DE2647151A1 - Gesteuertes verbundventil - Google Patents

Description

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POCLAIN HYDRAULICS, Verberie, Frankreich

Gesteuertes Verbundventil

Die Erfindung betrifft ein gesteuertes Verbundventil. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung betrifft Verteilerventile zur Steuerung großer Durchflußmengen und hoher Drücke.

Ein bekanntes Ventil enthält einen beweglichen Ventilkörper, der im Ventilgehäuse drei Kammern begrenzt. Die Steuerung der Öffnungsbewegung erfolgt durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung, die durch eine vierte"Kammer versorgt wird. Bei dieser Ausführuna stehen zwei der drei Kammern ständig in Verbindung; die zur Steuerung verwendete Zylinder-Kolben-Anordnung muß daher eine hinreichende Kraft erzeugen, um die Kraft zu überwinden, die von dem Speisedruck auf den ganzen Dichtungsquerschnitt des Ventils ausgeübt wird.

Es sind ferner gesteuerte Ventile bekannt, die mit einer Einrichtung zur Druckaufhebung versehen sind. Bei derartigen Ventilen gibt es außer den bereits genannten Elementen noch folgende Besonderheiten:

- Die beiden vorstehend genannten Kammern stehen nur über eine Menbran in Verbindung;

- eine der beiden Kammern sowie die dritte der drei Kammern können über ein kleines gesteuertes Ventil miteinander

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in Verbindung kommen, wobei dieses kleine gesteuerte Ventil nur eine sehr geringe Steuerleistuna verglichen mit der Steuerleistunq des Hauptventiles erfordert. Der Druck in der genannten dritten Kammer, der das Hauptventil ins Gleichgewicht bringt, wird daher durch die Relativlage des Stößels und des Steuerventiles reauliert.

Man gelangt auf diese Weise zu Ventilen, die bei hohen Drücken arbeiten, jedoch nur Steuerkräfte benötigen, die 1/20 bis 1/50 der für die Betätigung des Hauptventiles benötigten Steuerkraft erfordern.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Ventile besteht darin, daß bei der Mehrzahl der hydraulischen Kreise, in denen diese Ventile eingesetzt werden, der in einer der drei Kammern verbleibende Druck von der öffnung des Ventils abhängt. Ändert sich nun dieser Druck, so ändern sich damit auch die Drücke in den beiden anderen der drei Kammern, was zur Folge hat, daß die auf den Steuerkolben ausgeübte Kraft selbst bei der gleichen Stellung des Ventilkörpers sehr variabel ist.

Dies ist zwar dann kein Nachteil, wenn man nur zwei Ventilstellungen herstellen will: nämlich öffnungs- oder Schließstellung. Der geschilderte Umstand ist jedoch dann ein nicht akzeptabler Nachteil, wenn man das Ventil in einer Zwischenstellung halten will, wobei die Drücke in den drei Kammern sehr unterschiedlich sind, wenn man mit anderen Worten - eine progressive Öffnungsbewegung erreichen will.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung des geschilderten Nachteiles ein gesteuertes Ventil zu entwickeln, das eine progressive Funktion ermöglicht.

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Die Erfindung geht aus von einem gesteuerten Verbundventil mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches

Bei einem derartigen Ventil besteht die Erfindung in der Anwendung der im Kennzeichen des Anspruches 1 aenannten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils ist in der Zeichnung veranschaulicht.Sie zeigt einen Längsschnitt durch dieses Ventil.

Das dargestellte Verbundventil enthält ein Ventilgehäuse 1 mit einer Bohrung 2, in der ein Hauptventilkörper 3 gleitbeweglich ist, der sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem im Ventilgehäuse 1 vorgesehenen Ventilsitz 4 dicht abstützt. Dieser Hautpventilkörper 3 grenzt im Ventilgehäuse 1 folgende Kammern ab:

- eine Zulaufkammer 5 für das in der Druckleitung 6 einer Pumpe 7 enthaltene Strömungsmittel, wobei die Pumpe 7 mit ihrer Saugleitung 9 an einen Vorratsbehälter 8 angeschlossen ist;

- eine Abflußkammer 10, die über eine Leitung 11 mit dem Vorratsbehälter 8 verbunden ist, wobei Kanäle 12 eine freie Verbindung der beiden Teile dieser Abflußkammer 10 herstellen;

- sowie eine Steuerkammer 13.

In der veranschaulichten Schließstellung trennt der Hauptventilkörper 3 die Zulaufkammer 5 von der

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Abflußkaramer 10. Ist der Hauptventilkörper 3 dagegen vom Ventilsitz 4 abgehoben, so besteht eine direkte Verbindung zwischen den erwähnten Kammern 5 und 10.

