DE2460348A1 - Wegeventil - Google Patents

Description

• "Wegeventil" Die Erfindung betrifft ein proportional steuerbares Wegeventil, bestehend aus einer federzentrierten Hauptstufe, einem Regelmagneten und zwei dazu symmetrisch angeordneten Druckventil-Vorstufen, die mit Betätigungsstangen, Ubersetzungsmitteln und Steuerkolben versehen sind.
• Es sind proportional steuerbare Wegeventile bekannt, die mit zwei mechanisch getrennten Drvckventil-Vorstufen arbeiten, d.h. es sind zwei Regelmagnete erforderlich.
• Weiter sind proportional steuerbare Wegeventile bekannt, die mit Doppeldüse-Prallplattensystemen als Vorsteuerung angetrieben werden und als elektromechanischen Antrieb einen relativ aufwendigen Torquemotor erfordern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil zu schaffen, das eine lineare Kennlinie (Schieberhub der Hauptstufe über dem Eingangsstrom), eine geringe Druck- und Temperaturdrift, eine automatische Fehlerkorrektur bei Auftreten von Fehlern in nur einem Vorsteuerzweig und eine geringe Verschmutzungsempfindlichkeit aufweist und dass bei niedrigem Fertigungsaufwand eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemdss dadurch gelöst, dass der Regelmagnet als Doppelhubmagnet ausgebildet ist, der Uber seinen Anker, die Betätigungsstangen und die Ubertragungsmittel direkt auf die Steuerkolben der Druckventil-Vorstufen einwirkt und dadurch Steuerdrosseln so lange beeinflusst, bis die an Kolbenflächen anliegenden hydraulischen Steuerkrafte der Kraft des Doppelhubmagneten das Gleichgewicht halten.
• Auch ist vorgesehen, dass der Doppelhubmagnet in einem relativ grossen Hubbereich eine dem Eingangs strom proportionale Kraft abgibt.
• Besonders zweckmässige Ausgestaltungen der Druckventil-Vorstufen ergeben sich gemäss den Kennzeichen der Anspruche 3 bis 7.
• Schliesslich ist es Bestandteil der Erfindung, dass der Arbeitskolben eines Verbraucher8 direkt durch die Druckventil-Vorstufen ansteuerbar ist.
• Die Zeichnung veranschaulicht schematisch zweckmässige Ausfuhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
• Es zeigen: Fig. 1 ein Schnittbild eines Wegeventils mit nachgeschaltetem Verbraucher Fig. 2 eine Differenzdruck-Strom-Kennlinie der Vorsteuerung Fig. 3 eine Druckventil-Vorstufenausfuhrung als Kugelsitzventil Fig. 4 eine Druckventil-Vorstufenausfuhrung als Kegelsitzventil Fig. 5 eine Druckventil-Vorstufenausfuhrung in Kolbenschieberbauart mit Kolbendämpfung Fig. 6 eine Druckventil-Vorstufenausfuhrung in Kolbenschieberbauart mit Referenzkraftkolben.
• In Fig. 1 ist ein Doppelhubmagnet 21 dargestellt, der zwischen zwei Druckventil-Vorstufen 22 und 22' angeordnet ist, die eine Hauptstufe 27 betätigen, welche wiederum einen Verbraucher 33 steuert.
• Der Doppelhubmagnet 21 ist so angeordnet, dass eine kraftschlüssige Verbindung zweier Steuerkolben 2 und 2' Uber Kugeln 3 und 3' sowie Betdtigungsstangen 17 und 17' über einen Anker 16 gegeben ist.
• Die Kugeln 3 und 3' sollen Kippmomente an den Steuerkolben 2 und 2' vermeiden und damit günstige Kolbenreibungsverhd.ltnisse sicherstellen.
• Die Steuerkolben 2 und 2' sind in Bohrungen 8 und 8' von Ventilblöcken 1 und 1', deren Enden mit Stopfen 4 und 4' verstopft sind, so angeordnet, dass durch Zusammenwirken von Steuerkanten 9 und 9' in den Ventilblöcken 1 und 1' mit Steuerkanten 10 und 10' an den Steuerkolben 2 und 2' Steuerdrosseln 11 und 11' gebildet werden.
• Die Ventilblöcke 1 und 1' haben Vorsteuer-Zulaufleitungen 5 und 5', durch welche das Steueröl Uber Steuerkammern 6 und 6' zu den Steuerdrosseln 11 und 11' gelangt und gleichzeitig auf Kolbenflächen 7 und 7' einwirkt. Die hydraulischen Steuerkräfte der Kolbenflächen 7 und 7' wirken über die Steuerkolben 2 und 2', die Kugeln 3 und 3' und die Betätigungsstangen 17 und 17' auf den Anker 16 derart, dass die Summe der hydraulischen Steuerkräfte der Magnetkraft das Gleichgewicht halten.
• Wird der Doppelhubmagnet mit einem Eingangsstrom 21 Uber Spulen 15 angesteuert und damit die Magnetkraft verändert, verschiebt sich der Anker 16 mit den Steuerkolben 2 und 2' so lange, bis Uber die gleichzeitige Beeinflussung der Steuerdrosseln 11 und 11' in Steuerkammern 6 und 6' und damit in Vorsteuer-Zulaufleitungen 5 und 5' sich der Differenzdruck P1 minus P2 eingestellt hat, der dem Doppelhubmagneten 21 das Gleichgewicht hält. Uber Drosseln 23 und 23' ist der Vorsteuerdurchfluss und die Vorsteuercharakteristik festgelegt.
• Aus einer Ringkammer 30 der Hauptstufe 27 werden die Druckventil-Vorstufen 22 und 22' Uber eine Leitung 31 mit Steueröl versorgt.
• Der Abfluss des Steueröls erfolgt hinter den Steuerdrosseln 11 und 11' durch Ringkammern 12 und 12' Uber Vorsteuerrucklaufleitungen 13 und 13' in eine Rücklaufleitung 14.
• Eine Drossel 18 hat die Aufgabe, das Vorsteuersystem bei Störungen und bei Aufschaltung von elektrischen Signalen zu bedämpfen und damit das Vorsteuersystem zu stabilisieren. Das geschieht im Zusammenwirken mit dem eingeschlossenen Ölvolumen - hervorgerufen durch Lecköl an den Steuerkolben 2 und 2' - in Kolbenkammern 35 und 35', Ringspalten 36 und 36' sowie im Ankerraum 20.
