II bildet an der Stelle 13 mit seinem Bereich 14, der mit Schlitzen 15 versehen ist, gegenüber dem Gehäuse eine erste Drossel, deren Öffnungsquerschnitt an der Stelle 13 von der Stellung des Kolbens 11 in Richtung seiner axialen Verschiebbarkeit in dem Gehäuse 12 abhängt. Der Bereich 16 des Kolbens ist mit einer Bohrung 17 versehen, in der eine gegen das rechte Ende des Gehäuses

12 abgestützte, als Vorsparmfeder wirkende Feder 18 angeordnet ist, die in Ruhestellung, d. h. in Abwesenheit einer Beeinflussung der Stellung des Regelkolbens 11 durch hydraulisches Medium, den Regelkolben Il in die in der Zeichnung dargestellte Stellung nach links drückt.

Der Öffnungsquerschnitt der Drossel an der Stelle

13 hängt von der Stellung des Regelkolben 1 ab. Er stellt die Verbindung zwischen einem ersten Raum 19 im Gehäuse 12 und einem zweiten Raum 20 her. Der erste Raum 19 ist mit einer Leitung 21, der zweite Raum 20 mit einer Leitung 22 verbunden. Die Leitung 21, die an der Stelle 23 mit der Leitung 3 verbunden ist, dient der Zuführung eines Steuermittelstromes, die Leitung 22 der Ableitung des Steuermittelstromes.

Die Leitung 22 teilt sich an der Stelle 24 in zwei Leitungen 25 bzw, 26 aut. Die Leitung 26 führt über eine feste Drossel 27 zu einem Ablauf 28. der beispielsweise in den Ströniungsmitteltank des hydrauli- ^fi5 sehen Systems münden kann. Die Leitung 25 gelangt über eine Öffnung 29 in einem Gehäuse 30 in eine Kammer 31 an der Stirnseite eines Stellkolbens 32 und beaufschlagt damit die Stirnseite des Stellkolbens 32, der in dem Gehäuse 30 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.

Der Kolben 32 hat einen Bereich 33 mit größerem Durchmesser und einen Bereich 34 mit kleinerem Durchmesser, wobei der Durchmesser dieses letztgenannten Bereichs dem Durchmesser des Gehäuseteils 35 entspricht, der die Verbindung zwischen den Räumen 36 und 37 darstellt. Der sich in den Bereich 35 hinein erstreckende Bereich 34 des Kolbens ist in Richtung seiner axialen Verschiebbarkeit mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Schlitzen 38 versehen, so daß durch die Stellung des Kolbens 32 in axialer Richtung ein bestimmter Öffnungsquerschnitt, der den Schlitzen 38 und der Längsausdehnung des Raumes 36 gemeinsam ist, definiert wird, der eine veränderliche Drossel bildet. Der Kolben 32 ist ferner mit einer Innenbohrung 39 versehen, in der eine die rechte Seite des Gehäuses abgestützte weitere Vorspannfeder 40 angeordnet ist, so daß sie in Ruhestellung, d. h. in Abwesenheit der Wirkung eines hydraulischen Mediums, auf den Stellkolben 32 denselben in die linke Stellung drückt.

Der Raum 36 ist über eine Leitung 41 an der Stelle 42 mit der Leitung 3 verbunden. Der Raum 37 ist über eine Leitung 43 mit einem Abfluß 44 verbunden, der ebenfalls, wie der Abfluß 28, in den Strömungsmitteltank münden kann. Der Kolben 32 gibt also ebenfalls je nach seiner axialen Stellung einen bestimmten Öffnungsquerschnitt 45 frei, der eine veränderliche Drossel darstellt.

