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"Stromventil mit einem hydraulisch verstellbaren
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Drosselventil
Bekannte Servoventile zur Steuerung
des Drucks oder der Strömung großer Volumenströme von mehreren tausend Litern pro
Minute und hohen Drücken bis z.B. 350 bar in Abhängigkeit von einer Eingangsgröße
mit niedriger Eingangsleitung verwenden mehrstufige Servosysteme. Diese haben insbesondere
den Zweck, den infolge der niedrigen Eingangsleistung spürbaren Einfluß der Störgrößen
weitgehend auszuschalten.
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Gegenstand dieser Erfindung ist ein Hydraulikventil, das zur Steuerung
und/oder Regelung des Drucks und/oder der Strömung dient.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Hydraulikventils,
das die Charakteristiken eines herkömmlichen mehrstufigen Servoventils aufweist,
das jedoch selbst nur in zweistufiger Bauweise ausgeführt ist. Dementsprechend besteht
das Hydraulikventil nach dieser Erfindung aus einem hydraulisch verstellbaren Zwei-Wegeventil
mit einem elektrisch ansteuerbaren, elektro-hydraulischen Wandler als Verstärkerstufe,
durch welchen der Kolben des Zwei-Wegeventils auf seiner Steuerseite mit einem vorgesteuerten
Druck hydraulisch beaufschlagt wird. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische
Verstärkerstufe des elektro-hydraulischen Wandlers und die Steuerseite des Zwei-Wegeventils
in Parallelschaltung an einen gemeinsamen Druckkanal angeschlossen sind und daß
in diesem Druckkanal vor der Abzweigung ein Volumenstrombegrenzungsventil eingeschaltet
ist.
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Diese Steuer kette aus elektro-hydraulischem Wandler und Zwei-Wegeventil
besitzt die Merkmale von Servoventilen auch bei hohen zu steuernden hydraulischen
Leistungen und kann für unter schiedliche Funktionen eingesetzt werden. Die Vorteile
dieser Steuerkette beruhen insbesondere darauf, daß der der Verstärkerstufe zugeführte
Ölstrom systemdruckunabhängig ist.
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Das erfindungsgemäße Hydraulikventil läßt sich als Druckminderventil,
Stromregelventil und Druckbegrenzungsventil bei hohen hydraulischen Leistungen,
d.h. hoher Durchflußmenge und hohem Druck nutzen, wobei die Steuerung in Abhängigkeit
von einem eingegebenen Strom des elektro-hydraulischen Wandlers erfolgt.
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Bevorzugt wird diese Steuer kette in einen aus Druckfühler oder Strömungsmeßfühler,
Sollwertgeber und Regler bestehenden Regelkreis eingeschlossen. Für die Funktion
eines Druckminderventils oder Stromregelventils wird das Zwei-Wegeventil in Schieberbauweise
ausgeführt, wobei im ersten Falle der zu regelnde Verbraucherdruck, im zweiten Falle
der zu regelnde Verbraucher-Volumenstrom die Meß- und Regelgröße darstellt. Bei
der Verwendung als Druckbegrenzungsventil ist das Zwei-Wegeventil als Sitzventil
ausgeführt, wobei der Systemdruck Pl die Meß- und Regelgröße bildet.
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Hervorragende Steuer- und Regelcharakteristiken lassen sich erzielen,
wenn der elektro-hydraulische Wandler aus einem Torque-Motor hergestellt wird, welcher
ein Düse-Prallplatte-System in ihrem Abstand verstellt. Dabei ist die Düse vorzugsweise
über eine Dämpfungsdrossel an die zu dem Volumenstrombegrenzungsventil führende
Abzweigung angeschlossen. Durch diese Dämpfungsdüse werden erforderlichenfalls Schwingungen
des Systems eliminiert. Bei der Verwendung als Druckminderventil und Stromregelventil
dient eine Rückführung der Düse auf den Verbraucherkanal dem Vorteil, daß die Verstärkerstufe
auch bei niedrigen Systemdrücken funktioniert.
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Das nach der Erfindung verwandte Volumenstrombegrenzungsventil besteht
in seinem Aufbau - wie üblich - aus einer Druckwaage mit federbelastetem Kolben,
der auf seiner Federseite über ein Drossel- oder Blendensystem mit einem verminderten
Druck und auf seiner von der Feder abgewandten Seite mit dem ungeminderten, vorzugsweise
dem Systemdruck beaufschlagt wird. Die besondere Ausbildung der Druckwaage nach
dieser Erfindung dient der Reduzierung von Reibungskräften an dem Druckwaagekolben.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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Es wird dargestellt anhand von Fig. 1 ein Schaltplan des als Baueinheit
ausgeführten Hydraulikventils in der Funktion eines Druckminder- und Stromregelventils;
Fig. 2 den elektro-hydraulischen Wandler mit Verstärkerstufe (schematisch); Fig.
