DE3048284A1

DE3048284A1 - "steuerventil fuer hydraulische schaltungen"

Info

Publication number: DE3048284A1
Application number: DE19803048284
Authority: DE
Inventors: Giulio 10100 Torino Dotti; Luciano Moretti
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1980-01-08
Filing date: 1980-12-20
Publication date: 1981-09-10
Also published as: GB2067792A; GB2067792B; IT8067018A0; FR2473195A1; US4367765A; IT1129054B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für hydraulische Schaltkreise_f welches die Durchlaufmenge eines Druckmediums zwischen einer das Druckmedium mit einem Zulaufdruck fördernden Druckmittelquelle und einem Arbeitsaggregat steuert, in welchem das Druckmedium unter einem von den Betriebsbedingungen des Arbeitsaggregats abhängigen Arbeitsdruck steht.

Das erfindungsgemäße Steuerventil vermag einerseits die Durchflußmenge zum Arbeitβaggregat kontinuierlich zu steuern, ohne daß Energieverluste als Folge der Abgabe von unter hohem Druck stehenden Durchflußmangen auftreten, und vermeidet andererseits die Entstehung hoher, Beschädigungen verursachender Überdrücke in der Schaltung.

Die Durchflußmengensteuerung bei bekannten hydraulischen Systemen (beispieleweise zur Steuerung der Arbeitsaggregate von Brdbewegungsmaschinen, Traktoren od.dgl.) wird durch Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Abströmkanals eines Schieberventile bewirkt, wobei die überschüssige Duiohflußmenge über ein Überdruckventil abgeblasen wird. Dieses letzterwähnte Überdruckventil wird normalerweise in der Ruhestellung gehalten, in welcher ea durch eine Feder den Durchlaß zwischen der Zulaufkammer und einem Abfluß vollständig schließt,

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und das Ventil wird geöffnet, wenn der Druck im Druckmedium auf einer seiner Steuerflächen eine eingestellte Größe der von der Feder erzeugten Kraft übersteigt und auf diese Weise das Ventil öffnet.

Bei Steuerventilen dieser Art liegt ein wesentlicher Nachteil darin, daß das auf die Steuerflache des Ventils einwirkende Druckmedium, dessen Druck in Abhängigkeit vom maximalen Arbeitsdruck ersichtlich sehr hoch sein kann, abgeblasen wird, wodurch erheblicl Energiemengen verbraucht werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der eingangs erwähnten Art zu schaffe welches die beschriebenen Nachteile nicht aufweist.

Ausgehend von einem Steuerventil zur Steuerung der Durchflußmenge eines Druckmediums zwischen einer das Druckmedium bei einem Zulaufdruck zuführenden Druckmittelquelle und einem Arbeitsaggregat, in welchem da: Druckmedium unter einem Arbeitsdruck steht, der von den Betriebsbedingungen des Arbeitsaggregats abhängt, mit einem Abflußventil, welches öffnet und wenigstens einen Teil des von der Druckmittelquelle zugeführten Druckmediums zu einem Abfluß abführt, wenn die Differenz zwischen dem Zulaufdruck und dem Arbeitsdruck eine vorgegebene Größe übersteigt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein in Richtung seiner Längsachse verschiebbarer Ventilkolb«

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vorgesehen ist, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er den Öffnungsquerschnitt eines Durchlasses zwischen einer Zulaufkammer und einer Arbeitskammer des Steuerventils zu ändern erlaubt, und der normalerweise von der Spannkraft einer Feder in einer Endetellung gehalten wird, in welcher der Durchlaß geschlossen ist, wobei die Zulauf- und die Arbeitskammer mit der Druckmittelquelle bzw. dem Arbeitsaggregat in Verbindung stehen, daß ein erster und ein zweiter Hohlraum vorgesehen sind, in denen eine erste bzw. zweite Steuerfläche des Ventilkolbens angeordnet ist, von denen jede derart einem auf sie einwirkenden Druck ausgesetzt ist, daß sich eine entsprechende axiale Verschiebung des Ventilkolbens einstellt, wobei der erste Hohlraum mit der Arbeitskammer über eine erste Leitung in Verbindung steht, so daß der Arbeitsdruck auf die erste Arbeitsfläche des Ventilkolbens einwirkt, der zweite Hohlraum über eine zweite Leitung mit der Zulaufkammer in Verbindung steht, die erste und die zweite Leitung ihrerseits über eine dritte Leitung verbunden sind, in der an Verschlußelement angeordnet ist, mit welchem der Durchlaßquerschnitt durch die dritte Leitung stufenlos veränderbar ist, und die Zulaufkammer und die zweite Leitung Über eine Bohrung vorgegebener Größe verbunden sind, weiche den Druck des von der Zulaufkammer zur zweiten Leitung überströmenden Druckmediums reduziert, und daß die Größe des Öffnungsquer schnitte des Durchlasses zwischen der Zulaufkammer und der Arbeitskammer veränderbar ist durch Einstellung des Verschlußelements und daraus

