DE3042015C2

DE3042015C2 - Elektrohydraulisches Proportionalventil

Info

Publication number: DE3042015C2
Application number: DE19803042015
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ing.(grad.) 4050 Mönchengladbach Kucharzyk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1987-02-26
Also published as: JPH03521B2; DE3042015A1; JPS5786605A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Proportionalventil nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
Derartige Proportionalventile steuern den Ölfluß in Abhängigkeit vom elektrischen Eingangsstrom in einem Proportionalmagneten und werden für Druck-, Geschwindigkeits- und Lageregelungen in hydraulischen Anlagen eingesetzt.
Ein Proportionalventil der angegebenen Bauart ist beispielsweise in der DE-OS 28 35 771 beschrieben.
Hier handelt es sich um ein Proportionalventil mit einem Vorsteuersystem für ein Sitzventil, das durch einen Mehrwege-Regelschieber bekannter Bauart vorgesteuert wird.
Dabei wird der Öffnungshub des Sitzventilkolbens vom Hub des Stößels eines dazwischen angeordneten Vorsteuerzylinders über ein Sitzventil im Sitzventilkolben hydraulisch hubgleich gesteuert und durch eine zwischen dem Vorsteuerzylinderkolben und einem Mehrwege-Regelschieber eines Vorsteuer-Wegeventiles mit Proportionalmagneten angeordnete Steuerfeder in Abhängigkeit eines wirksamen elektrischen Signales im Proportionalmagneten bestimmt.
Damit ergibt sich eine aufwendig bauende dreistufige hydraulische Steuereinrichtung, nämlich ausgehend vom Mehrwege-Regelschieber mit Proportionalmagneten bekannter Bauart über den Vorsteuerzylinder auf das Sitzventil wirkend, das den Öffnungshub für den Druckmittelfluß steuert.
Der hierbei verwendete Mehrwege-Regelschieber mit geschlossener Mittelstellung benötigt große Regelhübe, die für eine schnelle Umsetzung eines elektrischen Signales in ein hydraulisches Signal einerseits hinderlich sind und andererseits Schwingungen verursachen können.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Proportionalventil der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Art so auszubilden, daß es bei geringerem baulichen Aufwand sehr geringe Hubwege seines Vorsteuersystems besitzt und daß Maßnahmen im hydraulischen Regelkreis zur Schwingungsdämpfung kaum erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 angegebenen Merkmale.
Das Proportionalventil nach der Erfindung bietet aufgrund seiner Ausbildung den Vorteil, daß ein mit einer langen zylindrischen schwingungsdämpfenden Kontaktfläche versehener Kolben mit Sitzventil als Regelschieber durch die Wirkung des dazwischen befindlichen Druckmittels Schwingungsdämpfung gewährleistet und daß dieser Kolben mit einem Sitzventil bei öffnungsändernden Regelbewegungen auch nur kurze Regelbewegungen auszuführen hat, die für eine gute Umsetzung eines elektrischen Signales in ein hydraulisches Signal sorgen.
Die druckmittelbeaufschlagten wirksamen Querschnittsflächen am Ventilsitz und der diesem Ventilsitz abgewandten Seite des Kolbens sind flächenkompensiert, so daß auf beide Seiten wirkendes Druckmittel gleichen Druckes keine Längskräfte auf den Kolben mit Sitzventil ausübt und damit eine feinfühlige Einstellung der Kraftgleichheit zwischen Steuerfeder und Proportionalmagnetkraft ermöglicht wird.
Außerdem sorgt ein anpaßbarer Anpaßstift zwischen Sitzventilkolben oder Steuerschieber und Steuerfeder für eine optimale Regelcharakteristik.
Im folgenden Teil der Beschreibung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den Schnitt durch eine elektrohydraulische Regeleinheit, die ein steuerbares Sitzventil hubstabil steuert,
Fig. 2 den Schnitt durch eine elektrohydraulische Regeleinheit, die einen Steuerschieber hubstabil steuert.