Der Hauptventilkörper 3 enthält eine Innenbohrung 14, die in die Steuerkammer 13 mündet und die über eine erste Bohrung 15 mit der Zulaufkammer 5 und über eine zweite Bohrung 16 mit der Abflußkammer 10 in Verbindung steht,

In der Innenbohrung 14 ist ein Schieber 17 gleitbeweglich. Er wirkt auf eine Kugel 18, die eine öffnung des Hauptventilkörpers 3 verschließt, die ihrerseits in Verbindung mit der Bohrung 16 steht.Der Schieber 17 ist mit inneren Kanälen 20, 21, 22 versehen, von denen der Kanal 20 in Verbindung mit der Steuerkammer 13 steht, der Kanal 21 mit dem Kanal 20 und mit einer Kammer 23, die zwischen der Vorderseite des Schiebers 17 und der Kugel 18 liegt und die in Verbindung mit der öffnung 19 kommen kann₇ wenn diese öffnung 19 nicht von der Kugel 18 verschlossen wird; schließlich steht der Kanal 22 mit dem Kanal 20 in Verbindung und mündet über eine Ringnut 24 in die Bohrung 17.

Wenn die öffnung 19 durch die Kugel 18 verschlossen wird, steht die Ringnut 24 der Bohrung 15 gegenüber; wird dagegen die öffnung 19 von der Kugel 18 freigegeben, so besteht keine Verbindung zwischen der Ringnut 24 und der Bohrung 15.

Eine Feder 25 versucht, den Hauptventilkörper 3 auf den Ventilsitz 4 zu drücken- Eine Feder 26, die sich auf einer am Hauptventilkörper 3 auswechselbar gehalterten Beilagscheibe 27 abstützt, drückt über den Schieber 17

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die Kugel 18 an den Rand der öffnung 19 und hält damit die se Öffnung geschlossen.

Ein kleiner Stößel 28 ist gleitbeweglich in einer Führungsbohrung 29 des Hauptventilkörpers 3 angeordnet und drückt dann auf die Kugel 28, wenn ein großer Stößel 30, der seinerseits koaxial zum Stößel 28 im Ventilgehäuse 1 gleitbeweglich ist, auf den kleinen Stößel 28 drückt.

Der Kolben 31 einer Zylinder-Kolben-Anordnung ist seinerseits in einer Bohrung 32 im Ventilgehäuse 1 gleitbeweglich; ebenso ist ein Steuerschieber 33 in einer Bohrung 34 des Ventilgehäuses 1 und in einer Bohrung 35 des Kolbens 31 gleitbeweglich; die Bohrungen 32, 34 und 35 sind alle koaxial (Achse 36) zum kleinen Stößel 28.

Der Kolben 31 begrenzt im Ventilgehäuse 1 eine Steuer kammer 37, die mit der Zylinderfläche 38 des Schiebers 33 einerseits direkt in der von der axialen Stirnseite 39 des Kolbens 31 begrenzten Zone in Verbindung steht und andererseits indirekt über innere Kanäle 4O₇ welche diese Stirnseite 39 mit einer öffnung 41 verbinden, welche jenseits dieser axialen Stirnfläche 39 auf die zylindrische Fläche 38 des Schiebers 33 mündet.

Eine Steuerpumpe 42 ist über ihre Druckleitung 44 mit einer im Ventilgehäuse 1 vorgesehenen Steuerkammer 43 und über ihre Saugleitung 45 mit dem Vorratsbehälter 8 verbunden. Die Steuerkammer 43 mündet über eine öffnung 46 in die Bohrung 34. Eine Leitung 48 verbindet die die Feder 52 enthaltende Kammer mit dem Vorratsbehälter 8. Ein einstellbares Entlastungsventil 47 ist über eine Leitung 47a im Nebenschluß zur Druckleitung 44 geschaltet.

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Der Steuerschieber 33 enthält ferner einen inneren Kanal 49, der mit Nuten 50,51 in der zylindrischen Fläche 38 in Verbindung steht. Dieser Steuerschieber 33 wird durch die erwähnte Feder 52 in die Ruhelage geführt und steht im übrigen unter der Wirkung eines Elektromagneten 53, dessen Wirkung bei Erregung der der Feder 52 entgegengerichtet ist. Der Elektromagnet 53 wird in bekannter Weise durch eine Stromquelle 54 gespeist, wobei zur Einstellung der Stromstärke und damit der Zugkraft des Elektromagneten ein Potentiometer 55 vorgesehen ist..