• Die von den Druckventil-Vorstufen 22 und 22' erzeugten SteuerdrUcke P1 und P2 in den Vorsteuer-Zulaufleitungen 5 und 5', die verbunden sind mit Steuerkammern 24 der Hauptstufe 27, beaufschlagen einen Hauptkolben 26 auf dessen Kolbenfldchen 27 und verschieben bei Druckdifferenz den Hauptkolben 26 gegen Druckfedern 25, womit der von einer Pumpe 28 Uber eine Druckleitung 29 in eine Ringkammer 30 geförderte Ölstrom auf Verbraucherleitungen 32 gesteuert wird, um den Verbraucher 33 zu betätigen, wobei das jeweils aus dem Verbraucher verdrängte Ölvolumen Uber Leitungen 34 in eine Rücklaufleitung 14 abfliessen kann.
• Die zwei symmetrisch angeordneten Druckventil-Vorstufen 22 und 22' werden also von einem einzigen Doppelhubmagneten 21 angesteuert, wobei eine Aufsummierung aller Steuerkräfte an dem Anker 16 des Doppelhubmagneten 21 stattfindet, so dass die beiden Steuerdrosseln 11 und 11' sich selbsttätig abgleichen und der sich ergebende Differenzdruck P1 - P2 zur Aussteuerung der Hauptstufe 27 der Magnetkraft umgerechnet Uber die Kolbenflächen 7 und 7' der Steuerkolben 2 und 2' entspricht und der Hauptkolben 26 somit gegen die Druckfedern 25 proportional dem Differenzdruck auslenkt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Doppelhubmagnet 21 ein Regelmagnet ist, dessen Kraft proportional dem Einyangsstrom und weitgehend unabhängig von der Ankerstellung ist.
• In Fig. 2 ist die Differenzdruck-Strom-Kennlinie der kompletten Ventilvorsteuerung dargestellt - es ist die dem System eigene lineare Charakteristik erkennbar.
• Auf der Ordinatenachse ist der Differenzdruck Ap = P1 - P2 und auf der Abszissenachse der Eingangsstrom I des Doppelhubmagneten 21 aufgetragen.
• Der Differenzdruck stellt sich weitgehend unabhängig vom Systemdruck ein und wird selbst dann aufrechterhalten, wenn in den beiden Vorsteuerzweigen unterschiedliche Durchflüsse aufgrund von Störungen auftreten.
• In Fig. 3 ist eine vereinfachte Ausführung einer anwendbaren Druckventil-Vorstufe in Kugelsitzventilousführung gezeigt, bei der eine Steuerdrossel 40 von einer Steuerkante 38 in dem Ventilblock 1 mit einer Kugel 39 gebildet wird. Eine gleiche Ausbildung gilt auch fUr die Druckventil-Vorstufe in dem Ventilblock 1'.
• Fig. 4 zeigt eine Ausführung einer Druckventil-Vorstufe als Kegelsitzventil, dessen Steuerdrossel 42 gebildet wird von einer Steuerkante 43 in dem Ventilblock 1 und einem Steuerkegel 41.
• in Fig. 5 ist die Ausführung einer Druckventil-Vorstufe in Kolbenschieberbauart mit einer Kolbendämpfung gezeigt, wobei der gesteuerte Druck eines Ringkanals 44 Uber eine Bohrung 45 und eine Drosselbohrung 46 in einer Kolbenkammer 47 auf eine Kolbenfläche 48 an dem Steuerkolben 2 wirkt, deren hydraulische Kraft gegen den Doppelhubmagneten wirkt und die Steuerdrossel 11, gebildet durch die Steuerkanten 9 und 10, beeinflusst. Die gleiche Ausbildung gilt auch fur die Druckventil-Vorstufe in dem Ventilblock 1'.
• Fig. 6 zeigt eine AusfUhrung einer Druckventil-Vorstufe in Kolben-Schieberbauart mit Referenzkraftkolben. Hier liegt der gesteuerte Druck des Ringkanals 44 Uber die Bohrung 45 in einer Bohrung 55 an einer Kolbenfläche 49 eines Gegenkolbens 50 an, der sich Uber eine Kugel 51, einen Stopfen 52, einen Deckel 53 und dessen Befestigungsschrauben 54 an dem Ventilblock 1 abstUtzt. Die der Kolbenfläche 49 multipliziert mit dem gesteuerten Druck entsprechende Druckkraft wirkt als Reaktionskraft auf den Steuerkolben 2 ein und beeinflusst die Steuerdrossel 11, die aus den Steuerkanten 9 und 10 gebildet ist.
• Die gleiche Ausbildung gilt auch für die Druckventil-Vorstufe in dem Ventilblock 1'.
• Das erfindungsgemösse Steuerventil bringt den Vorteil, dass durch Verbindung eines Doppelhubmagneten mit zwei Druckventil-Vorstufen eine gegenseitige Beeinflussung der Steuerdrosseln möglich wird und dass auftretende Störungen, z.B. durch Drosselverschmutzung, selbsttätig ausgeregelt werden.
• Aus dieser Eigenschaft resultieren ebenso eine geringe Temperaturdrift, eine geringe Druckdrift und eine geringe Verschmutzungsempfindlichkeit und damit eine hohe Zuverldssigkeit des erfindungsgemässen Wegeventils.
• Weitere Vorteile sind die Linearität des Wegeventils aufgrund der Kraft-Strom-Charakteristik des Doppelhubmagneten und die relativ geringen Fertigungskosten gegenüber bekannten VentilausfUhrungen, die mit zwei getrennten Regelmagneten arbeiten.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Wegeventil, bestehend aus einer federzentrierten Hauptstufe, einem Regelmagneten und zwei dazu symmetrisch angeordneten Druckventil-Vorstufen, die mit Betätigungsstangen, Ubersetzungsmitteln und Steuerkolben versehen sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Regelmagnet als Doppelhubmagnet (21) ausgebildet ist, der Uber seinen Anker (16), die Betätigungsstangen (17 und 17') und die Ubertragungsmittel (3 und 3') direkt auf die Steuerkolben (2 und 2') einwirkt und dadurch Steuerdrosseln (11 und 11') so lange beeinflusst, bis die an Kolbenflächen (7 und 7') anliegenden hydraulischen Steuerkräfte der Kraft des Doppelhubmagneten (21) das Gleichgewicht halten.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Doppelhubmagnet (21) in einem relativ grossen Hubbereich eine dem Eingangsstrom proportionale Kraft abgibt.

