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Stromregelventil
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Die Erfindung betrifft ein Mehrwege-Stromregelventil mit einem Gehäuse,
einem in diesem längs seiner Achse verschiebbaren, federbelasteten Regelkolben,
einer Stelldrossei, einem Zulaufanschluß und einem Verbraucheranschluß.
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Bei Zweiwege-Stromregelventilen ist im nicht durchströmten Zustand
der Regelkolben geöffnet. Er regelt sich in seine Arbeitslage erst dann ein, wenn
das Ventil zugeschaltet, -d.h. wenn es- durchströmt wird. Da hierzu eine gewisse
Einregelzeit erforderlich ist, bedeutet dies, daß kurzzeitig mehr Druckmittel vom
Zulaufanschluß zum Verbraucheranschluß fließt als an sich. eingestellt ist. Dies
führt dazu, daß ein durch das Druckmittel beaufschlagter Zylinder einen wegmäßig
unkontrollierten Hub durchführt, d.h. es entsteht ein Anfahrstoß, der eine Zerstörung
z.B. eines durch den Verbraucher betätigten Werkzeuges zur Folge haben kann.
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Bei Dreiwege-Stromregelventilen ist im nichtdurchströmten Zustand
des Ventiles der Regelkolben, d.h. die Regelstrecke, geschlossen. Das Druckmittel
strömt in diesem Fall, ohne über die Regelstrecke abgeleitet zu werden, direkt vom
Zulaufanschluß über die Drossel zum Verbraucher, wodurch bei diesem ebenfalls ein
unerwünschter Druckstoß auftreten kann.
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Um diesen Anfahrstoß zu umgehen, ist es schon vorgeschlagen worden,
am Ventil einen zusätzlichen Anschluß anzuordnen, über den der Regelkolben in geschlossener
Stellung gehalten wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß in Folge von langen Steuer-Ölwegen
Regelungsfehler auftreten können und außerdem ein zusätzlicher Verrohrunasaufwand
erforderlich ist.
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Ein anderer Vorschlag geht dahin, im Ventil durch Verschieben einer
federbelasteten Buchse den Eingang beim nichtdurchströmten Ventil zu sperren. Bei
dieser Ausführungsform muß jedoch bei jedem Anfahrvorgang nicht nur der Regelkolben
sondern auch die Stelldrossel erneut gegen ihren Anschlag geschaltet bzw.
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gebracht werden, wodurch die Wiederholgenauigkeit beeinträchtig wird.
Außerdem können Schmutzpartikel die Stelldrosseléinstellung beeinträchtigen und
insbesondere bei kleinen ölströmen nichtnwhr vertretbare Abweichungen-zur Folge
haben.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
aufgeführten Nachteile ein Stromregelventil zu schaffen, bei dem kein Anfahrstoß
auftritt.
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Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch einen federbelasteten Steuerkolben,
durch den der Regelkolben derart belastbar ist, daß sein Regelquerschnitt bei nichtdurchströmten
Ventil geschlossen (Zwei-Wege-Ventil) bzw. geöffnet (Drei-Wege-Ventil) ist.
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Zweckmäßigerweise ist hierbei bei einem Zwei-Wege-Ventil mit vorgeschalte-ter
Stelldrossel die äußere Stirnseite des Regelkolbens an den Zulauf nach der Stelldrossel,
die äußere Stirnseite des Steuerkolbens an den Verbraucheranschluß und die innere
Stirnseite des Regelkolbens sowie die innere Stirnseite des Steuerkolbens an den
Zulauf vor der Stelldrossel angeschlossen.
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Bei einem Zwei-Wege-Ventil mit nachgeschalteter Stelldrossel sind
vorteilhafterweise die äußere Stirnseite des Regelkolbens und die äußere Stirnseite
des Steuerkolbens an den Verbraucheranschluß nach der Stelldrossel, die innere Stirnseite
des Regelkolbens an den Verbraucheranschluß vor der Stelldrossel und die innere
Stirnseite des Steuerkolbens an den Zulaufänschluß angeschlossen.
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Bei einem Drei-Wege-Ventil mit einem Zulaufanschluß, einem Verbraucheranschluß
und einem Ablaufanschluß, wobei die Stelldrossel direkt zwischen Zulaufanschluß
und Verbraucheranschluß geschaltet ist, ist vorzugsweise die äußere Stirnseite des
Regelkolbens an den Verbraucheranschluß, die äußere Stirnseite des Steuerkolbens
an den Ablaufanschluß und die innere Stirnseite des Regelkolbens sowie die innere
Stirnseite des Steuerkolbens an den Zulaufanschluß angeschlossen.
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Zweckmäßigerweise können hierbei die axiale Lage des Steuerkolbens
und damit die axiale Lage des Regelkolbens relativ zum Regelquerschnitt verstellbar
ausgebildet sein.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in denen Fig. 1 im Schnitt ein Zwei-Wege-Stromregelventil
mit vorgeschalteter Stelldrossel zeigt.
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Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Zwei-Wege-Stromregelventil mit nachgeschalteter
Stelldrossel.
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Fig. 3 zeigt ein Drei-Wege-Stromregelventil im Schnitt.
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Das Stromregelventil 10 nach Fig 1 besteht aus dem nur angedeutet
dargestellten Gehäuse 12, in welchem ein Regelkolben 14 längs seiner Achse hin-
und herverschiebbar angeordnet ist.
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Der Regelkolben 14 hat einen Teil 16, der mit dem Kolben 14 über einen
Schaft 18 geringeren Durchmessers verbunden ist.
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Er hat ferner eine Regelfläche 20, die z.B. die Form eines Kegelstumpfs
haben kann und die mit einer im Gehäuse 12 ausgebildeten Steuerkante 22 bei der
Regelung zusammenwirkt.
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Der Teil 16 des Regelkolbens ist durch eine Druckfeder 24 in Axialrichtung
nach rechts in Fig. 1 belastet Im Gehäuse 12 ist ferner ein Steuerkolben 26 axial
beweglich angeordnet, der durch eine Druckfeder 28 nach links in Fig. 1 belastet
ist. Die Achse des Steuerkolbens fällt zweckmäßigerweise mit der Achse des Regelkolbens
zusammen.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand ist das Stromregelventil, das
als Zwei-Wege-Ventil mit vorgeschalteter Drossel 40 ausgebildet ist, nicht vom Druckmedium,
z.B. öl durchflossen.
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Die Druckfeder 28 ist stärker ausgebildet als die Druckfeder 24, wodurch
der Steuerkolben 26 gegen die Kraft der Feder 24 nach links in Fig. 1 bis zum Anschlag
30 gedrückt wird. Der Steuerkolben ist mit einem axialen Zapfen 32 versehen, der
an der inneren Stirnfläche 34 des Regelkolbens 14 anstößt und diesen nach links
verschiebt, derart, daß der Regelkolben 14 einen im Gehäuse ausgebildeten Ringraum
44, der mit dem Zulaufanschluß 36 in Verbindung steht, abschließt.
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Das Gehäuse 12 ist, wie bereits erwähnt, mit einem Zulaufanschluß
36 sowie einem Rücklaufanschluß 38 versehen, wobei der Zulaufanschluß 36 über eine
Leitung 42, in der eine Stelldrossel 40 liegt, mit dem Ringraum 44 verbunden ist.
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Von der Leitung 42 zweigt,in Strömungsrichtung gesehen, vor der Stelldrossel
-40 eine Leitung 46 ab, die in einen -Ringraum 48 zwischen Gehäuse--und Steuerkolben
26 mündet. Der letztere ist mit einer Bohrung 50 versehen, die mit dem Ringraum
48 in Verbindung steht und sich durch den Zapfen 32, bis zu dessen Stirnfläche erstreckt,
wo die Bohrung in eine'Querbohrung oder Quernut 52 übergeht, die ihrerseits mit
einem Ringraum 54 zwischen Gehäuse und Zapfen 32 in Verbindung steht.
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Von der Leitung 42 zweigt ferner in Strömungsrichtung nach der Stelldrossel
40 eine Leitung 56 ab, die an einen Raum 58 zwischen-Gehäuse und Stirnfläche 60
des Teiles 16 des Regelkolbens angesc'hlossen- ist.
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Der Verbraucheranschluß 38 ist über eine Leitung 66 mit einem Ringraum
74 verbunden, der zwischen dem Schaft 18 und dem Gehäuse 12 áusgebildet ist. Ein
Raum 62 zwischen der Stirnfläche 68 des Steuerkolbens 26 und dem Gehäuse 12'ist
über eine Leitung 64 an die Leitung 66 angeschlossen. Der Steuerkolben 26 ist an
seinem Außenumfang mit einer Dichtung 72 versehen, die z.B. in einer geeigneten
Nut angeordnet sein kann, wodurch die Räume 48 und 62 gegeneinander abgedichtet
werden.
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Das Zwei-Wege-Stromregelventil nach Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:
Im dargestellten, nichtdurchströmten Zustand ist der Öldruck am Zulaufanschluß 36
und am Verbraucheranschluß 38 gleich. Der Regelkolben und der Steuerkolben nehmen
aufgrund der Kräfte
der Druckfedern 24 und 28 die in Fig. 1 gezeigte
Stellung ein, in der der Steuerkolben 26 am Anschlag 30 des Gehäuses 12 anliegt
und den Regelkolben 14 soweit nach links in Fig. 1 gegen die Kraft der Feder 24
drückt, daß der Ringraum 44 geschlossen ist.
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Wird das Ventil eingeschaltet, so strömt das Druckmittel vom Zulaufanschluß
36 über die Leitung 46 in den Ringraum 48, von dort durch die Bohrung 50 und die
Quernut 52 in den Ringraum 54.
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Die innere Stirnfläche 70 des Steuerkolbens 26 wird damit durch das
Druckmittel belastet, wodurch der Steuerkolben gegen die Kraft der Feder 28 und
gegen den niedrigeren Druck im Raum 62 nach rechts in Fig. 1 verschoben wird bis
zum Anschlag an der Stirnwand 63 des Gehäuses 12.
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Gleichzeitig gelangt das Druckmittel vom Zulaufanschluß 36 über die
Stelldrossel 40 und die Leitung 56 in den Raum 58.
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Im Raum 58 und im Raum 54 herrscht somit kurzzeitig derselbe Druck,
d.h. der Zulaufdruck. Da der Regelkolben nicht mehr durch den Steuerkolben belastet
wird, schiebt die Feder 24 den Regelkolben nach rechts in Fig. 1, wodurch die Steuerkante
22 freigegeben wird, so daß das Druckmittel aus dem Ringraum 44 durch den Regelspalt,
der von der Steuerkante 22 und der Kegelfläche 20 gebildet wird, in den Ringraum
74 und von dort über die Leitung 66 zum Verbraucheranschluß 38 strömen kann. Es
wurde bereits erwähnt, daß der Ringraum 44 über die Leitung 42 mit dem Zulaufanschluß
36 in Verbindung steht, so daß von diesem aus über die Stelldrossel und die Leitung
42 das Druckmittel in den Ringraum 44 beim Zuschalten des Ventils ein strömt.
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Der Regelkolben 14 regelt sich nun in üblicher Weise ein, ein Anfahrstoß
wird aber vermieden, weil der Regelspalt bzw. der Ringraum 44 beim Anfahren geschlossen
ist und nur allmählich
geöffnet wird. Während der gesamten Betriebsdauer
des Ventils wird der Steuerkolben am Anschlag an der Stirnfläche 63 gehalten, weil
die auf den Kolben aufgrund des Druckes des Druckmittels in den Räumen 48 und 54
einwirkende Kraft größer ist als die Summe der Kräfte aus Kraft der Feder 28 plus
Kraft aufgrund des Druckes im Raum 62.
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Die äußere Stirnfläche 68 des Steuerkolbens ist somit durch den niedrigeren
Druck am Verbraucheranschluß 38 belastet, die äußere Stirnfläche 60 de-s Regelkolbens
ist durch den Zulaufdruck nach der Stelldrossel 40 belastet, während die innere
Stirnfläche 34 des Regelkolbens (die die gleiche Flächengröße hat wie die äußere
Stirnfläche 60) und die innere Stirnfläche- 70 des -Steuerkolbens durch den Zulaufdruck
vor der Stelidrossel 40 belastet sind.
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Wird das Ventil abeschaltet, so wird der Regelkolben 14 durch den
Steuerkolben 26 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Position verschoben, in der
der Ringraum 44 und die Steuerkante- 22 durch den Regelkolben geschlossen sind.
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Fig. 2 zeigt, ein Zwei-Wege-Stromregelventil mit nachgeschalteter
Stelldrossel.
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Bei dieser Ausführungsform ist der -Steuerkolben 26 in einer eigenen
Kammer des-Ventils 12 angeordnet und sein Zapfen 76 erstreckt sich durch eine Querwand
86 des Gehäuses hindurch in eine-Kammer 78, wo der Zapfen 76 an der inneren Stirnfläche
34 des Regelkolbens 14 anstößt. Die Kammer 78 ist gegenüber dem Ringraum 48 durch
eine geeignete Dichtung 88 abgedichtet.
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Die Kammer 78 ist über eine Leitung 84 mit der zum Verbraucheranschluß
38 führenden Leitung 66 - in Strömungsrichtung gesehen -vor der Stelldrossel 40
verbunden, während die Räume 58 und 62
entsprechend über Leitungen
80 bzw. 82 ebenfalls mit der Leitung 66 jedoch - in Strömungsrichtung gesehen -
nach der Stelldrossel 40 verbunden sind. Der Ringraum 48 ist wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 über die Leitung 46 direkt mit der Zulaufleitung 42 verbunden, die vom
Zulaufanschluß 36 direkt zum Ringraum 44 f-ührt.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 arbeitet folgendermaßen: Beim Zuschalten
des Ventils strömt das Druckmittel vom Zulaufanschluß 36 über die Leitung 42 in
den Ringraum 44 sowie über die Leitung 46 in den Ringraum 48. er Steuerkolben kann,
wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, mit einer Bohrung 50 und einer Quernut
52 versehen sein, so daß seine Stirnflächen 70 durch den Zulaufdruck beaufschlagt
werden, wodurch der Steuerkolben gegen die Kraft der Feder 28 und den niedrigeren
Druck im Raum 62 nach rechts in Fig. 2 bis zum Anschlag an der Stirnwand 63 des
Gehäuses gedrückt wird. Der Regelkolben 14 ist damit nicht mehr durch den Steuerkolben
belastet.
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Da die Räume 78 und 58 beide an die Leitung 66 angeschlossen sind
(der erste allerdings vor, der letztere nach der Stelldrossel), herrscht noch Druckgleichheit
in diesen beiden Räumen, so daß die Druckfeder 24, wie bei Fig. 1, den Regelkolben
14 nach rechts in Fig. 2 drückt, wodurch die Steuerkante 22 freigegeben wird, so
daß zwischen dieser und der Kegelfläche 20 des Regelkolbens das Druckmittel aus
dem Ringraum 44 in den Ringraum 74 und von dort über die Leitung 66 zum Verbraucheranschluß
38 strömen kann. Der Regelkolben 14 öffnet solange, bis seine Gleichgewichtslage
und damit die normale Stromregelfunktion erreicht ist. Der Steuerkolben wird während
des Betriebes am Anschlag an der Stirnwand 63 gehalten, da die auf seine innere
Stirnfläche 70 wirkende Kraft größer ist als die auf seine äußere Stirnfläche 68
wirkende
Kraft, die sich zusammensetzt aus der Kraft der Feder 28 und der durch das Druckmittel
erzeugten Kraft. (Es wurde bereits erwähnt, daß der Druck des Druckmittels am Verbraucheranschluß
38 entsprechend niedriger ist als derjenige am Zulaufanschluß 36).
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Wird das Ventil abgeschaltet, so wird der Regelkolben 14 durch den
federbelasteten Steuerkolben 26 wieder in die in Fig. 2 dargestellte Position gedrückt,
in der der Ringraum 44 und die Steuerkante 22 vom Regelkolben überdeckt und geschlossen
sind.
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Fig. 3 zeigt ein Drei-Wege-Stromregelventil.
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Bei diesem Ventil ist der ZuLaufanschluß 36 über die Drossel 40 direkt
mit dem Verbraucheranschluß 38 verbunden. Das Ventil besitzt ferner einen z.B. zu
einem blank führenden Ablaufanschluß 90.
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Der Steuerkolben 26 ist wie bei den Ausführungsformen nach den Fig.
1 und 2 durch die Druckfeder 28 in Richtung auf den Regelkolben 14 belastet und
er drückt diesen mittels seines Zapfens 32, der an der inneren Stirnfläche 34 des
Regelkolbens anschlägt, gegen die Kraft der Feder 24 nach links in Fig. 3 bis er
an einer Anschlagplatte 108 anschlägt. Der Steuerkolben 26 ist zu diesem Zweck mit
einem zentralen Gewindezapfen 106 versehen, über den die Feder 28 geschoben ist,
und dieser Gewindezapfen 6 ragt bei der dargestellten Ausführungsform aus dem Gehäuse
12 heraus. Auf das freie Ende des Gewindezapfens 106 ist eine Gewindemutter 110
geschraubt, während-die Anschlagplatte 108 in geeigneter Weise dicht mit dem Gehäuse
verbunden ist. Durch entsprechende Einstellung der Mutter 110, die mit einer Kontermutter
versehen sein kann, kann der axiale Weg des Steuerkolbens 26 in Richtung nach links
in Fig. 3 eingestellt werden. Wie bei den beiden oben beschriebenen
Ausführungsformen
ist die Feder 28 stärker als die Feder 24, so daß sie in der Lage ist, bei nichtdurchströmten
Ventil den Regelkolben 14 in die in Fig. 3 gezeigte Position zu bringen.
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Der Zulaufanschluß 36 ist über die Leitung 46 direkt mit dem Raum
54 und über eine Leitung 94 direkt mit einer Kammer 102 verbunden, deren eine Gehäusekante
die Steuerkante 22 bildet.
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Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist jedoch
beim Drei-Wege-Stromregelventil der Regelspalt 104 beim nichtdurchströmten Ventil
geöffnet, während er bei den zum Stand der Technik gehörenden Ventilen in der Drei-Wege-Ausführung
geschlossen ist. Wenn daher ein bekanntes Ventil zugeschaltet und der-Oldruck an
den Zulaufanschluß 36 gelegt wird, so steht in der Kammer 102 der volle Zulaufdruck
an, das Druckmittel kann jedoch.dort zunächst nicht abströmen, so daß es vom Zulaufanschluß
-36 über die Leitung 92 und die Stelldrossel 40 direkt zum Verbraucheranschluß 38
strömt, wodurch ein Anfahrstoß entsteht. Der Raum 58 ist bei der Drei-Wege-Ausführung
über eine Leitung 98 mit dem Verbraucheranschluß 38 verbunden, während der Raum
62 über eine Leitung 100 an den Ablaufanschluß 90 angeschlossen-ist, der--über eine
Leitung 96 mit dem Ringraum 74 in-Verbindung steht.