In der Ruhestellung verbindet der Schieber 33 die öffnung 46 mit der Nut 50. Die Steuerkammer 37 wird nicht mit Druckmittel gespeist, so daß der Kolben 31 ganz zurückgedrückt wird und nicht auf den Stößel 30 wirkt. Eine Verbindungsbohrung 60 zwischen dem Kanal 49 und der zylindrischen Umfangsfläche 38 befindet sich hier in einem Abstand d von der Stirnfläche 56 des Ventilgehäuses 1,die die Kammer 37 begrenzt.

Wird der Steuerschieber 33 verschoben, so daß die Nut 50 nicht direkt mit der Kammer 37 in Verbindung steht, so ist trotzdem die Nut 51 in Verbindung mit der Öffnung 41, während die Nut 50 nicht mehr mit der öffnung 46 in Verbindung steht. Auf diese Weise wird die Kammer 37 über die Kanäle 49 und 40 mit Druckmittel gespeist, bis sich der Kolben 31 so weit verschoben hat, daß die öffnung 41 erneut durch den voll ausgebildeten Teil der zylindrischen Fläche 38 verschlossen wird.

Wenn schließlich die Bohrung 60, welche den Kanal 49 mit der Fläche 38 verbindet, die Stirnfläche 56 erreicht und dann mit der Kammer 37 in Verbindung steht,

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wobei sie zugleich in Verbindung mit der Öffnung 46 ist, wird die Kammer mit Druckmittel gespeist und bleibt auch an das Druckmittel angeschlossen,unabhängig davon, wie die ■Relativlage des Kolbens 31 gegenüber dem Steuerschieber ist.

Das eine Ende 57 des Kolbens 31 steht dem Stößel 30 gegenüber und kann sich an diesen Stößel anlegen. Die Kammer 58, die von diesem Kolben 31 begrenzt wird und die der Steuerkammer 37 gegenüberliegt, steht über Kanäle 59 in freier Verbindung mit der Abflußkammer 10.

Die Funktion des in seinem Aufbau beschriebenen Verbundventiles ist folgendermaßen:

Während des progressiven Öffnens des Hauptventilkörpers 3 speist man den Elektromagneten 53 mit einer bestimmten Spannung, die so bemessen ist, daß die von diesem Elektromagenten ausgeübte Kraft im Gleichgewicht mit der entgegengerichteten Kraft der Druckfeder 52 steht. Der Schieber wird um eine Strecke verschoben,, die kleiner als der Abstand d ist. Die Steuerkammer 37 wird gespeist und der Kolben 31 so weit verschoben, bis die Öffnung 41 die Nut 51 passiert hat. Der Stößel 30 wird betätigt und wirkt auf den Stößel 28, der seinerseits die Kugel 18 und den Steuerschieber 17 abhebt. Letzterer unterbricht die Verbindung zwischen der Zulaufkammer 5 und der Steuerkammer 13, die ihrerseits über die Kanäle 20 und 21 sowie die Bohrung 16 in Verbindung mit der Abflußkammer 10 kommt. Der Druck in der Kammer 10 fällt daher, während der Druck in der Kammer 5 aufrechterhalten bleibt und ein öffnen des Hauptventilkörpers 3 bewirkt. Hat sich der Hauptventilkörper genügend weit zurückbewegt, so steht die Ringnut 24 erneut der Bohrung 15 gegenüber, so daß der Druck in der Steuerkammer 13 wieder ansteigt. Man erreicht nun eine neue

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stabile Gleichgewichtslage des Hauptventilkörpers 3, unabhängig vom Druck in der Kammer 5₇ und auch dann wenn die Öffnungsbewegung des Hauptventilkörpers nur gering war.

Um ein vollständiges und rasches öffnen des Hauptventilkörpers 3 herbeizuführen genügt es, den Elektromagneten 53 stärker zu erregen, wodurch eine direkte Verbindung zwischen der Bohrung 60 und der Kammer 37 hergestellt wird. Der Kolben 31 drückt dann mit seinem Ende 57 stark auf den Stößel 30, der seinerseits sowohl die Kugel 18 und den Schieber 17 als auch den Hauptventilkörper 3 betätigt, bis letzterer vollständig geöffnet ist.

Beim Schließen wird die Erregung des Elektromagneten unterbrochen, so daß die Feder 52 den Steuerschieber 33 in die Ruhelage zurückführt. Der Kolben 31 drückt dann nicht mehr auf die Stößel 30 und 28, so daß sich der Hauptventilkörper 3 unter der Wirkung der Feder 25 in die Schließlage bewegt. Unter der Wirkung der Feder 26 verschließt die Kugel 18 erneut die öffnung 19.

Es versteht sich, daß man ein teilweises oder vollständiges Schließen herbeiführen kann, je nachdem ob man die Erregung des Elektromagneten 53 nur herabsetzt oder ganz unterbricht.