Im folgenden wird die Funktionsweise dieses 3-Wcgc-Ventils beschrieben. Bei nichtdurchströmtem Venii! befinden sich beide Kolben, nämlich der Regelkolben 11 und der Stellkolben 32, in der gezeigten Ruhestellung, in der die von ihnen gebildeten Drosseln, die durch den öfTnungsquerschnitt an der Stelle 13 und den Öffnungsquerschnitt 45 gebildet werden, geöffnet sind. Wird nun eine (nicht gezeigte) Druckmitteipumpe, die den Zulauf I mit Druckmittel versorgt, eingeschaltet, so fließt zunächst das gesamte Druckmittel über die Leitung 41, den Raum 36, den Öffnungsquerschnitt 45, die Verbindung 35, den Raum 37, die Leitung 43 und den Abfluß 44 ab. Durch den geöffneten Öffnungsquerschnitt an der Stelle 13 in der gezeigten Stellung des Regelkolbens 11 fließt ebenfalls ein (mengenmäßig erheblich geringerer) Teil des über den Zulauf 1 zugeführten Druckmittels ab. Trotz der Öffmmgsslellung beider Drosseln, nämlich der an der Stelle 13 bestehenden Drossel und der durch den Öffnungsquerschnitt 45 gebildeten Drossel, bildet >ich zunächst in der Leitung 4L danach aber auch in der Leitung 3 ein gewisser, wenn auch geringer Staudruck. Der Staudruck in der Leitung 3 bewirkt nun (bei zunächst geöffneter Drossel an der Stelle 13). daß das Druckmittel über die Leitung 21. den Raum 19, den öffnungsquerschnitt 3 an der Stelle 13, den Raum 20, die Leitungen 22 und 26, über die Drossel 27 zum Abfluß 28 fließt. Vor der Drossel 27 bildet sich hier ebenfalls ein gewisser Staudruck aus, mit dem die linke Stirnseite des Kolbens 32 beaufschlagt wird, da dieser Druck über die Leitung 25 auch dem Raum 31 zugeführt wird. Dieser Druck bewirkt eine Verschiebung des Stellkolbens 32 gegen die Wirkung der Vorspannfeder 40 nach rechts und damit eine Verminderung des Öffnungsquerschnitts 45. so daß sich als Folge dieses Vorgangs ein weiterer Druckaufbau in der Leitung 3

herausbildet. Hat der Staudruck in der Leitung 3 den am Ablauf 2 herrschenden Lastdruck erreicht, dann ist praktisch der Einstellvorgang, der bei Einschalten der dem Zulauf 1 Druckmittel zuführenden Pumpe erfolgt, abgeschlossen; bei ansteigendem Druck in der Leitung 3 über den am Ablauf 2 herrschenden Lastdruck bildet sich über der einstellbaren Drossel eine Druckdifferenz aus, bei der der Druck an der Stelle 6 niedriger als der an der Stelle 5 ist. Als Folge dieser Druckdifferenz, die die beiden Stirnseiten 9 bzw. 10 des Regc'kolbens 11 beaufschlagt, tritt nun der eigentliche Regelungsvorgang ein.

Um diesen Regelungsvorgang zu beschreiben, sei zunächst davon ausgegangen, daß das gesamte System eine bestimmte Stellung hat, die durch je eine bestimmte Stellung des Regelkolbens 11 und des Stellkolbens 32 gekennzeichnet ist; dabei bildet sich ein bestimmter Öffnungsquerschnitt an der Stelle 13 aus; seine Drosselung des über die Leitung 21 zugeführten Steuerstroms bestimmten Staudruck vor der Drossel 27, der seinerseits auf die linke Stirnfläche des Kolbens 32 wirkt und damit wieder den über die Leitung 41, den Raum 36, den Öffnungsquerschnitt 45, den Verbindungsraum 35, den Raum 37 und die Leitung 43 zum Ablauf 44 abfließenden Teilstrom bestimmt. Dieser ist so eingestellt, daß bei einem bestimmten Lastdruck am Ablauf 2 eine ganz bestimmte Druckmittelmenge abgegeben wird.

Steigt nun der Lastdruck am Ablauf 2 an (beispielsweise weil sich die Belastung eines Werkzeuges, dessen Vorschub durch die am Ablauf 2 ablaufende Druckmittelmenge bestimmt wird, erhöht), dann würde dies, sofern kein Stromregelventil vorgesehen wäre, zu einer Verminderung der am Ablauf 2 ablaufenden Druckmittelmenge führen. Bei dem gezeigten 3-Wege-Stromventil führt es jedoch dazu, daß sich die Druckdifferenz über der Drossel 4 verringert, d. h.. der Druck an der Stelle 6 bzw. in der Leitung 8 steigt an, während der Druck an der Stelle 5 bzw. in der Leitung 7 gleich bleibt. Dementsprechend verschiebt sich der Regelkolben 11 aus der vorher angenommenen Regelstellung, in der sich das System im Gleichgewicht befand, nach links, und der Öffnungsquerschnitt an der Stelle 13 wird größer. Damit wird auch der über die Leitung 21 und den Öffnungsquerschnitt an der Stelle 13 abfließende Steuerstrom größer. Das wiederum führt zu einer Erhöhung des Staudrucks vor der Drossel 27 und damit auch zu einer Erhöhung des Drucks, der auf der linken Seite des Stellkolbens 32 in dem Raum 31 wirksam wird. Damit verschiebt sich der Kolben 32 nach rechts; entsprechend wird der Öffnungsquerschnitt 45 verringert, so daß ein geringerer Teilstrom über die Leitung 41 zum Abfluß 44 abfließt, und die Folge davon ist, daß sich in der Leitung 3 eine entsprechende

ίο Erhöhung des Druckes so lange ausbildet, bis der Druckabfall über der Drossel 4 wieder gleich dem eingestellten Wert ist. Der auf diese Weise durch den Regelvorgang erhöhte Druck sorgt aber dafür, daß bei der erhöhten Last die Druckmittelmenge, die am Ablauf 2 abfließt, konstant bleibt.