3 das Volumenstrombegrenzungsventil; Fig. 4 einen Schaltplan des als Baueinheit
ausgeführten Hydraulikventils in der Funktion des Druckbegrenzungsventils.
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Das in Fig. 1 dargestellte Hydraulikventil besteht insbesondere aus
einem Zwei-Wegeventil 1 als Hauptstufe mit dem Zylinder 2, dem Kolben 3, der Feder
8, dem Zulaufkanal 4, dem Ringkanal 10 und dem Verbraucherkanal 5. Die Durchflußrichtung
ist durch die Pfeile 6 und 7 angezeigt. Der Drosselkolben 3 wird durch die Feder
8 in seine Schließstellung gedrückt. In dieser Schließstellung sind die Durchlässe
9 im Kolben 3 gegenüber dem Ringkanal 10 verschlossen. Im Zulaufkanal liegt der
Systemdruck Pl an. Der Druck im Verbraucherkanal 5 wird im allgemeinen als P2 bezeichnet.
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Über den Ringkanal 10 und die Kanäle 11, 19, 39 wird die Vorsteuerstufe
21 mit Steueröl versorgt. Der Vorsteuerstufe 21 ist ein Volumenstrombegrenzungsventil
25 vorgeschaltet. Dieses besteht aus der Meßblende 12 und der Druckwaage 15 sowie
dem Kanal 18, über welchen der Kolben 15 der Druckwaage auf seiner von der Feder
16 abgewandten Seite mit dem Systemdruck beaufschlagt wird. Die Federseite des Kolbens
15 wird mit dem durch die Meßblende 12 geminderten Druck beaufschlagt. Dieses Volumenstrombegrenzungsventil
bewirkt, daß der Volumenstrom in Leitung 19 und 39 zur Vorsteuerstuf 2' weitgehend
unabhängig vom Steuerdruck und von dem Systemdeuck pl konstant gehalten wird.
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Der Volumenstrom kann durch ein derartiges Begrenzungsventil auf z.B.
600 ml/min begrenzt werden.
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Die Auslaßleitung 19 des Volumenstrombegrenzungsventils ist hinter
dem Abzweig 38 in zwei parallelen Kanälen einerseits -wie bereits erwähnt - durch
Kanal 39 über Dämpfungsdüse 20 mit der Verstärkerstufe der Vorsteuerstufe 21 und
andererseits über Kanal 22 mit der Steuerdruckseite 23 des Kolbens 3 verbunden.
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Die Verstärkerstufe 21, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist,
besteht aus der Düse 24 und der Prallplatte 26, welche an dem Waagebalken 27, 28
des Torque-Motors sitzt. Der Waagebalken 28 mit seinen magnetischen Enden 29 wird
über die Eisenjoche 30 durch die Elektromagneten 31, 32 derart elektromagnetisch
angesteuert, daß sich an der Düse 24 zur Prallplatte 26 ein vom Eingangsstrom i
(s. Fig. 1) abhängiger Spalte bildet. Durch die Spaltweite ist der Druckabfall und
damit der Steuerdruck in der Auslaßleitung 19 und dem Steuerkanal 22 vorgegeben.
Daher kann über den Eingangsstrom i, d.h. mittels des Sollwertgebers 51 die Stellung
des Drosselkolbens 3 feinfühlig gesteuert werden. Die Düse 24 liegt in einem Gehäuse,
welches einen Abfluß 33 zum Tank 34 aufweist.
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Das in Fig. 3 dargestellte Volumenstrombegrenzungsventil zeichnet
sich dadurch aus, daß der Kolben 15 gegenüber der Feder 16 in einer Spitze 35 querkraft-
und biegefrei gelagert ist.
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Dadurch-wird gewährleistet, daß der Kolben sehr leichtgängig ist.
In Fig. 3 sind neben dem Kolben 15 und der Feder 16 ebenfalls der Kanal 11, die
Meßblende 12, der Federraum 13, der Auslaßkanal 19, die Systemdruckseite 17 und
der Anschluß des Kanals 18 dargestellt.