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resultierende Veränderungen des Durchlaßquerschnitts durch die dritte Leitung, wodurch in der zweiten Leitung ein Steuerdruck erzeugt wird, der sich dann auch im zweiten Hohlraum aufbaut und auf die zweite Arbeitsfläche einwirkt und den Ventilkolben entsprechend verschiebt.

Das erfindungsgemäß· Steuerventil wird nachstehend anhand eines AusfUhrungabeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigern

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Steuerventils)

Fig. 2 und 3 Schnittansichten durch das Steuerventil entlang der Linie II-II in Fig. in zwei unterschiedlichen Arbeitsstellungen)

Fig. k eine Schnittansicht durch das Steuerventil entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 ι und

Fig. 5 eine eine Einzelheit des Steuerventile zeigende Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 1.

Das erfindungsgemäße Steuerventil dient zur Steuerung der Durchflußmenge eines Druckmediums zwischen einer (nicht gezeigten) Druckmittelquelle, welche es mit einem vom Arbeitsdruck abhängigen Zulaufdruck fördert, und einem (nicht gezeigten) Arbeitsaggregat als Verbraucher, in welchem das Druckmedium bei einem

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Arbeitsdruck einwirkt, der von den Betriebsbedingungen des Verbrauchers bzw. Aggregats abhängig ist.

Das Steuerventil weist ein Ventilgehäuse 1 (Fig. 2) auf, in dem eine über eine geeignete Anschlußbohrung an der Druckmittelquelle anschließbare Zulaufkamraer und eine (über nicht gezeigte Leitungen) mit dem Arbeitsaggregat verbindbare Arbeitskammer k (Fig. 2) vorgesehen sind.

Xm Ventilgehäuse ist außerdem eine Ablaufkammer 5 ausgebildet, die Über nicht gezeigte Leitungen mit einem Ablaß verbindbar ist. Zwischen der Zulaufkammer und der Ablaufkammer 5 ist ein in seiner Gesamtheit mit 6 bezeichnetes Abflußventil angeordnet, welches einen im wesentlichen zylindrischen, in einer zugeordneten Bohrung 8 im Ventilgehäuse 1 axial verschiebbaren Ventilkolben 7 aufweist, der mit einer Kegelfläche 9 versehen ist, die mit einer komplementären Sitzfläche in einer Büchse 10 zusammenwirkt. Die Büchse 10 hat den gleichen Durchmesser wie die Bohrung B und steht in Verbindung mit der Zulaufkammer 2.

Das Abflußventil wird normalerweise von der Spannung einer Schraubenfeder 14 in der in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Stellung gehalten, wobei ein Ende der Schraubenfader auf einem zugeordneten Bund eines Zapfenansatzes 5 abgestützt ist, der mittels eines Verschlußstopfens 16 im Ventilgehäuse befestigt ist. Das andere Ende der Feder ist auf einem im Ventilkolben 7 angeordneten Druckstück 17 abgestützt.

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Das Steuerventil weist weiterhin einen Ventilkolben mit einer im wesentlichen zylindrischen Steuerfläche auf, welche zum Schließen einer Bohrung 21 zwischen der Zulaufkammer 2 und der Arbeitskammer k dient. Der Ventilkörper 18 ist an einem im wesentlichen zylindrischen Schaft 22 gebildet, der in Richtung seiner Längsachse in Bohrungen 19a, 19b im Ventilgehäuse 1 verschiebbar ist. Bin mit einem Paar von zylindrischen Steuerflächen 24a, 24b, die durch eine Fläche geringeren Durchmessers 2Uc voneinander getrennt sind, versehener, in seiner Gesamtheit mit 23 bezeichneter Ventilschieber ist an diesem Schaft ausgebildet, und arbeitet mit Ringkammern 25, 26 im Ventilgehäuse 1 zusammen. Zwischen diesen Kammern bildet eine zylindrische Fläche 24d mit einem Durchmesser größer als der Durchmesser der zwischen den Steuerflächen 24a, 24b des Schafts 22 liegenden Fläche 24c mit dieser Fläche 24c einen Ringraum, welcher die Ringkammern 25 und 26 miteinander verbindet.