Gegenüber vorbekannten Lösungen ergibt sich der Vorteil, daß die Strömungsverhältnisse in der Kammer 36 und am Öffnungsquerschnitt 45, sofern sie ihrerseits eine Stellkraft auf den Stellkolben 32 ausüben, den Regelvorgang nicht verfälschen können. Sofern sie zu einer Verschiebung des Stellkolbens 32 führen, gehen sie in die Regelgröße, die durch die Druckdifferenz über der Drossel 4 gebildet wird, als echte Stellgrößen ein und werden durch entspre-

chende Einstellung des Regelkolbens 11 wiederum ausgeglichen.

Zwischen der Stelle 6 und dem Ablauf 2 ist ein Rückschlagventil 50 vorgesehen, das Rückwirkungen des am Ablauf 2 herrschenden Lastdrucks auf das 3-Wege-Stromregelventil im Ruhezustand verhindert. Das erläuterte 3-Wege-Stromregelventil befindet sich im Gleichgewicht, d. h. in seiner Regelstellung, wenn folgende Bedingungen gelten:

Öl = O₂

- p₃

Dabei ist Q₁ die über die Leitung 21 zufließende Steuerstrom-Druckmittelmenge, Q₂ die hinter der Drossel 27 am Abfluß 28 ablaufende Steuerstrom-Druckmittelmenge, F_n der wirksame öffnungsquersclinitt an der Stelle 13, F₂₇ der wirksame Öffnungsquerschnitt der Drossel 27, p, der Druck im Raum 19, p₂ der Dn, μ im Raum 20, p₃ der Druck hinter der Drossel 27 ^n Abfluß 28.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

schnitt der ersten Drossel, über den der abgezweigte Patentansprüche: Teilstrom abfließt, bestimmt. Dieses bekannte 3-Wege-Ventil hat den Nachteil,

1. 3-Wege-Stromregelventil zur Regelung der daß der Kolben nicht nur von dem mit Hilfe der am Ablauf abgegebenen Menge eines Druckmit- 5 zweiten Drossel abgeleiteten Steuerdruck bzw. der telstroms auf einen einstellbaren konstanten Wert über dieser Drossel entstehenden Druckdifferenz bebei veränderlichem Druck am Ablauf und druck- einflußt wird, sondern auch Strömungskräften des abhängiger Menge des am Zulauf zugeführten vor dem Ablauf abgezweigten Teilstroms ausgesetzt Druckmittelstroms durch Abzweigung eines Teil- ist, so daß bei dieser Regelung die geregelte Größe, Stroms vom Hauptstrom des Druckmittels vor 10 d.h. der Teilstrom, selbst wieder die zu regelnde dem Ablauf mit Hilfe einer ersten Drossel mit Größe, d.h. den öffnungsquerschnitt der ersten durch einen verschiebbaren Kolben veränderba- Drossel, beeinflußt. Die dadurch herbeigeführte Unrem Querschnitt, wobei ein von einer zweiten genauigkeit des Regelungsvorgangs macht es unmögvom Druck im Ablauf unabhängig einstellbaren Hch, den am Ablauf abgegebenen Druckmittelstrom Drossel im Hauptstrom des Druckmittels abgelei- 15 auf einen kleinen Teil, z.B. 10% der maximal zur teter Steuerdruck den Kolben beaufschlagt, da- Verfügung stehenden Druckmittelmenge, herunterzudurck gekennzeichnet, daß der an der regeln, da in diesem Bereich durch die erwähnten unzweiten Drossel (4) entstehende Steuerdruck erwünschten Einflüsse des abgezweigten Teilstroms einen weiteren Kolben (11) (Regelkolben) einer auf den Öffnungsquerschnitt der veränderlichen erdritten Drossel (13) mit von der Stellung des Re- 20 sten Drossel, die mit zunehmender Menge des abgegelkolbens (11) abhängigem Öffnungsquerschnitt zweigten Teilstroms ebenfalls zunehmend, bereits in (15) beaufschlagt, der einen aus der Hauptleitung derselben Größenordnung liegen.
(3) abgezweigten Hilfsstrom steuert, aus dem an Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu

einer vierten Drossel (27) der den Kolben (32) vermeiden und ein 3-Wege-Stromregelventil der einder ersten Drossel (45) beaufschlagende Steuer- 35 gangs genannten Art zu schaffen, das eine genaue druck abgeleitet wird. von Beeinflussungen des abgezweigten Teilstroms