In der Beschreibung und in den Zeichnungen werden in der Literatur übliche Buchstaben für die Bezeichnung der Druckmittelabschlüsse verwendet.
Die dabei verwendeten Buchstaben haben folgende Bedeutung:
P = Druckmittezufluß von einer Druckmittelquelle
T = Druckmittelzufluß zu einem Druckmittelbehälter
A, B = Arbeitsanschluß zu einem Verbraucher
X = Steuerdruckmittelzufluß von einer Druckmittelquelle
Y = Steuerdruckmittelabfluß zu einem Druckmittelbehälter.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrohydraulische Regeleinheit, die ein Sitzventil hubstabil steuert, besteht im einzelnen aus dem Proportionalmagneten 1, in dem ein elektrisches Signal in eine zugeordnete Magnetkraft umgeformt und über den Stößel 2 auf den Regelschieber mit Kolben 3 und Sitzventil 9 in Längsrichtung übertragen wird, als die Sollwerteinheit und dem Sitzventilkolben 19, dessen Öffnungshub über den Anpaßstift 17 mit Federwiderlager 11 und die Steuerfeder 10 mit einer zugeordneten Kraft den Regelschieber mit Kolben 3 und Sitzventil 9 in Längsrichtung gegen die Kraft des entgegengesetzt wirkenden Stößels 2 schiebt, als Istwerteinheit, wobei der Soll-Istwertabgleich durch entsprechende Öffnungsänderung des Sitzventiles 9 vom Regelschieber erfolgt.
Der Sitzventilkolben 19 kann in Schließrichtung zusätzlich durch eine Schließfeder 18 in Schließstellung gehalten werden.
In Ruhestellung wirkt ein elektriches Signal im Proportionalmagneten 1, und der Stößel 2 übt keine Kraft auf den Regelschieber aus, so daß die entgegen wirkende Steuerfeder 10 sein Sitzventil 9 geschlossen hält.
Deshalb wirkt der Druckmitteldruck des Steuerdruckmittelzuflusses X über die mit der Drossel 22 versehene Verbindung 13 in der Betätigungskammer 23 auf den Sitzventilkolben 19 und hält diesen geschlossen.
In Öffnungsstellung wirkt ein elektrisches Signal im Proportionalmagneten 1 mit einer zugehörenden Kraft des Stößels 2 auf den Regelschieber, womit dessen Sitzventil 9 gegen die Kraft der Steuerfeder 10 öffnet und Steuerdruckmittel durch die Verbindung 8 und 7 drucklos in den Steuerdruckmittelabfluß Y fließen läßt.
Dabei verursacht das vom Steuerdruckmittelzufl X durch die Verbindung 13, 12, 23, 14 nachfließende und durch die Drossel 22 im Strom begrenzte und im Druck geminderte Druckmittel in der Betätigungskammer 23 das Öffnen des Sitzventilkolbens 19 durch die wirksamen Druckmitteldrücke in der Ringkammer 20 und dem Arbeitsanschluß A, B solange, bis die dabei zusammengedrückte Steuerfeder 10 auf den Regelschieber mit Sitzventil 9 die gleiche Kraft ausübt wie der entgegengesetzt wirkende Stößel 2 und das Sitzventil 9 in Richtung Schließstellung schiebt.
Bei diesem elektrohydraulischen Regelvorgang wird durch entsprechende Öffnungsquerschnitt-Verminderung des Sitzventiles 9 vom Regelschieber erreicht, daß der Sitzventilkolben 19 einen Öffnungshub einnimmt, der einen proportionalen Größe des elektrischen Signales entspricht, das im Proportionalmagneten 1 wirkt.
Die in Fig. 2 dargestellte elektrohydraulische Regeleinheit, bei der gleiche Teile wie die nach Fig. 1 mit den aus der Fig. 1 ersichtlichen Bezugszeichen versehen sind, besitzt den gleichen Aufbau wie in Fig. 1 mit dem Unterschied, daß anstelle des Sitzventilkolbens 19 der federzentrierte Steuerschieber 33 vorhanden ist und daß das Steuerdruckmittel hier vom Druckmittelzufluß P durch den Kanal 36, die Drossel 35 und den Kanal 34 in die Betätigungskammer 23 und weiter durch den Kanal 13 in die Stirnkammer 12 fließt.
Dabei wird die federzentrierte Mittelstellung des Steuerschiebers 33 durch die Federn 18 und die Federwiderlager 32 bestimmt.
Eine entgegengesetzt angeordnete elektrohydraulische Regeleinheit, die wie die in Fig. 2 gezeigte Regeleinheit ausgebildet ist, dient zur geregelten Steuerung der zweiten Hubrichtung.