Der Schaft 22 wird von einer Schraubenfeder 28 in der in Fig. 2 gezeigten linken Hub-Endstellung gehalten, in welcher er an einem VerschluÖstopfen 27 anliegt.

Die Schraubenfeder 28 ist in einer Bohrung im rechten Ende des Schafts angeordnet. Ein Ende dieser Feder ruht auf der Grundfläche dieser Bohrung, während ihr anderes Ende an einem zugeordneten Bund eines fest im Ventilgehäuse 1 angeordneten weiteren Verschlußstopfex

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abgestützt ist. In der besagten Hub-Endstellung verschließt die Steuerfläche 20 des Ventilkolbens 18 die Bohrung 21 zwischen der Zulaufkaramer 2 und der Arbeitskammer k, wie in Fig. 2 deutlich zu erkennen ist.

Im Ventilkörper ist weiter ein mit 30 bzw. 31 bezeichneter erster und zweiter Hohlraum vorgesehen, in welchen jeweils ein zugeordnetes Ende des Schafts 22 hineinragt. Sine erste und zweite Steuerfläche 32 bzw. 33 des Schafts schließt die Hohlräume 30 und 31 ab, so daß der Druck in jedem dieser Hohlräume auf die jeweilige Steuerfläche einwirkt und die Axialverschiebung des Schafts 22 in der nachfolgend beschriebenen Weise steuert.

Wenn der Ventilschieber 23 in der in Fig. 3 gezeigten Axialstellung steht, die durch Verschiebung des Schafts von der in Fig. 2 gezeigten Endstellung aus nach rechts erreicht wird, dient eine erste Leitung zur Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten Hohlraum 30 und der Arbeitskammer k. Diese erste Leitung umfaßt im wesentlichen Bohrungen 3k&, 3^b, 3^c (Fig. i), einen Ringraum 35 (Fig. 5 und 1), Bohrungen 3**b, 34e, 3^f (F?g. 1), die Ringkammer 25 (Fig. 3), eine Radialbohrung 36, eine Axialbohrung 37 und eine Radialbohrung 38, die sämtlich im Schaft 22 vorgesehen sind und in Verbindung miteinander stehen.

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Ersichtlich let die erste Leitung offen, wenn der Ventilschieber 23 In der In Flg. 3 gezeigten Stellung steht, d.h. wenn der Schaft 22 von der Bndstellung gemäß Flg. 2 aus so weit nach rechts verschoben 1st, daß die Bohrung 36 Im wesentlichen Innerhalb der Ringkammer 25 liegt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In der in Fig. 2 dargestellten Endstellung ist diese Leitung dagegen geschlossen, weil die Steuerfläche 24a des Ventilschiebers eine Verbindung zwischen der Ringkammer 25 und der Bohrung Jk verhindert. Der in der Arbeitskammer k herrschende Druck kann sich über die erste Leitung im ersten Hohlraum 30 aufbauen und wirkt dann auf die erste Steuerfläche 32 ein.

Das Steuerventil weist außerdem eine zweite Leitung auf, welche zur Verbindung des zweiten Hohlraums mit der Zulaufkammer 2 dient. Diese Leitung umfaßt im wesentlichen die Bohrungen 44a (Fig. 1), 44b und 44c, die sämtlich im Ventilgehäuse 1 gebildet sind. Die Verbindung zwischen der Zulaufkammer 2 und der Bohrung 44c der zweiten Leitung wird über eine Bohrung 45 in einer Büchse 45a gesteuert. Der Zweck dieser mit einem Durchmesser ziemlich geringer Größe ausgeführten Bohrung besteht darin, den Druck in dem von der Zulaufkammer 2 in die zweite Leitung überströmenden Druckmittel in vorbestimmter Weise zu vermindern.

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Die besagte erste und zweite Leitung stehen über eine dritte mit 46 bezeichnete Leitung miteinander in Verbindung, welche ihrerseits im wesentlichen die Form einer einzelnen Bohrung hat, welche die Bohrungen 44c mit dem Ringraum 35 (Fig. 5 und 1) zwischen den Bohrungen 34c und 34d verbindet. Ein im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Kugelventil 47 gebildetes Verschlußelement ist in der dritten Leitung 46 angeordnet. Die Lage der Ventilkugel relativ zur zugeordneten Sitzfläche wird über den Betätigungsschaft 48 eines elektrisch erregbaren Schaltmagneten 49 gesteuert, mit welchem der Durchlaßquerschnitt der dritten Leitung (Bohrung 46) stufenlos veränderbar ist.

Die Ablaufkammer 5 steht mit der Ringkammer 26 über eine Bohrung 52 (Fig. 2) im Ventilgehäuse 1 in Verbindung, und die Ringkammer 25 ist über eine Bohrung 53 mit einer weiteren Ringkammer 54 verbunden, welche den Ventilkolben 7 des Abflußventils 6 umgibt und über eine Radialbohrung 55 mit dem Innern der Büchse verbunden ist. Die Ablaufkammer 5 kommuniziert außerdem auch über eine im Ventilgehäuse 1 vorgesehene Bohrung 56 mit einem ebenfalls im Ventilgehäuse 1 vorgesehenen Hohlraum 57 (Fig. 4). Dieser Hohlraum kann über eine Bohrung 59 mit einer Kammer 60 (Fig. Z) verbunden werden, die mit der Bohrung innerhalb des Ventilkolbens 7 in Verbindung steht. Der Durchlaß zwischen dem Hohlraum 57 und der Bohrung 59 wird von einem Ventilkolben mit einer im wesentlichen kegelförmigen Steuerfläche

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gesteuert, die durch die Vorspannung einer in einem Gehäuse 63 vorgesehenen Feder 62 an einer zugeordneten Sitzfläche in der Bohrung 59 in Anlage gehalten wird. Die von dieser Feder 63 ausgeübte Vorspannung kann über einen Schaft 6h eingestellt werden, der relativ zu einer fest im Gehäuse 63 angeordneten Büchse 65 in Axialrichtung verschiebbar ist.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Steuerventils ist wie folgt.

Es-wird angenommen, daß das Steuerventil zwischen .leine druckerzeugende, der Zulaufkammer 2 Druckmedium zufördernde Druckmittelquelle und eine Verbrauchsvorrichtung geschaltet ist, die ihrerseits über (nicht gezeigte) Bohrungen mit der Arbeitskammer k hydraulisch verbunden ist. Wenn das Steuerventil sich in der Ruhestellung befindet, ist der elektrisch erregbare Schaltmagnet k9 (Fig. 1) entregt, dessen Betätigungsschaft 48 deshalb keine Kraft auf die _bVentilkugel des VerschluOelements kj überträgt, und die sich daher frei von ihrer Sitzfläche abheben kann, und die dritte Leitung (Bohrung k6) öffnet, welche ihrerseits die Bohrung kkc mit dem Ringraum 35 verbindet, die ihrerseits Jeweils der zweiten bzw. ersten Leitung zugeordnet sind. Unter diesen Bedingungen tritt das die Zulaufkammer 2 (Fig. 1 und 2) erreichende Druckmedium über die Bohrung ^5 der Büchse 45a in die Bohrung kkc der zweiten Leitung über. Da durch die Ilohrung k5 nur eine geringe Durchflußmenge überströmen kann und hierbei infolge des