2. 3-Wege-Stromregelventil nach Anspruch 1, unabhängige Regelung der am Ablauf abgegebenen dadurch gekennzeichnet, daß der der ersten Druckmittelmenge über einen weiten Regelungsbe-Drossel zugeführte Hilfsstrom von der Hauptlei- reich des am Ablauf abgegebenen Druckmittelstroms tung (3) vor der zweiten einstellbaren Drossel (4) 30 ermöglicht.

abgezweigt wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

3. 3-Wege-Stromregelventil nach Anspruch 1 der an der zweiten Drossel entstehende Steuerdruck oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck einen weiteren Kolben (Regelkolben) einer dritten in Strömungsrichtung des Hauptstroms vor bzw. Drossel mit von der Stellung des Regelkolbens abhinter der einsteUbaren zweiten Drossel (4) ent- 35 hängigem Öffnungsquerschnitt beaufschlagt, der stehende Druck die Stirnseiten (9, 10) des Regel- einen aus der Hauptleitung abgezweigten Hilfsstrom kolbens gegen die Kraft einer den Regelkolben steuert, aus dem an einer vierten Drossel der den (11) in seine geöffnete Stellung drückenden Vor- Kolben der ersten Drossel! beaufschlagende Steuerspannfeder (18) beaufschlagt. druck abgeleitet wird.

4. 3-Wege-Stromregelventil nach Anspruch 1 40 Dabei steuert also der an der einstellbaren zweiten oder einem der folgenden, dadurch gekennzeich- Drossel abgeleitete Steuerdruck zunächst einen Hilfsnet, daß zwischen dem Ablauf (2) und der ein- strom, der seinerseits den Kolben beaufschlagt, desstellbaren zweiten Drossel (4) ein Rückschlag- sen Verschiebung den Querschnitt der ersten Drossel ventil (50) angeordnet ist. bestimmt, über die der abgezweigte Teilstrom ab-

45 fließt. Der Regelkolben ist dabei nicht mehr den Strömungskräften des abgezweigten Teilstroms aus-

gesetzt. Sein Öffnungsquerschnitt bestimmt vielmehr

lediglich die Menge des Hilfsstroms, die so gering gewählt werden kann, daß die von ihm auf den Regeisn kolben ausgeübten Strömungskräfte bei der ange-

Die Erfindung betrifft ein 3-Wege-Stromregelven- strebten Genauigkeit vernachlässigbar gering sind, til zui Regelung der am Ablauf abgegebenen Menge Die von dem von der Hauptleitung abgezweigten eines Druckmittelstroms auf einen einstellbaren kon- Tcilstrom herrührenden Strömungskräfte, die am stanten Wert bei veränderlichem Druck am Ablauf Öffnungsquerschnitt der ersten veränderbaren Dros- und druckabhängiger Menge des am Zulauf züge- 55 sei wirksam werden, verändern dessen Stellung nicht; führten Druckmittelstroms durch Abzweigung eines sie beeinflussen hingegen Druckverhältnisse in der Teilstroms vom Hauptstrom des Druckmittels vor einstellbaren zweiten Drossel, die in die Leitung zwidem Ablauf mit Hilfe einer ersten Drossel mit durch sehen Zulauf und Ablauf eingeschaltet ist, und gehen einen verschiebbaren Kolben veränderbarem Quer- somit als echte Regelgröße in die Regelung mit ein schnitt, wobei ein von einer zweiten vom Druck im 60 und werden auf diese Weise ausgeglichen.
Ablauf unabhängig einstellbaren Drossel im Haupt- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin-

strom des Druckmittels abgeleiteter Steuerdruck den dung, die die Anordnung eines Rückschlagventils Kolben beaufschlagt. zwischen der einstellbaren zweiten Drossel und dem

Ein derartiges 3-Wege-StromrcgcIventil ist be- Ablauf vorsieht, wird erreicht, daß der Zulauf des kannt (DT-PS 11 85 387). Bei ihnen wirkt der Steu- 6₅ Druckmittelstroms abgeschaltet werden kann, ohne erdruck vor bzw. nach der zwischen Zulauf und daß dadurch die Lastverhältnisse am Ablauf selbst Ablauf eingeschalteten einstellbaren zweiten Drossel beeinflußt werden,
auf den Kolben, dessen Stellung den Öffnungsquer- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfin-