DE2635472A1

DE2635472A1 - Servoeinrichtung und dadurch betaetigbares durchflussregulierventil

Info

Publication number: DE2635472A1
Application number: DE19762635472
Authority: DE
Inventors: Dale A Knutson; Kishor J Patel
Original assignee: Applied Power Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1975-08-06
Filing date: 1976-08-06
Publication date: 1977-02-17
Also published as: SE8102297L; FR2320442A1; SE7608753L; US4011891A; JPS5750963B2; GB1550451A; FR2320442B3; JPS5219876A; SE430430B; CA1007140A; SE444040B; DE2635472C2

Description

Dr. HASSE - Dr. FRANKE - Dr. ULLRICH

PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND HEIDELBERG ^{p 9a/36}° ocoir/το ⁵* ⁸* ¹⁹⁷⁶

Dr.'F/F JL D J D 4 / C München

APPLIED POWER INC. Milwaukee, Wisconsin 53218, V.St.A.

Servoeinrichtung und dadurch betätigbares Durchflußregulierventil

Die Erfindung betrifft eine Servoeinrichtung mit im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie ein durch eine solche Servoeinrichtung betätigbares Durchflußregulierventil.

Proportional arbeitende Durchflußregulierventxle dieser Art dienen zum Betriebe von doppeltwirkenden Hydraulikzylindern, Hydraulikmotoren und ähnlichen Einrichtungen. Sie sind dabei vielfach mit proportional arbeitenden elektrohydraulischen Servoeinrichtungen ausgerüstet, die auf ein Umsteuerventil arbeiten, das den Fluidfluß zu den jeweiligen Zylindern oder sonstigen Einrichtungen beherrscht.

Zum Stande der Technik gehört bereits eine große Anzahl verschiedenartiger proportional arbeitender Durchflußregulierventile mit Betätigung durch proportional arbeitende elektrohydraulisch^ Servobetätiger, und Beispiele dafür finden sich etwa in den US-PSen 2 771 062 und 3 000 beschrieben. Bei manchen dieser bekannten Ventile enthält der Servobetätiger ein Pilotventil, das durch ein Proportionalsolenoid oder eine ähnliche elektromagnetische Einrichtung betrieben werden kann, um eine axiale Bewegung der Ventilspindel eines Timsteuerventils zu bewirken.

Diese bekannten Anordnungen beruhen grundsätzlich auf der kontinuierlichen Anlage von Differentialdrücken an mit der Ventilspindel des Umsteuerventils verbundenen Kolben. Daher hängt die Einhaltung der Null-

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Stellung durch die Spindel des Umsteuerventils davon ab, daß sich die jeweiligen Druckdifferenzen über das Pilotventil auch über lange Zeiträume hinweg genau steuern und regeln lassen. Nun sind aber die Kanäle and Durchlässe für das Fluid in den Pilotventilen von relativ kleiner lichter Weite und können daher leicht durch feine nicht ausfilterbare Verunreinigungen im Fluid teilweise verstopft oder ganz blockiert werden. Als. Folge einer solchen auch nur teilweisen Blockierung von Durchlässen in den Pilotventilen ändern sich die auf die Stirnseiten der Kolben wirkenden Differentialdrücke, und die Spindel des Umsteuerventils verschiebt sich aus ihrer Nullstellung, wodurch es zu einem ungewollten Betrieb des Ventils und des davon gesteuerten Zylinders oder der sonstigen Einrichtung kommt.

Auch durch eine Filterung des Fluids läßt sich dieses Problem nicht voll befriedigend lösen, und Ablagerungen von Verunreinigungen und Schlamm können sich während längerer Zeitabschnitte ausbilden, wodurch dann ein Ausbau der betroffenen Ventile und ihre Reinigung oder ihre Ersetzung erforderlich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servoeinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß es für die Beibehaltung der Nullstellung nicht der Aufrechterhaltung genau bestimmter Druckdifferenzen bedarf und die volle Funktionsfähigkeit bei strikter Einhaltung der Nullstellung ohne Betätigung des Pilotventils oder sonstiger Betätigungseinrichtungen auch über lange und längste Betriebsdauern störungsfrei gewährleistet ist»

im

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Seil des Patenanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sowie mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Servoeinrichtung betätigbare Durchflußregulierventile sind im einzelnen in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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In. bevorzugter Ausführung besitzt ein erfindungsgemäß ausgebildetes, proportional arbeitendes Durchflußregulierventil ein Umsteuerventil mit einer Ventilspindel, einen Servobetätiger für den Betrieb dieses Umsteuerventils und eine Handverstellung für einen Betrieb des Umsteuerventils von Hand unter Übersteuerung des Servobetätigers für den Fall von dessen Versagen. Der Servobetätiger enthält einen mit der Ventilspindel des Umsteuerventils verbundenen Kolben, der sich zu deren entsprechender Verstellung aus einer Nullstellung nach der einen oder nach der anderen Sichtung verschieben läßt. Dieser Kolben wiederum weist auf seinen beiden Seiten zwei Stirnflächen von gleicher Größe auf. Zum Servobetätiger gehört weiter ein selektiv betätigbares Pilotventil, das eine bewegliche Hülse und eine ebenfalls bewegliche Spindel aufweist, die gemeinsam erste und zweite einstellbare Öffnungen definieren, die jeweils eine Nullstellung und andere ausgewählte Stellungen für die Anlage von Fluiddruck an die erste bzw. an die zweite Stirnfläche des Kolbens aufweisen, um den Kolben und die Ventilspindel in der einen bzw. in der anderen !Richtung zu verschieben. Der Servobetätiger wird mit Fluid mit einem relativ niedrigen - größenordnungsmäßig 28 bis 35 kp/cm (400 bis 500 psi) - Druck gespeist, der unabhängig ist von dem Druck, mit dem das Umsteuerventil· selbst versorgt wird. Für eine selektive Betätigung des Eilotventils unter Verschiebung seiner Spindel ist ein elektrisch betriebenes Proportionalsolenoid oder eine ähnliche elektromagnetische Einrichtung vorgesehen. Als Rückkopplung im Servabetätiger besteht eine Verbindung zwischen einer schrägen Nackenfläche am Kolben einerseits und der beweglichen Spindel, des Pilatventils andererseits, und diese !Rückkopplung hält den Kolben und mi.t ihm die Ventilspindel des Umsteuerventils jeweils in der S-tellung, in die sie gebracht worden sind. Erste feste Öffnungen in Eorm eines Loches in der Spindel des Pilatventils im Servobetätiger liegen im hydraulischen Kreis zwischen den ersten einstellbaren Öffnungen und der ersten Stirnfläche des Kolbens und entlasten diese von dem darauf einwirkenden Fluiddruck, wenn die zweite Stirnfläche des Kolbens mit Fluiddruck beaufschlagt wird. Diese ersten festen Öffnungen dienen auch zum Ableiten von. Fluid von der ersten Stirnfläche des Kolbens, wenn sich die ersten einstellbaren Öffnungen in ihrer Nullstellung befinden, und verhindern dadurch eine Verschiebung

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des Kolbens und der Ventilspindel, wenn das elektrische Signal für das Proportionalsolenoid auf den Wert Null absinkt. Zweite feste Öffnungen in Form eines weiteren Loches in der Spindel des Pilotventils im Servobetätiger liegen im hydraulischen Kreis zwischen den zweiten einstellbaren Öffnungen und der zweiten Stirnfläche des Kolbens und entlasten diese von dem darauf einwirkenden Fluiddruck, wenn die erste Stirnfläche des Kolbens mit Fluiddruck beaufschlagt wird. Diese zweiten festen Öffnungen dienen weiter auch zum Ableiten von Fluid von der zweiten Stirnfläche des Kolbens, wenn sich die zweiten einstellbaren Öffnungen in ihrer Nullstellung befinden, und verhindern dadurch eine Verschiebung des Kolbens und der Ventilspindel, wenn das elektrische Signal für das Proportionalsolenoid auf den Viert Null absinkt. Mit der Ventilspindel des. ümsteuerventils ist weiter eine Vorspanneinrichtung verbunden, die diese Ventilspindel in ihrer Lage hält, wenn das elektrische Signal für das Proportionalsolenoid gleich Null ist. Außerdem ist mit der Ventilspindel des Umsteuerventils eine manuell betätigbare Übersteuerung verbunden, die einen vom Servobetätiger unabhängigen Betrieb des Ümsteuerventils unter Handverstellung seiner Ventilspindel ermöglicht. Diese manuelle Steuerung verschiebt bei ihrer Betätigung die Ventilspindel des Umsteuerventils entgegen der Vorspannung der Vorspanneinrichtung und setzt über die ßückkopplung das Pilotventil in Betrieb, das daraufhin je nach der Verstellungsrichtung Fluiddruck auf die eine oder die andere der beiden Stirnflächen des Kolbens gibt, was wiederum eine Kraft auf die Ventilspindel des Ümsteuerventils entstehen läßt, die in ihrer Wirkungsrichtung der Eichtung entgegengesetzt ist, in der diese Ventilspindel durch die Handverstellung bewegt wird. Da jedoch der Servobetätiger mit Fluid von nur relativ geringem Druck - größenordnungs mäßig 28 bis *f2 kp/cm (400 bis 6OO psi) - gespeist wird, lassen sich die vom Servobetätiger erzeugten und der Handsteuerung entgegengerichteten Kräfte durch die von Hand aufbringbaren Verstellkräfte überwinden.

Ein proportional, arbeitendes Durchflußregulierventil· in erfindungsgemäßer Ausbildung bietet gegenüber bisher bekannten Anordnungen zahlreiche Vorteile. So stellt zum Beispiel eine zur Vorspanneinrichtung gehörende Zentrierfeder mit ihrer Einwirkung auf die Ventilspindel des

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Umsteuerventils sicher, daß diese Ventilspindel in ihrer Nullstellung verharrt, wenn weder der Servobetätiger noch die manuelle Übersteuerung wirksam sind. Außerdem führt ohne ein elektrisches Signal für das Proportionalsolenoid auch eine Ansammlung von Fluidverunreinigungen im Pilotventil nicht zu einer ungewollten Bewegung der Ventilspindel des Umsteuerventils, da die festen Öffnungen das Fluid zum Tank des Fluidsystems ableiten, wenn sich die einstellbaren Öffnungen in ihrer Nullstellung befinden. Diese festen öffnungen verhindern außerdem eine Verschiebung der Ventilspindel des Umsteuerventils, solange die am Kolben anliegende Druckdifferenz aus einem Unterschied zwischen den auf die beiden Stirnflächen des Kolbens einwirkenden Drücken nicht zu einer Kraft führt, die größer ist als die von der Vorspannung der Zentrierfeder auf die Ventilspindel ausgeübte Kraft. Sollten die einstellbaren Offnungen durch Schlammansammlungen verlegt werden, so vermindern sich die auf die Stirnflächen des Kolbens wirkenden Fluiddrücke sogar noch weiter, so daß die Vorspanneinrichtung die Ventilspindel des Umsteuerventils sogar noch wirksamer in ihrer Nullstellung zu halten vermag. Andererseits kann die Zentrierfeder, obwohl sie die Ventilspindel des Umsteuerventils sicher in ihrer Nullstellung halten kann, gewünschtenfalls ohne weiteres und nach beiden Richtungen durch die manuelle Übersteuerung überwunden werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 ein proportional arbeitendes Durchflußregulierventil in einer Seitenansicht,

Fig. 2 und 3 das Durchflußregulierventil von Fig. 1 bei

Betrachtung von links, bzw. bei Betrachtung von rechts,

Fig. k einen in größerem Maßstab gehaltenen Vertikalschnitt durch das Durchflußregulierventil von Fig. 1 bis 3 in dessen voll geschlossener Neutral- oder Nullstellung zusammen mit daran angeschlossenen Komponenten eines äußeren Hydraulikkreises,

Fig. 5 und 6 in nochmals größerem Maßstab gehaltene Schnitte durch einen Teil der Darstellung in Fig. k mit jeweils in voll geöffnete Stellung nach rechts bzw. nach links verschobener Ventilspindel des Umsteuerventils,

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Fig. 7 eine graphische Darstellung der Fluidfluß-Kennlinien für das Durchflußregulierventil von Fig. 1 bis 6 und

Fig. 8 ein schematisch gehaltenes Diagramm zur symbolischen Veranschaulichung der physikalischen Beziehungen zwischen den einzelnen Komponenten und Elementen in dem Durchflußregulierventil und dem angeschlossenen Hydraulikkreis.

In Fig. 1 bis 4 ist ein Durchflußregulierventil 10 dargestellt, das proportional arbeitet und, wie Fig. 4 zeigt, den Fluidfluß von einer in der Zeichnung ohne ihren Antrieb dargestellten hydraulischen Pumpe mit fester Verdrängung zu einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 14 für dessen bestimmungsgemäßen Betrieb steuert. Das Durchflußregulierventil· 10 umfaßt ein TJmst euer ventil 16, einen proportional arbeitenden elektrohydraulischen Servobetätiger 18 und eine Handv.er st ellung 20 als manuelle Übersteuerung.

Wie Fig. 4 zeigt, besitzt das Umsteuerventil 16 ein Ventilgehäuse 22, in dem in einer Bohrung 24 eine Ventilspindel 26 axial verschiebbar geführt ist. An ihren gegenüberliegenden Enden wird die Bohrung 24 durch Stopfbüchsen 23 und 25 abgeschlossen, die jede eine zentrale Öffnung enthalten. Die Ventilspindel 26 ist mit zwei durch einen axialen Abstand voneinander getrennten Kolben 27 und 28 versehen. Weiter enthält das Ventilgehäuse 22 einen Fluideinlaß JQ₁ der über eine ZLuidspeiseleitung 31 mit der Pumpe 12 in Verbindung steht, zwei Fluidauslässe 33 und 36, von denen Fluidleitungen 37 bzw. 38 zu entgegengesetzten Seiten eines Arbeitskolbens 40 im Hydraulikzylinder 14 führen, und zwei weitere Fluidauslässe 41 und 42, die über FluidLeitungen 43 bzw. 44 mit einem Tank 45 verbunden sind.

Fig. 4 zeigt die Ventilspindel 26 des UmsteuerventiLs 1.6 in ihrer Neutral- oder Nullstellung, in der die Fluidauslässe 33 und 36 beide verschlossen sind, und der Arbeitskolben 40 im Hydraulikzylinder 14 befindet sich in Euhe. Fig. 5 zeigt die Ventilspindel 26 nach rechts verschoben, wodurch der Fluidauslaß 36 zur Fluidleitung 38 und der Fluidauslaß 33 zum Tank 45 hin offensteht, so daß sich der Arbeitskolben 40 im Hydraulikzylinder 14 nach links verschiebt. Fig. 6 zeigt

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die Ventilspindel 26 nach links verschoben, wodurch der Fluidauslaß 36 zum Tank k5 und der Fluidauslaß 33 zur Fluidleitung 37 hin offensteht, so daß sich der A-rbeitskolben kO im Hydraulikzylinder Ik nach rechts verschiebt.

Wie Fig. 1 bis 4 zeigen, weist die Handverstellung 2Q einen Betätigungshebel 50 auf, der an seinem unteren Ende mittels eines Stiftes 5I an einer starren Konsole 52 angelenkt ist, die ihrerseits integral an die Außenseite eines Federgehäuses 53 angeformt ist. Dieses Federgehäuse 53» das seinerseits mittels Schrauben 5k starr am einen Ende des Ventilgehäuses 22 befestigt ist, enthält eine Kammer 55» und seine Stirnwand weist eine zentrale durchgehende Öffnung 57 auf. Die Öffnung 57 im Federgehäuse 53 und die Öffnung 29 in der Stopfbuchse 25 am einen Ende der Bohrung Zk im Ventilgehäuse 22 nehmen eine Stange 60 auf, die durch sie und durch die Kammer 55 hindurchgeht. Das innere Ende der Stange ist über eine Schraubverbindung 62 starr mit dem rechten Ende der Ventilspindel 26 verbunden, und das äußere Ende der Stange 60 steht über ein Koppelglied 6k und Stifte 65 und 66 in gelenkiger Verbindung mit dem Betätigungshebel 50. Auf diese Weise bewirkt eine Schwenkbewegung des Betätigungshebels 50 unmittelbar eine entsprechende axiale Bewegung der Stange 60 und eine Verstellung der Ventilspindel 26, wodurch eine direkte Hand- oder Übersteuerungsbetätigung des Ilmsteuerventils 16 möglich wird.

Wie Fig. k zeigt, sind in der Kammer 55 im Federgehäuse 53 Vorkehrungen getroffen, um die Ventilspindel 26 und, wie unten noch näher gezeigt werden wird, ein Pilotventil 109 im Servobetätiger 18 unter Vorspannung in Eichtung auf eine Neutral- oder Nullstellung zu halten. Dazu gehört eine Schraubenfeder 70, die als vorbelastete Druckfeder ausgeführt und in der Kammer 55 rund um die Stange 60 angeordnet ist. Im Inneren der Kammer 55 weist die Stange 60 einen im Durchmesser verkleinerten Abschnitt 7I auf, rund um den herum ein hohlzylinderförmiger Anschlagbund 72 angeordnet ist, der darauf eine begrenzte Gleitbewegung ausführen kann. Der Abschnitt 71 der Stange 60 wird am einen Ende durch eine Schulter 77 und am anderen Ende durch einen Sicherungsring 80

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begrenzt. Weiter sind auf der Stange 60 zwei hohlzylinderförmige Federteller 75 und 76 angeordnet, von denen jeder an seinem äußersten Ende einen nach außen gerichteten Flansch 79 aufweist, an dem jeweils ein Ende der Schraubenfeder 70 zur Anlage kommt. Jeder der beiden Federteller 75 und 76 weist weiter an seinem innersten Ende einen nach innen gerichteten Flansch 81 auf, der an der angrenzenden Schulter 77 am Ende des Abschnitts 71 der Stange 60 bzw. am Sicherungsring 80 zur Anlage kommt. Diese Anordnung ermöglicht es der Schraubenfeder 70, die Federteller 75 und 76 in axialer Eichtung voneinander weg und gegen die Stirnwände der Kammer 35 ^zu drücken. Die Federteller 75 und 76 halten ihrerseits die Stange 6ü und die damit verbundene Ventilspindel 26 in einer festen Neutral- oder Nullstellung, wenn sie nicht durch die Handverstellung 2Q oder durch den Servobetätiger 18 axial verschoben werden.

Wie Figur ^t zeigt, besitzt der Servobetätiger 18 ein Betätigergehäuse 9Q, das über Schrauben 91 (.siehe auch Fig. 1 und 2) starr und abgedichtet mit dem Ventilgehäuse 22 verbunden ist. Das Betätigergehäuse 90 enthält eine Bohrung 92, die in axialer Verlängerung zur Bohrung 2h im Ventilgehäuse 22. liegt, aber am einen Ende durch die Stopfbüchse 2j5 davon getrennt wird. An ihrem anderen Ende wird die Bohrung 92 durch eine Abschlußkappe Sk abgeschlossen und abgedichtet. Weiter ist im Betätigergehäuse 90 eine Bohrung 93 vorgesehen, welche die Bohrung 92 schneidet.

In der Bohrung 92 ist ein Kolben 95 in axialer Eichtung gleitend verschiebbar geführt, der an seinen Enden zwei durch einen axialen Abstand voneinander getrennte Kolbenköpfe 97 und 98 aufweist. Die wirksamen Arbeitsflächen der beiden Kolbenköpfe 97 und 98, also im wesentlichen die Stirnflächen des Kolbena 95, sind von gleicher Größe. Die Kolbenköpfe 97 und 98-legen in Zusammenwirken mit der Bohrung 92 eine Ausfahrkammer 99 bzw. eine Einfahrkammer 101 fest. Zwischen den beiden Kolbenköpfen 97 und 98 weist der Kolben 95 eine kegelstumpfförmige Nockenfläche 96 auf. Außerdem ist der Kolben 95 mit einer axial verlaufenden zentralen Bohrung 100 versehen, in der eine lange Schraube 102 durch den Kolben 95 hindurchgeht, die außerdem die Öffnung 29 in der Stopfbüchse 23 durchquert und den Kolben 95 über eine Schraubverbindung

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starr mit dem einen Ende der Ventilspindel 26 verbindet. Hund um die Schraube 102 angeordnete rahrförmige Abstandsstücke 105 und 106 sorgen für den richtigen Abstand zwischen dem Kolben 95 und der Ventilspindel 26 und für deren Zusammenhalt und gewährleisten, daß sich der Kolben und die Ventilspindel 2.6 in axialer Richtung unabhängig davon, ob der Bewegungsantrieb vom Kolben 95 - ausgelöst durch den Servobetätiger 18 oder von der Ventilspindel 26 - ausgelöst durch die Handverstellung 20 ausgeht, stets als eine Einheit verschieben.

Der Servobetätiger 18 enthält weiter ein als Vierwegeventil ausgebildetes Pilotventil 109, das durch ein Proportionalsolenoid 110 betrieben wird und die Bewegung des Kolbens 95 und der damit verbundenen Ventilspindel 26 steuert. Das Pilotventil I09 umfaßt eine hohle Außenhülse 112, die in der Bohrung 93 gleitend geführt ist, und eine ebenfalls hohle Innenspindel 11^, die gleitend verschiebbar in einer axialen Bohrung II5 in der Außenhülse 112 angeordnet ist.

Das Proportionalsolenoid 110 weist zylindrische Form auf und besitzt ein Außengewinde Ho, mit. dem es sich in ein komplementäres Innengewinde 117 in einer in axialer Verlängerung zur Bohrung 93 liegenden Kontagebahrung II8 im Betätigergehäuse 90 einschrauben läßt. Auf diese Weise kann das Eroportionalsolenoid 11.0 unter Drehung um seine Achse in das Betätigergehäuse 90 hinein oder daraus heraus verstellt werden, so daß sein Anker 119» der sich ausgehend von einer Mittelstellung axial nach unten oder nach oben bewegen läßt, auf einen gewünschten Nullpunkt eingestellt werden kann. Ein Beispiel für ein solche» Solenoid und für ein elektrisches Steuersystem dafür ist in der US-PS 3 875 8^9 beschrieben.

Der Anker 119 des Proportionalsolenoids 110 liegt an der Innenspindel 11^- des Pilotventils I.09 an, er ist jedoch nicht mechanisch damit verbunden. Die Innenspindel 114 enthält einen an einem Ende offenen zentralen Kanal. 12Q und weist auf ihrer Außenseite drei vorstehende Abschnitte 123, 12*f und 125 auf, die zwischen sich zwei Eingspalte 126 und 127 festlegen. Eine Vorspannfeder I.3Q¹ liegt mit ihrem einen Ende am unteren Ende der Innenspindel 114 und mit ihrem anderen

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Ende an der Rückseite eines. Nockenstößels 133 an» der einen integralen Teil der Außenhülse 112 bildet und sich gemeinsam damit verschieben läßt. Der Nackenstößel 133 liegt außerdem an der konischen Nockenfläche 96 des Kolbens 95 an, wobei er unter der Vorspannung einer zwischen der Außenhülse 112 und dem Proportionalsolenoid 110 eingefügten Feder 129 steht.

Die Außenhülse 112 ist auf ihrer Außenseite mit drei Ringnuten mit anschließenden Durchlässen 130» 131 ^u*id 132 versehen, die zusammen mit den vorstehenden Abschnitten 123, 124 und 125 und den Eingspalten 126 und 127 der Innenspindel· 114 einstellbare Öffnungen für einen Fluiddurchtritt biiden.

Von der Pumpe 12 wird dem Pilotventil 109 über ein Reduzierventil Pilotfluid mit einem Pilotdruck P in der Größenordnung von 35 ±-7 kp/cm (500 * 100 psi) zugeführt, das über einen Durchlaß 14O in das Ventilgehäuse 22 und weiter über einen Kanal 1Λ1 zum DurcM-aß I3I der Außenhülse 112 gelangt.

Wenn der Durchlaß I3I durch eine Belativbewegung zwischen der Innenspindel· 114 und der AufienhluLse 112 al·s Reaktion auf eine betätigung des Proportional·sol·enoids 110 geöffnet wird, kann Pilotfluid entweder über den Ringspalt 126 der Innenspindel 114, durch den Durchlaß 130 in der Außenhülse 112 und durch einen anschließenden Kanal 143 im Betätigergehäuse 90 zur Ausfahrkammer 99 oder über den Ringspalt 127 der Innenspindel 114, durch den Durchlaß 132 in der AußenluOLse 112 und durch einen anschließenden Kanal 144 im Betätigergehäuse 90 zur Einfahrkammer 101 fließen, wobei der jeweilige Fließweg durch die Richtung der Verschiebung der Innenspindel· 114 des Pilotventils IO9 durch das Proportionalsolenoid 110 bzw. durch dessen Anker 119 bestimmt wird. Das Pilot^uid für die Kammern 99 und 101 steht unter einem Druck P_. bzw.

unter einem Druck Pq₂* ^VLnii diese Drücke sind variabel· und hängen von dem Ausmaß der jeweiiLigen Betätigung des PuotVent^s IO9 ab. Außerdem verhalten sie sich invers zueinander, es nimmt aiso der eine davon zu, wenn der andere abnimmt und umgekehrt. Überschüssiges Eilotfluid kann

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über passend bemessene Löcher 121, 127a und 128 und den zentralen Kanal 12Q in der Innenspindel 11^, durch, einen Durchlaß 146 in der Außenhülse 112 und durch einen mit der Bohrung 93 verbundenen Kanal zu einem Durchlaß 1^8 im Ventilgehäuse 22 abfließen und von dort zum Tank ^5 zurückströmen, wobei dieses Fluid unter dem niedrigen Tankdruck steht.

. Anzumerken ist, daß die Löcher 12?a und- 128 in der Innenspindel Ungleich groß und so bemessen sind, daß sie für das dadurch zum Tank *t5 zurückströmende Pilotfluid einen festen Strömungswiderstand H1. bzw. H2 bilden.

Wie das schematische Diagramm von Fig. 8 zeigt, ist die Anordnung der Bauelemente und Durchlässe im Servobetätiger 18 so getroffen, daß sie ein Netzwerk für den Fluidfluß bilden, dessen Kennlinien in Fig. 7 dargestellt sind. Wenn sich das Durchflußregulierventil 1Q in seiner in Fig. h dargestellten Neutral- oder Nullstellung befindet, sind eine in ihrer Größe variable und durch den Durchlaß 131» den Eingspalt 126 und den Durchlaß 130 definierte Öffnung V.1 und eine ebenfalls in ihrer. Größe variable und durch den'Durchlaß 131, den Hingspalt 127 und den Durchlaß 132 definierte Öffnung V2 beide normalerweise geschlossen. Wenn jedoch eine dieser beiden variablen Öffnungen V1 oder V2 bis zu einem gewünschten Maße geöffnet wird, fließt Pilotfluid zur Ausfahrkammer 99 oder zur Einfahrkammer 101, und aus der jeweils anderen dieser beiden Kammern 99 und 101 durch die Bewegung des Kolbens 95 verdrängtes Fluid kann durch die feste Öffnungen bildenden Löcher 127a oder 128 zum Tank k-5 abströmen. Wie jedoch bereits erwähnt, kommt es nicht eher zu einer Verschiebung des Kolbens 95, als bis der auf einen der beiden Kolbenköpfe 97 oder 98 ausgeübte Fluiddruck die entgegengerxchtete Kraft der als Zentrierfeder wirkenden Schraubenfeder 70 übersteigt, also beispielsweise einen in Fig. 7 mit PL bezeichneten Druckpegel überschreitet. Wenn es daher zu einem Leckstrom von Pilotfluid durch eine oder beide der Öffnungen V1 oder V2 kommt, wie dies beispielsweise durch eine ein volles Schließen des Pilot ventile I.09 verhindernde Ansammlung von Verunreinigungen geschehen kann, so kann ein solcher Leck-

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strom dennoch nicht zu einer Verschiebung des Kolbens 95 oder der Ventilspindel 26 aus ihrer Nullstellung heraus führen, da dieser Leckstrom über die festen Öffnungen der Löcher 127a oder 128 einen Ableitweg zum Tank 45 hat.

Ausgehend von der in Fig. 4 dargestellten Nullstellung aller seiner Teile gestaltet sich der Betrieb des Durchflußregulxerventils 10 bei laufender Pumpe 12 in folgender Weise.

Um den Arbeitskolben 40 im Eydraulikzylinder 14 nach links zu verschieben, muß der Fluidauslaß 36 des ümsteuerventils 16 unter Druck gesetzt und der Fluidauslaß 33 mit dem Tank 45 verbunden werden. Dies geschieht durch eine Erregung des Proportionalsolenoids 110 in passender Größe, die eine Abwärtsbewegung des Ankers 119 und eine entsprechende Abwärtsbewegung der Innenspindel 114 zur Folge hat, wodurch sich, wie Fig. 5 zeigt, der Durchlaß 13I in der Außenhülse 112 öffnet. Bei offenem Durchlaß 131 fließt dann Pilotfluid aus dem Kanal 141 durch den Durchlaß 131, den Ringspalt 126, den Durchlaß 130 und den Kanal 143 zur Ausfahrkammer 99 und veranlaßt- eine Bewegung des Kolbens 95 und der Ventilspindel 26 nach rechts. Gleichzeitig mit dem Einströmen von Fluid in die Ausfahrkammer 99 wird Fluid aus der Einfahrkammer 1Q1. durch den Kanal 144, den Durchlaß 132., den Eingspalt 127, das Lach 128, den Kanal 12Q, den Durchlaß 146, die Bohrung 93 und den Kanal 147 in den Tank 45 zurückgedrückt, fcüe in Fig. 8 schematisch angedeutet ist, wirkt das Lach 128 in der Innenspindel 1.1 4 als ^eßdüse, die einen Fluidfluß aus der Einfahrkammer 1Q1 erlaubt und dessen Durchsatz steuert. Daher verschieben sich der Kolben 95 und die Ventilspindel 26 so lange nicht nach rechts, bis der in der Ausfahrkammer 99 auf dem Kolbenkopf 97 lastende Fluiddruck die Vorspannkraft der Schraubenfeder 70- übersteigt, die in entgegengesetzter Richtung auf die Ventilspindel 26 und den Kolben 95 drückt. Wenn der Kolben 95 und die Ventilspindel 26 mit ihrer Bewegung nach rechts beginnen, gleitet der Nockenstößel 133 auf der schrägen Nockenfläche 96 des Kolbens 95 entlang, und die Feder 129 verschiebt die Außenhülse 112 nach unten, wodurch sich der Durchlaß I3I wieder schließt und der Fluidfluß zur AuBfahrkammer 99 abgeschnitten wird, was wiederum die Bewegung

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des Kolbens 95 und der Ventilspindel 26 zum Stillstand kommen läßt. Die Fluidauslässe 33 und 36 des Umsteuerventils 16 bleiben jedoch weiterhin offen, und der Arbeitskolben kO setzt seine Einfahrbewegung nach links in den Hydraulikzylinder 14 hinein fort, wobei die Geschwindigkeit dieser Bewegung durch das Ausmaß der Öffnung der Fluidauslässe 33 und 36 bestimmt wird. Wenn das Proportionalsolenoid 110 und das Pilotventil 109 in ihre Nullstellung zurückgeführt werden, kehren auch der Kolben 95 und die Ventilspindel 26 wieder in ihre Nullstellung zurück, und der Arbeitskolben ^O bleibt im Hydraulikzylinder 1^f in der Stellung stehen, die er gerade erreicht hat.

während der Rückkehr des Bilotventils 109 in seine Nullstellung und während eines Betriebs des Pilotventils 109 für eine Verschiebung des Arbeitskolbens 40 im Hydraulikzylinder 14 nach rechts nehmen die einzelnen Bauteile des Durchflußregulierventils 10 die in Fig. 6 dargestellten Stellungen ein.

Um den Arbeitszylinder 40 im Hydraulikzylinder Ik nach rechts zu verschieben, muß der Fluidauslaß 33 des Umsteuerventils 16 unter Druck gesetzt und der Fluidauslaß 36 mit dem Tank 4-5 verbunden werden, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist. Dies geschieht durch eine Erregung des Proportionalsolenoids 110 in passender Größe, die eine Aufwärtsbewegung des Ankers 119 und - unter Antrieb durch die Vorspannfeder I3O¹ - eine entsprechende Aufwärtsbewegung der Innenspindel 114 zur Folge hat, wodurch sich, wie Fig. 6 zeigt, der Durchlaß I3I in. der Außenhülse 112 öffnet. Bei offenem Durchlaß I3I fließt dann Pilotfluid aus dem Kanal durch den Durchlaß I3I, den Ringspalt 127, den Durchlaß I32 und den Kanal ΛΗ-k zur Einfahrkammer 101 und veranlaßt eine Bewegung des Kolbens und der Ventilspindel 26 nach links. Gleichzeitig mit dem Einströmen von Fluid in die Einfahrkammer 101 wird Fluid aus der Ausfahrkammer 99 durch den Kanal 1V3, den Durchlaß 130, den ßingspalt 126, das Loch 127a, den Kanal 120, den Durchlaß 1A-6, die Bohrung 93 und den Kanal 1^7 in den Tank ^5 zurückgedrückt. Wie in Fig. 8 schematisch angedeutet ist, wirkt das Loch 127a in der Innenspindel· 114 als Heßdüse, die einen Fluidfluß aus der Ausfahrkammer 99 erlaubt und dessen Durchsatz steuert. Daher

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verschieben sich der Kolben 95 und die Ventilspindel 26 so lange nicht nach links, bis der in der Einfahrkammer 101 auf dem Kolbenkopf 98 lastende Fluiddruck die Vorspannkraft der Schraubenfeder 70 übersteigt, die in entgegengesetzter Sichtung auf die Ventilspindel 26 und den Kolben 95 einwirkt. Menn der Kolben 95 und die Ventilspindel 26 mit ihrer Bewegung nach links beginnen, gleitet der Nockenstößel 133 auf der schrägen Nockenfläche 96 des Kolbens 95 entlang, und die Außenhülse 112 verschiebt sich entgegen der Wirkung der Feder 129 nach oben, wodurch sich der Durchlaß I3I wieder schließt und der Fluidfluß zur Einfahrkammer 1Q1 abgeschnitten wird, was wiederum die Bewegung des Kolbens 95 und der Ventilspindel 26 zum Stiistand kommen läßt. Die Fluidauslässe und 36 des Umsteuerventils 16 bleiben jedoch weiterhin offen, und der Arbeitskolben kO setzt seine Ausfahrbewegung aus dem Hydraulikzylinder heraus nach rechts fort, wobei die Geschwindigkeit dieser Bewegung durch das Ausmaß der Öffnung der Fluidauslässe 33 und 36 bestimmt wird. Wenn das Proportxonalsolenoid 110 und das Pilotventil IO9 in ihre Nullstellung zurückgeführt werden, kehren auch der Kolben 95 und die Ventilspindel wieder in ihre Nullstellung zurück, und der Arbeitskolben kO bleibt im Hydraulikzylinder 14 in der Stellung stehen, die er gerade erreicht hat.

Gewünschtenfalls läßt sich das Durchflußregulierventil 10 statt durch das Proportionalsolenoid 110 auch von Hand über den Betätigungshebel 50 betreiben. Eine Verstellung des Betätigungshebels 50 nach der einen oder nach der anderen Sichtung führt unmittelbar zu einer entsprechenden Bewegung der Ventilspindel 26 und damit zu dem jeweils gewünschten Betrieb des Arbeitskplbjens * kQ im Hydraulikzylinder 1*f. Eine manuelle Verstellung bewirkt außer der Bewegung der Ventilspindel 26 auch eine entsprechende Verschiebung des Kolbens 951 die wiederum eine axiale Verschiebung der Außenhülse 112 zur Folge hat. Diese Bewegung der Außenhülse 112 führt je nach ihrer Sichtung zu einem Eluidfluß aus dem Kanal 1^-1 entweder zur Ausfahrkammer 99 oder zur Einfahrkammer 101, und ein manueller Betrieb in einer Sichtung wird auf diese Weise hydraulisch überwacht durch hydraulische Kräfte auf den Kolben 95> die diesen in entgegengesetzter Sichtung zu verschieben suchen, so daß sichergestellt ist, daß es nicht zu einem Durchgehen der Steuerung kommen kann.

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Claims

Patentansprüche

1./Servoeinrichtung mit einem axial verschiebbaren Kolben, der zu seiner Verschiebung aus einer Nullstellung nach der einen oder nach der anderen Richtung unter Steuerung durch ein selektiv betätigbares Pilotventil wahlweise auf der einen oder auf der anderen von zwei einander entgegengesetzten Stirnseiten mit Fluiddruck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die mit Fluiddruck beaufschlagbaren Stirnseiten (97, 98) des Kolbens (95), dessen Verschiebeweg der zugeführten Fluidmenge proportional ist, einander gleiche Flächeninhalte aufweisen, daß zwischen dem Kolben (95) und dem Pilotventil (109) eine Bückkopplung (96, 1.33) vorgesehen ist, die den Kolben (95) i*¹ seiner jeweils eingestellten Lage hält, daß zwischen dem Pilotventil (109) und den Stirnseiten (97» 98) ' des Kolbens (95) Strömungswege (V1, V2) vorgesehen sind, die bei Beaufschlagung der einen Stirnseite (97 bzw. 98) des Kolbens (95) mit Fluiddruck eine Druckentlastung für die jeweils andere Stirnseite (98 bzw. 97) des Kolbens (95) und bei in Nullstellung befindlichem Pilotventil (109) eine Absenkung des auf beiden Stirnseiten (.97» 98) des Kolbens (95) lastenden Fluiddruckes auf einen vorgebbaren niedrigen Nulldruckpegel bewirken, und daß der' Kolben (95) ^mit einer Vorspanneinrichtung (70) gekoppelt ist, die ihn ohne.Betätigung des Pilotventils (109) in seiner Nullstellung hält und eine Kraft auf den Kolben (95) ausübt, die größer ist als die von dem Fluid bei dem vorg.ebbaren Nulldruckpegel auf eine Stirnseite (97, 98) des Kolbens (95) ausgeübte Kraft.

2. Servoeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (109) erste und zweite ausgehend von einer Nullstellung verstellbare Öffnungen (V1, V2) für die Speisung der ersten bzw. der zweiten Stirnseite (.97 bzw. 98) des Kolbens C95) mit Fluiddruck bildet, zwischen denen und den Stirnseiten (97, 98) des Kolbens (.95) erste bzw. zweite feste Öffnungen (127a, 128) liegen, die bei Anlage von Fluiddruck an die erste Stirnseite (97) des Kolbens (95) eine Druckentlastung auf dessen zweiter Stirnseite (.98) und bei Anlage von Fluiddruck an die zweite Stirnseite (98) dee Kolbens (95) eine Druckentlastung auf dessen erster Stirnseite (97) und außerdem bei nicht betätigtem Pilotveatil (109)

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eine Ableitung von Fluid von der ersten bzw. von der zweiten Stirnseite (97 bzw. 98) des Kolbens (95) bewirken und damit dessen Verschiebung aus seiner Nullstellung ohne Betätigung des Pilotventils C109) verhindern.

3» Servoeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung (96, 133) zwischen dem Kolben (95) und dem Pilotventil (.10-9) auf die davon gebildeten verstellbaren Öffnungen (V1, V2) wirkt.

k. Servoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß für die Verschiebung des Kolbens (95) eine anstelle eines selektiven Antriebs (.1.1.0) für das Eilotventil (IQ9) betätigbare Handverstellung. (2Q) vorgesehen ist.

5. Servoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (109) eine äußere Hülse (.112) und eine relativ dazu verschiebbare innere Spindel (114) aufweist, die gemeinsam verstellbare Öffnungen (13Q, 131, 132, 126, 127) für einen Fluiddurchgang zu und von den Stirnseiten (97» 98) des Kolbens (95) bilden.

6. Servoeinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (112) Durchlässe (13O, 131» 132) und die Spindel (114) mit diesen Durchlässen (13O» 131» 132) unter Relativbewegung der Spindel (11^f) gegenüber der Hülse (112) in Verbindung tretende Eingspalte (126, 127) aufweist, die in Zusammenwirken mit den Durchlässen (I30, 131» 132) die auegehend von einer Nullstellung verstellbaren Öffnungen (V1, V2) bilden.

7. Servoeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (HO als feste Öffnungen Löcher (127a, 128) enthält, die als den Fluidfluß aus an die' Stirnseiten (97, 98) des Kolbens (95) angrenzenden Kammern (99, IQI) bestimmende Meßdüsen wirken.

8. Servoeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung zwischen dem Pilotventil (IQ9) und dem Kolben (95) aus einer schrägen Nockenfläche (96) am Kolben (95) und

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aus einem daran federbelastet entlanggleitenden und mit der Hülse (112) verbundenen Nockenstößel (133) besteht.

9. Durchflußregulierventil mit Betätigung durch eine Servoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1. bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilspindel (26) eines TJmsteuerventils (16) mit dem Kolben (95) der Servoeinrichtung (i8) einerseits und mit der Vorspanneinrichtung (70) andererseits in der V/eise gekoppelt ist, daß sie der Bewegung des Kolbens (95) folgt und ohne Betätigung des Pilotventils (109) in ihrer Nullstellung verharrt.

10. Durchflußregulierventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Handverstellung (20) für den Kolben (95) clei* Servoeinrichtung (18) mit der Ventilspindel (26) des TJmsteuerventils (16) unmittelbar und mit dem Kolben (95) über diese Ventilspindel (26) verbunden ist.

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