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geringen Bohrungsdurchmessers ein hoher Druckabfall auftritt, ist der Druck des in die Bohrung 44c der zweiten Leitung eintretenden Druckmediums geringer als der Druck des Druckmediums in der Zulaufkammer Da die Leitungen in Strömungsrichtung hinter der Bohrung 45 der Büchse 45a mit dem Abfluß in Verbindung stehen, steht das den Hohlraum 31 aus der besagten Bohrung über die Bohrung 44b und 44a der zweiten Leitung erreichende und auf die zweite Steuerfläche 33 des Schafts 22 einwirkende Druckmedium unter dem Abflußdruck ρ (, der etwa gleich dem Umgebungsdruck ist). Das den ersten Hohlraum 30 über die Bohrungen 46, den Ringraum 35 und die Bohrungen 34c 34b, 34ä^r"erreichende und auf die erste Steuerfläche- 32 des "Schaf ts 22 wirkende Druckmedium steht ebenfalls unter dem gleichen Abflußdruck ρ . Daher ist ersichtlich, daß unter diesen Bedingungen der Schaft 22 in der in Fig. 2 gezeigten links gelegenen Hub—Ends teilung steht, weil die auf seiner Steuerflächen 32 und 33 wirkenden Drücke im wesentlichen gleich dem Umgebungsdruck ρ sind und daher am Schaft im wesentlichen gleiche und entgegengerichtete Kräfte erzeugen. Die resultierende, auf den Schaft ausgeübte Kraft ist daher gleich der Vorspannung der Schraubenfeder 28, welche den Schaft in Anlage am Verschlußstopfen 27 zu halten sucht.

In dieser Stellung verschließt die Steuerfläche 20 des Ventilkolbens 18 die Durchlaßbohrung 21 zwischen der Zulaufkammer 2 und der Arbeitskammer 4, so daß eine Förderung von Druckmittel zur Verbrauchervorrichtung verhindert ist.

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Bei der gleichen Konfiguration ^d.h. wenn der Schaft 22 in seiner links gelegenen Hub-Endstellung steht,) verbindet der Ventilschieber 23 die beiden Ringkammem 25 und 26 über den zwischen den Flächen 24c, 2ka liegenden Ringraum und verbindet so die Ringkammer 25 mit der Ablaufkammer. 5 über die Bohrung 52 (Fig. 2). Das durch die dritte Leitung (Bohrung k6) zum Ringraum 35 übertretende und von hier über die Bohrung jkh der ersten Leitung strömende Druckmedium kann aus der letzterwähnten Bohrung also über die Bohrungen 3^e, 34f die Kammern 25 und 26 und die Bohrung 52 in die Ablaufkammer 5 übertreten. Der Energieverlust des auf diese Weise zum Abfluß geförderten Druckmediums ist sehr gering, weilrfcn der Endstellung die durch die Bohrung 45 in der" . beschriebenen Weise übertretende Durchflußmenge gering und der Druck im Druckmedium sehr niedrig ist.

In der beschriebenen Endstellung ist der Hohlraum im Ventilkolben J des Abflußventils 6 (zusammen mit der mit diesem Hohlraum in Verbindung stehenden^ Kammer 60) über die Bohrung 55» die Ringkammem und 26 und die Bohrung 52 mit der Ablaufkammer 5-verbunden, wie aus Fig. 2 klar erkennbar ist. Unter diesen Bedingungen wird die das Ventil geschlossen haltende Kraft ausschließlich von der Schraubenfeder 14 erzeugt, deren Größe einstellbar ist, so daß das Ventil bei Erreichen eines vorbestimmte

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Einstelldrucks ρ öffnen kann. Daraus folgt, daß die gesamte von der Druckmittelquelle geförderte Durchflußmeng« zum Abfluß überströmt, sobald der (zweckmäßig niedrig gewählte) Einstelldruck ρ erreicht ist.

Um eine bestimmte Durchflußmenge zur Verbrauchervorrichtung zu fördern, wird der Schaltmagnet k9 (Fig. 1) erregt, wodurch die Kugel des Ventils k7 verschoben und so die dritte Leitung K6 teilweise geschlossen wird. Durch Verkleinerung des Durchlasses durch diese Leitung wird eine Tendenz zur Erhöhung des Drucks im Druckmedium in der zweiten Leitung (Bohrung khto und kk&) derart erzeugt, daß sich dieser Druck dem Wert des Einstelldrucks ρ

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annähert. Auf diese Weise wird also ein Steuerdruck ρ in dieser Leitung erzeugt, der größer

als der Abflußdruck ρ ist. Der Steuerdruck baut sich auch im zweiten Hohlraum 31 auf und wirkt auf die zweite Steuerfläche 33, während der Druck in den Bohrungen 3^c, jkh, 3ha. der ersten Leitung im wesentlichen gleich dem Abflußdruck ρ bleibt. Daher ist ersichtlich, daß unter diesen Bedingungen der Steuerdruck ρ und der Abflußdruck ρ auf die beiden Steuerflächen 33 bzw. 32 des Schafts 22 einwirken. Da der Steuerdruck höher ist, hat die resultierende Kraft das Bestreben, den Schaft - gesehen in Fig. 2 - nach rechts zu verschieben und dabei die von der Schraubenfeder 28 erzeugte Vorspannkraft zu überwinden. Der Schaft verschiebt sich

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daher in die in Fig. 3 dargestellte Lage, in welcher die Steuerfläche 20 des Ventilkolbens 1b den Durchlaß durch die Bohrung 21 in wählbarem Maß freigibt, wodurch die Zuflußkammer 2 mit der Arbeitskammer h in Verbindung kommt und so eine vorbestimmte Durchflußmenge zur Verbrauchervorrichtung gefördert wird. Diese Durchflußmenge ändert sich linear mit dem Durchlaßquerschnitt der Bohrung 21, da die Druckdifferenz zwischen der Zuflußkammer 2 und der Arbeitskammer k konstant (und in der nachstehend beschriebenen Veise gleich dem Wert ρ des Abfluß-

ventile 6) gehalten wird. Der Ventilschieber 23 verschiebt sich gleichzeitig in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, in welcher die Bohrung 36 in die Ringkaramer 25 gestellt wird, wobei die Steuerfläche 24a den Durchlaß zwischen den Ringkammern 25 und 26 verschließt

Wenn der Schaft 22 die dargestellte neue Stellung erreicht hat, steht die Arbeitskammer k mit dem zweiten Hohlraum 30 über die beschriebene erste Leitung in Verbindung. Das Druckmedium kann also von der Arbeitskammer k über die Bohrungen 38 (Fig. 3) 37, und 36 des Schafts 22 in die Ringkammer 25 übertreten, von wo es dann durch die Bohrungen 3^f (Fig. 1), 3^e und jkd. in den Ringraum 35 und von dort durch die Bohrungen 3^c, 3^b und 3^a in den ersten Hohlraum 30 strömt. In dieser Stellung, die demzufolge als die normale Arbeitsstellung des Steuerventils angesehen werden kann, wirkt der Arbeitsdruck ρ auf die erste Steuerfläche 32 des

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Schafts 22, während der Steuerdruck ρ auf die zweite Steuerfläche 33 wirkt, wobei die Größe des Steuerdrucks auf einen geeigneten Wert zwischen dem Druck

ρ der Zulaufkammer und dem Druck ρ der Arbeitsa *u

kanuner eingestellt werden kann, indem die Größe des Durchlasses durch das Ventil k7 verändert wird, Während der Arbeitsdruck ρ bei allen Betriebsbedingungen der Verbrauchervorrichtung im wesentlichen konstant ist, kann der Steuerdruck ρ durch Ver-

änderung des erwähnten Verschlußelements in der erforderlichen Weise verändert werden. Daraus folgt, daß die Größe der auf den Schaft 22 einwirkenden resultierenden Kraft, welche die Axialverschiebung des Schafts bestimmt, vom Steuerdruck ρ abhängt,

und damit: von der Einstellung des Öffnungs quer Schnitts des Durchlasses durch die dritte Leitung 46 vermittels des Ventils k7.

Wenn das Steuerventil sich in der in Fig. 3 gezeigten Arbeitsstellung befindet, steht der Hohlraum im Ventilkolben 7 (Fig. 3) des Abflußventils 6 nicht mit dem Abfluß in Verbindung, wie in der zuvor beschriebenen Bndstellung, sondern über die Bohrungen 55» 53t die Ringkammer 25 und die Bohrungen 36, 37 und 38 des Schafts 22 mit der Arbeitskammer h» Die unter diesen Bedingungen erforderliche Kraft zum Öffnen des Ventils und zum Abblasen des Druckmediums aus der Zulaufkammer 2 zur Ablaufkammer 5» besteht daher aus der Federkraft der Feder Ik

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zuzüglich der in gleicher Richtung wirkenden, vom Arbeitedruck ρ erzeugten Kraft. Mit anderen Worten, das Ventil kann jetzt nur dann geöffnet werden, wenn die Differenz zwischen der vom Zulaufdruck ρ und dem vom Arbeitsdruck ρ erzeugten Kraft größer als die elastische Kraft der Feder 14 ist, so daß ρ ep +P₄. gilt.