Claims

1. Elektrohydraulisches Proportionalventil, mit einem in einer Ventilbohrung im Ventilgehäuse verschiebbaren und durch ein Steuerdruckmittel betätigbaren Ventilkolben zur Einstellung des Steuerquerschnittes zwischen einem mit einer Druckmittelquelle verbundenen Druckmittelzufluß und einem mit einem Verbraucher verbundenen Arbeitsanschluß und/oder zwischen einem mit dem Verbraucher verbundenen Arbeitsanschluß und einem mit einem Tank verbundenen Druckmittelabfluß und mit einem von einem Proportionalmagneten ansteuerbaren Stößel zum Öffnen eines koaxial zur Ventilbohrung angeordneten, mit dem Ventilkolben zusammenwirkenden Sitzventils gegen die Kraft einer Steuerfeder, wobei der Proportionalmagnet koaxial zur Ventilbohrung an dem einen Ende des Ventilgehäuses angebracht ist, wobei durch das Öffnen des Sitzventils eine vom Ventilkolbenende und von einem Abschnitt der Ventilbohrung gebildete Betätigungskammer druckentlastet wird und wobei durch den Öffnungsquerschnitt des Sitzventils der Druckmittelzufluß von der Druckmittelquelle zum Verbraucher bzw. der Druckmittelabfluß vom Verbraucher zum Tank über den Ventilkolben steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Magnetstößel des Proportionalmagneten (1) ausgebildete Stößel (2) in eine mit dem Steuerdruckmittelzufluß (X, 13) verbundene Stirnkammer (12) hineinragt und sich an dem einen Ende eines mit dem Schließkörper des Sitzventils (9) fest verbundenen, im Ventilgehäuse gleitend geführten, länglichen Kolben (3) mit gleichem Flächenquerschnitt wie der Sitz des Sitzventils (9) abstützt, daß zwischen dem anderen Ende des Kolbens (3) und dem Sitz des Sitzventils (9) eine mit dem Steuerdruckmittelabschluß (7, Y) in Verbindung stehende Kammer (8) angeordnet ist, die beim Öffnen des Sitzventils mit dem über die Betätigungskammer (23) geleiteten Steuerdruckmittelzufluß (X, 13) verbindbar ist, daß sich der als Sitzventilkolben ausgebildete Ventilkolben (19) in Schließrichtung über einen im Ventilgehäuse gleitend verschiebbaren Anpaßstift (17) an dem einen Ende der Steuerfeder (10) und der Schließkörper des Sitzventils (9) sich an dem anderen Ende der Steuerfeder (10) abstützt und da im Steuerdruckmittelzufluß (X, 13) eine Drossel (22) angeordnet ist.