Die Steuerung der öffnung des Hauptventilkörpers 3 geschieht somit aufeinanderfolgend in zwei verschiedenen Weisen mit Hilfe desselben Steuerorganes, nämlich des die Feder 52 mehr oder weniger zusammendrückenden Elektromagneten 53.

Die erste Steuerunqsweise ist eine positionsabhängige Steuerung. Die Abhängigkeit wird durch den Kolben 31 hergestellt wobei die Versorgung der Steuerkammer 37 über

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den Schieber 33 erfolgt, der in axialer Lage im Gleichgewicht gehalten wird und der eine bestimmte Lage des Kolbens 31 bestimmt, unabhängig von der (unterhalb eines bestimmten Maximum liegenden) Steuerungsbeanspruchung des Ventilkörpers.

Nach einem bestimmten, vorgegebenen Hub (d> wird die Steuerkammer 37 mit konstantem Druck gespeist, der ausreicht, um ein rasches öffnen des Ventilkörpers bis in die maximale öffnungsstellung herbeizuführen. Umgekehrt erfolgt das Schließen rasch während eines Teiles des Hubes und in gesteuerter, stabiler Weise für den Teil des Hubes, der der progressiven Funktion entspricht.

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Claims (3)

2647351 - ve - Patentansprüche

1.) Gesteuertes Verbundventil, enthaltend

- ein Ventilgehäuse,

- einen Hauptventilkörper, der sich an einem im Ventilgehäuse vorgesehenen Ventilsitz abstützt und in dem Ventilgehäuse begrenzt

- - eine Zulaufkammer für ein Druckmittel/

- - eine Abflußkammer, die in Abhängigkeit von der

Stellung des Hauptventilkörpers entweder in direkte Verbindung mit der Zulaufkammer kommt oder von dieser Kammer getrennt ist,

- - eine Steuerkammer für die Lage des Hauptventilkörpers zur Aufnahme eines Druckmittels, dessen Druck den Hauptventilkörper auf seinem Ventilsitz zu halten sucht,

- einen Hilfsventilkörper, der zwischen der Steuerkammer und der Abflußkammer angeordnet und gegenüber dem Hauptventilkörper beweglich ist,

- eine Steuer-Zylinder-Kolben-Anordnung, deren Kolben eine Steuerkammer begrenzt und bei Versorgung dieser Steuerkammer mit einem Steuer-Druckmittel die Öffnungsbewegung des Hilf sventilkörpers auslöst,, mit dem er in Verbindung steht,

- Sine Steuerkammer, die ein Steuerdruckmittel enthält,

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sowie einen Steuerschieber, der selektiv und nach Wunsch die erste Steuerkammer mit der zweiten Steurkammer oder mit einem Druckmittel-Vorratsbehälter verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsventilkörper (17, 18) in der Schließstellung die Zulaufkammer (5) und die Steuerkammer (13) verbindet, während er in seiner öffnungsstellung die Steuerkammer (13) und die Abflußkammer (10) verbindet, dagegen eine direkte Verbindung zwischen der Zulaufkammer 5 und der Steuerkammer 13 unterbricht.

2.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (33) in einer Zwischensteilung, die zwischen seiner Ruhestellung und einer vorgegebenen Grenzstellung (d) liegt_/ die Steuerkammer 43 und die Steuerkammer 37 über innere Kanäle 49, 40 des beweglichen Organes der Zylinder-Kolben-Anordnung und des Steuerschiebers sowie über öffnungen (41, 51) begrenzter Breite, welche diese inneren Kanäle verbinden, miteinander in Verbindung bringt, während dieser Steuerschieber (33) bei einer Bewegung über seine Grenzstellung (56) hinaus eine direkte Verbindung zwischen den Steuerkammern 37, 43 herstellt, wodurch die Zylinder-Kolben-Anordnung so betätigt wird, daß ihr bewegliches Organ (31) mit seiner Stirnfläche (57) nicht nur den Hilfsventilkörper (17, 18), sondern auch direkt den Hauptventilkörper 3 betätigt und letzteren von seinem Sitz (4) abhebt.

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3.) Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsventilkörper einen Steuerschieber (17) sowie eine Kugel (18) enthält, die gemeinsam längsbeweglich in einer Bohrung (14) des Hauptventilkörpers (3) angeordnet sind, wobei der Steuerschieber (17) Kanäle (20 bis 22) aufweist, die die Steuerkammer (13) mit einer Ringnut 24 verbinden, die in Verbindung mit einer im Hauptventilkörper (3) vorgesehenen Bohrung 15 kommen und die Zulaufkammer 5 mit der genannten Bohrung 14 verbinden kann, wobei die Kugel 18 eine Verbindungsöffnung zwischen der Steuerkemmer 13 und der Abflußkammer 10 verschließen kann.

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