Auf diese Weise hat die zum Öffnen des Abflußventils 6 erforderliche Kraft die Tendenz größer zu werden, wenn der Arbeitsdruck ρ ansteigt, was den Vorteil hat, daß diese Kraft den effektiven Betriebsbedingungen der Verbrauchervorrichtung angepaßt wird, mit dem Ergebnis, daß die Bnergieverluste Über die Ablaufkammer 5 auf ein Minimum reduziert werden«

Es ist daher ersichtlich, daß die vom erfindungsgemäßen Steuerventil bewirkte Durchflußmengensteuerung mit sehr geringen Energieverlusten erreicht Während des ersten Betriebszustandes des Steuerventils bei der Verschiebung von der in Fig. 2 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung durch Schließen des Verschlußelements ^7, tritt in diesem Zusammenhang nur eki geringer Verlust von Druckmedium zur Ablaufkammer 5 (über die Bohrungen k$, k6, 34d, 3*te, 3^f, die Ringkammern 25» 26 und die Bohrungen 52) während einer kurzen Zeitdauer und bei geringem Druck auf. Wenn das Steuerventil unter den in Fig. 3 gezeigten normalen Arbeitsbedingungen arbeitet, entsteht im wesentlichen Überhaupt kein Energieverlust während der Steuerung der Verschiebung des Schafts 22,

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weil das zur Steuerung des Schafte 22 verwendete Druckmedium von der Kammer 35 über die Bohrungen 34d_f 34c und 3^f, die Kammer 25, die Bohrung 36, die Bohrung 37 und die Bohrung 38 in den Kreislauf zum Verbraucher zurückgeführt wird.

Der Ventilkolben 61 (Fig. k), welcher die Bohrung 59 schließt und von der Schraubenfeder 62 vorgespannt ist, bildet ein überdruckventil, welches die Entstehung von tiberdrücken in der Kammer 6O verhindert. Der Ventilkolben wird unter Überwindung der federnden Spannkraft der zugeordneten Feder angehoben, wenn in der Kammer 6O ein erforderlicher Druck erreicht ist, wobei das Druckmedium dann zunächst in den Hohlraum 57 und von dort über die Bohrung 56 in die Ablaufkammer 5 abgeblasen wird.

Es 1st ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen in der Form und der Anordnung der verschiedenen Bauteile möglich sind.

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Claims

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Steuerventil für hydraulische Schaltungen

Patentansprüche

1/Steuerventil zur Steuerung der Durchflußmenge eines Druckmediums zwischen einer das Druckmedium bei einem Zulauf druck zuführenden Druckmittelquelle und ei. nem Arbeitsaggregat, in welchem das Druckmedium unter einem Arbeitsdruck steht, der von den Betriebsbedingungen des Arbeitsaggregats abhängt, mit einem Abflußventil, welches öffnet und wenigstens einen Teil des von der Druckmittelquelle zugeführten Druckmediums zu einem Abfluß abführt, wenn die Differenz zwischen dem Zulaufdruck und dem Arbeitsdruck eine vorgegebene Größe übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Richtung seiner Längsachse verschiebbarer Ventilkolb'en (18) vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er den Offnungsquersclinitt eines Durchlasses (Bohrung 21 ) zwischen einer Zulaufkammer (2) und einer Arbeitskammer (k) des Steuerventils zu ändern erlaubt, und der normalerweise von