2. Elektrohydraulisches Proportionalventil, mit einem in einer Ventilbohrung im Ventilgehäuse verschiebbaren und durch ein Steuerdruckmittel betätigbaren Ventilkolben zur Einstellung des Steuerquerschnittes zwischen einem mit einer Druckmittelquelle verbundenen Druckmittelzufluß und einem mit einem Verbraucher verbundenen Arbeitsanschluß und/oder zwischen einem mit dem Verbraucher verbundenen Arbeitsanschluß und einem mit einem Tank verbundenen Druckmittelabfluß und mit einem von einem Proportionalmagneten ansteuerbaren Stößel zum Öffnen eines koaxial zur Ventilbohrung angeordneten, mit dem Ventilkolben zusammenwirkenden Sitzventils gegen die Kraft einer Steuerfeder, wobei der Proportionalmagnet koaxial zur Ventilbohrung an dem einen Ende des Ventilgehäuses angebracht ist, wobei durch das Öffnen des Sitzventils eine vom Ventilkolbenende und von einem Abschnitt der Ventilbohrung gebildete Betätigungskammer druckentlastet wird und wobei durch den Öffnungsquerschnitt des Sitzventils der Druckmittelzufluß von der Druckmittelquelle zum Verbraucher bzw. der Druckmittelabfluß vom Verbraucher zum Tank über den Ventilkolben steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben als Steuerschieber (33) ausgebildet ist, der nach beiden Seiten aus einer geschlossenen Mittelstellung verschiebbar ist, daß eine zweite, vom anderen Steuerschieberende und von einem zugehörenden zweiten Abschnitt der Ventilbohrung im Ventilgehäuse gebildete Betätigungskammer vorgesehen ist, daß ein zweiter Proportionalmagnet koaxial zur Ventilbohrung an dem anderen Ende des Ventilgehäuses angebracht ist, daß ein zweiter von diesem Proportionalmagneten ansteuerbarer Stößel (17) zum Öffnen eines zweiten, koaxial zur Ventilbohrung angeordneten Sitzventils gegen die Kraft einer zweiten Steuerfeder vorgesehen ist, daß die beiden als Magnetstößel der Proportionalmagnete (1) ausgebildeten Stößel (2) in je eine mit dem Steuerdruckmittelzufluß (P, 13) verbundene Stirnkammer (12) hineinragen und sich an dem einen Ende jeweils eines mit dem Schließkörper des zugehörigen Sitzventiles (9 ) fest verbundenen, im Ventilgehäuse gleitend geführten, länglichen Kolbens (3) mit gleichem Flächenquerschnitt wie die Sitze der Sitzventile (9) abstützen, daß zwischen den anderen Enden der beiden Kolben (3) und den Sitzen der Sitzventile (9) jeweils eine mit dem Steuerdruckmittelabfluß (7, T) in Verbindung stehende Kammer (8) angeordnet ist, die beim jeweiligen Öffnen des zugehörenden Sitzventils (9) mit dem über die zugehörige Betätigungskammer (23) geleiteten Steuerdruckmittelzufluß (P, 13) verbindbar ist, daß sich der Steuerschieber (33) beidseitig über je einen im Ventilgehäuse gleitend verschiebbaren Anpaßstift an dem einen Ende der dem jeweiligen Anpaßstift (17) zugeordneten Steuerfeder (10) abstützt und die Schließkörper der Sitzventile (9) sich an dem anderen Ende der dem jeweiligen Sitzventil (9) zugehörenden Steuerfeder (10) abstützen und daß in dem zu beiden Enden des Steuerschiebers (33) geleiteten Steuerdruckmittelzufluß (P, 13) je eine Drossel (35) angeordnet ist.

3. Elektrohydraulisches Proportionalventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzventilkolben (19) in Schließstellung zusätzlich durch eine Schließfeder (18) belastet ist.

4. Elektrohydraulisches Proportionalventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (33) in geschlossener Mittelstellung zusätzlich durch je eine an den Steuerschieberenden angreifende Schließfeder (18) gehalten ist.

5. Elektrohydraulisches Proportionalventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckmittelverbindung zwischen der Stirnkammer (12) und der Betätigungskammer (23) über eine Bohrung in der Längsachse des Kolbens (3) mit Sitzventil (9) erfolgt.