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Das Ventil nach Fig. 3 arbeitet wie folgt: Im dargestellten, nichtdurchströmten
Zustand ist der Druck des Druckmittels am Zulaufanschluß 36, am Verbraucheranschluß
38 und am Rücklaufanschluß 90 gleich und damit auch an sämtlichen Punkten des Ventils.
Die Feder 28 drückt den Steuerkolben 26 und den Regelkolben 14 gegen die Kraft der
Feder 24 nach links in Fig. 3, bis die Gewindemutter 110 an der Anschlagplatte 108
anschlägt. Der Regelkolben 14 nimmt dann die in Fig. 3 gezeigte Position ein, in
der der Regelspalt 104 geöffnet ist.
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-Wird das Ventil zugeschaltet,so-strömt-das Druckmittel vom ZuIaufaflschIuß'
36 durch die Leitung 46 in den Raum 54 und über die Leitung 94 in die Kammer 102.
Aus der Kammer 102 strömt das Drucknittel durch den Dros-selquerschnitt bzw.
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Regelspalt 104 in den Ringraum 74 und von dort über die Leitung 96
zum Rücklaufanschluß 90. Von dort aus kann das bl gegebenenfalls in einen öltank
zurückgeleitet werden.
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Der Querschnitt des Regelspaltes 104 ist nun mit Hilfe der Gewtndemutter
110 so eingestellt, daß sich in der Kammer 102 ein Staudruck aufbaut, der über die
Leitungen 94 und 46 -auch im Raum 54 zur Auswirkung kommt Mit ander-en Worten, im
Raum 54 baut sich'derselbe Druck auf, wie in der Kammer 102. Der Staudruck ist mindestens
so hoch, daß die auf -die innere Stirnfläche 70 des Steuerkotbens 26 wirkende Kraft
größer ist als die Summe aus der Kraft der Feder 28 und der auf die äußere Stirnfläche
68 des Steuerkolbens aufgrund des Druckes im Raum 62 wirkenden Kraft.
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Der Druck im Raum 42, der an die zum Rücklauf 90 führende Leitung
96 angeschlossen ist, ist entsprechend niedriger als der Zulaufdruck und als der
Staudruck. Durch-den Staudruck-, der sich, wie dargelegt, auch im- Raum 54 aufbaut,
wira der Steuerkolben 26 nach rechts in Fig. 3 bis zum Anschlag an der Platte 108
verschoben. Hierdurch wird der Regelkolben 14 freigegeben, d.h. er ist nicht mehr
durch den Steuerkolben beaufschlagt.
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Der in der Kammer 102 entstehende Staudruck baut sich ferner über
die Leitungen 94, 46 und 92,die Stelldrossel 40 und die Leitung 98 im Raum 58 auf,
so daß in diesem und im Raum 54 kurzfristig derselbe Druck herrscht. Die Feder 24
verschiebt nun den Regelkolben 14 nach rechts in Fig. 3, wodurch der Querschnitt
des Regelspaltes 104 reduziert und der Staudruck in der Kammer 102 erhöht wird.
Der Staudruck erhöht sich solange
bis der Arbeitsdruck am Verbraucher
38 plus dem Federdruck der Druckfeder 24 und damit die normale Regelfunktion erreicht
ist.
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Der Steuerkolben- 26 wird durch den Staudruck im Raum 54 während des
Betriebs ständig am Anschlag an der Platte 108 gehalten. Wird das Ventil abgeschaltet,
so drückt die Feder 28 den Steuerkolben und damit den Regelkolben 14 gegen die Kraft
der Feder 24 nach links bis die Gewindemutter 110 an der Anschlagpatte 108 anschlägt,
d.h. in die in Fig. 3 gezeigte Position, Ein Anfahrstoß wird somit vermieden, weil
das Druckmittel beim Zuschalten des Ventiles teilweise durch den Regelspalt 104
zum Rücklauf 90 strömen kann.