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der Spannkraft einer Feder (Schraubenfeder 28) in einer Endeteilung gehalten wird, in welcher der Durchlaß geschlossen ist, wobei die Zulauf- und die Arbeitskammer (2) 4) mit der Druckmittelquelle bzw. dem Arbeiteaggregat in Verbindung stehen, daß ein erster und ein zweiter Hohlraum (30} 3"1 ) vorgesehen sind, in denen eine erste bzw. zweite Steuerfläche (32) 33) des Ventilkolbens (18) angeordnet ist, von denen jede derart einem auf sie einwirkenden Druck ausgesetzt ist, daß sich eine entsprechende axiale Verschiebung des Ventilkolbens (18) einstellt, wobei der erste Hohlraum (30) mit der Arbeitskammer (4) über eine erste Leitung (3k&, b, c» 351 3^d, e, f| 25» 36j 37! 38) in Verbindung steht, so daß der Arbeitsdruck (p ) auf die erste Arbeitsfläche (32) des Ventilkolbens (18) einwirkt, der zweite Hohlraum (31) über eine zweite Leitung (44a, b, c) mit der Zulaufkammer (2) in Verbindung steht, die erste und die zweite Leitung ihrerseits über eine dritte Leitung (Bohrung 46) verbunden sind, in welcher ein Verschlußelement (Kugelventil 47) angeordnet ist, mit welchem der Durchlaßquerschnit t durch die dritte Leitung stufenlos veränderbar ist, und die Zulaufkanmier (2) und die zweite Leitung (44a, b_t c) über eine Bohrung (45) vorgegebener Größe verbunden sind, welche den Druck des von der Zulaufkammer (2) zur zweiten Leitung Überströmenden Druckmediums reduziert, und daß die Größe des Öffnungsquerschnitts des Durchlasses zwischen der Zulaufkammer (2) und der Arbeitskammer (4) veränderbar ist durch Einstellung des Verschlußelemente (47) und daraus resultierender Veränderung des Durchlaßquerschnitts durch

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die dritte Leitung (U6)_t wodurch in der zweiten Leitung (UUa, b, c) ein Steuerdruck (p ) erzeugt wird,

der sich dann auch im zweiten Hohlraum (31 ) aufbaut und auf die zweite Steuerfläche (33) einwirkt und den Ventilkolben (18) entsprechend verschiebt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1_r dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ventilkolben (18) ein Ventilechieber (23) fest verbunden ist, der bei in Endlage befindlichem Ventilkolben (18) in einer ersten Stellung steht, in welcher ein· Steuerfläche (2Ua) des Ventilschiebers (23) den Durchgang durch die erste Leitung unterbricht, und welcher wenigstens eine zweite Stellung einnimmt, in welcher der Durchgang durch die erste Leitung (3Ua, b, c| 35» 3Ud, ei 25» 361 37t 38) offen ist, wenn der Ventilkolben (18) den Durchlaß zwischen der Zulaufkammer (2) und der Arbeitskammer (U) öffnet.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußeleraent ein Kugelventil (U7) aufweist, dessen Öffnen und Schließen stufenlos durch eine elektromagnetische Vorrichtung (U9) steuerbar ist.

U. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Abflußventil normalerweise von einer Feder geschlossen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwei Steuerflächen aufweist, von denen jede so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie von einem auf sie einwirkenden Druck beaufschlagt wird und eine entsprechende Axialverschiebung des Ventils bewirkt,· wobei die eine Steuerfläche in der Zufluß-

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kammer (2) und die andere Steuerfläche in einer dritten Kammer (5) liegt, die ihrerseits so angeordnet ist, daß sie mit dem Abfluß oder mit der Arbeitskammer (U) in Verbindung steht, wenn der Ventilschieber (23) in der ersten bzw. zweiten Stellung steht.

5. Steuerventil nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerflächen des Ventile (6) gleiche Flächen haben.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (18), der Ventilschieber (23) und die erste und zweite Steuerfläche (2Ua j 24b) auf Abschnitten eines zylindrischen Schafts (22) angeordnet sind, der in Richtung seiner Längsachse im Ventilgehäuse (1) verschieblich angeordnet ist.

7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußventil (6) mit einer im wesentlichen parallel zur Längsachse des zylindrischen Schafts (22) verlaufenden Längsachse im Ventilgehäuse (i) angeordnet ist.

8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung durch eine erste Anzahl von Bohrungen (3Ua, b, c, d, e) im Ventilgehäuse (1) und im zylindrischen Schaft (22), und durch im Ventilgehäuse (1) Abschnitte des zylindrischen Schafts (22) umgebende Ringkammern (35l

25) gebildet wird.

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9· Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung von einer Anzahl von im Ventilgehäuse (i) vorgesehenen Bohrungen (44a, b, c) gebildet wird.

10. Steuerventil nach Anspruch 3» 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Leitung von einer Bohrung (46) gebildet wird, welche eine Bohrung (34c) der ersten Anzahl von Bohrungen mit einer Bohrung (44c) der zweiten Anzahl von Bohrungen verbindet, und daß in der die dritte Leitung bildenden Bohrung (46) das Kugelventil (47) angeordnet ist.

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ORIGINAL IWS