3. Wegeventil nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g-e k e n nz e i c h n e t , dass in dem Doppelhubmagneten (21) ein Ankerdämpfungssystem vorhanden ist, das von Kolbenkammern (35 und 35'), Ringspalten (36 und 36'), einem Ankerraum (20) mit einer Verbindungsbohrung (19)und einer Drossel (18) gebildet wird.

4. Wegeventil nach einem der AnsprUche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Druckventil-Vorstufen (22 und 22') als Kugelsitzventile ausgeführt sind, wobei eine Steuerdrossel (40) durch eine Kugel (39) und eine Steuerkante (38) gebildet wird.

5. Wegenventil nach einem der Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Druckventil-Vorstufen (22 und 22') als Kegelsitzventile ausgeführt sind, wobei eine Steuerdrossel (42) durch einen Steuerkegel (41) und eine Steuerkante (43) gebildet wird.

6. Wegenventil nach einem der Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Druckventil-Vorstufen (22 und 22') als Kolbenventile mit einem Dämpfungssystem ausgefUhrt sind, so dass der im Ringkanal (44) anliegende Druck Uber eine Querbohrung (45) und eine Drosselbohrung (46) in eine Kolbenkammer (47) gelangt und an einer Kolbenfldche (48) als Steuerdruck auf den Steuerkolben (2) wirkt und die Steuerdrossel (11) beeinflusst.

7. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Druckventil-Vorstufen (22 und 22') als Kolbenventile mit Gegenkraftkolben ausgebildet sind, so dass der gesteuerte Druck des Ringkanals (44) Uber die Querbohrung (45) in einer Bohrung (55) an einer Kolbenfldche (49) eines Gegenkolbens (50) anliegt, der sich Uber eine Kugel (51), einen Stopfen (52), einen Deckel (53) und Befestigungrschrauben (54) am Ventilgehäuse (1) abstUtzt, wobei die Steuerkraft = resultierend aus dem Produkt gesteuerter Druck und der Kolbenfläche (49) - auf den Steuerkolben (2) einwirkt und die aus den Steuerkanten (9 und 10) gebildete Steuerdrossel (11) beeinflusst.

8. Wegeventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Arbeitskolben eines Verbrauchers (33) direkt durch die Druckventil-Vorstufen (22 und 22') ansteuerbar ist.