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Die bis hierher bestehende Steuer kette eines Hydraulikventils, bestehend
aus der HauptstufeS dem Volumenstrombegrenzungsventils und der Verstärkerstufe ist
ir mehreren Funktionen einsetzbar,
und zwar bei der in Fig. 1 dargestellten
Bauweise der Hauptstufe und Schaltung als Druckminderventil und Strömungsventil
und bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung der Hauptstufe als Druckbegrenzungsventil.
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Die Hauptstufe nach Fig. 1 zeigt ein Zwei-Wegeventil, das als Schiebeventil
ausgeführt ist.
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Das in Fig. 4 dargestellte Zwei-Wegeventil zeigt dagegen ein Sitzventil
mit Sitz 50, wobei die Durchflußrichtung durch die Pfeile 52, 53 angezeigt ist.
Es sei betont, daß das Hydraulikventil mit elektro-hydraulischem Wandler, Volumenstrombegrenzungsventil
und Zwei-Wegeventil im übrigen dem anhand von Fig.
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1, 2, 3 dargestellten entspricht.
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Wie bereits erwähnt, kann das Hydraulikventil nach Fig. 1 als Druckminderventil
und Strömungsventil eingesetzt werden. Hierzu sind in dem Verbraucher kanal 5 ein
Druckmeßfühler 43 und ein Strömungsmeßfühler 44 angeordnet, deren Ausgangssignal
auf den Umschalter 46 gegeben wird. Über den Umschalter 46 kann entweder das Druckmeßsignal
oder das Strömungsmeßsignal über Rückführung 45 auf das von Sollwertgeber 51 ausgehende
Sollwertsignal zurückgeführt und hierdurch eine Regelung entweder des Drucks oder
der Strömung bewirkt werden.
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Der zur Verstärkerstufe führende Kanal 39 ist in dem hier dargestellten
und bevorzugten Ausführungsbeispiel bei der Funktion des Hydraulikventils als Druckminderventil
und/oder Stromregelventil über den Ölnachfuhrkanal 40 mit dem Verbraucherkanal 5
der Hauptstufe verbunden (in Fig. 2 nicht dargestellt). Im Ölnachfuhrkanal 40 liegt
ein mit Feder versehenes Rückschlagventil mit DuLcnflußríchtung von dem Verbraucher
kanal 5 zum Kanal 39. Durch diese Verbindung der Verstärkerstufe, d.h.
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der Düse 24 mit dem Ves snerkanal 5 wird sichergestellt, daß bei niedrigen
Systemds «.e pi (z.B. weniger als 20 bar), bei
denen eine ausreichende
Funktion des Volumenstrombegrenzungsventils nicht mehr sichergestellt ist, ein Steuerdruck
in Leitung 22 und damit Leitung 39 zur Verfügung steht. Der Volumenstrom vom Verbraucherkanal
zur Vorsteuerstufe wird durch eine Drosselblende 42 begrenzt.
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Wie bereits erwähnt, wirkt das Hydraulikventil nach der Erfindung
in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel als Druckbegrenzungsventil für
den Systemdruck Pl Hierzu ist in dem Zufuhrkanal 54 der Druckmeßfühler 48 angeordnet,
dessen Ausgangssignal wiederum in einem Regelkreis auf das von dem Sollwertgeber
51 ausgehende Sollwertsignal zurückgeführt wird.
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Zur Sicherung gegen Überdruck dient das Druckbegrenzungsventil 49.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Hydraulikventil 2 Zylinder 3 Drosselkolben
4 Pumpkanal 5 Verbraucher kanal 6 Durchflußrichtung 7 Durchflußrichtung 8 Feder
9 Durchlässe 10 Ringkanal 11 Druckleitung, -kanal, Servodruckleitung 12 Meßblende,
Drosselventil, Blendenventil, Blende 13 Federdruckraum 14 Druckwaage 15 Kolben,
Druckwaagekolben, waagekolben 16 Druckfeder, Feder 17 Kolbenseite 18 Steuerkanal
19 Auslaßleitung, Leitung 20 Dämpfungsdüse 21 elektro-hydraulisoher Wandler 22 Kanal,
Steuerkanal 23 Steuerseite des Drosselkolbens 24 Düse, Pralldüse 25 Volumenstrombegrenzungsventil
26 Prallplatte 27 Waagebalkenarm 28 Waagebalkenarm 29 magnetische Enden
30
Eisenjoche 31 Elektromagnet 32 Elektromagnet 33 Abfluß 34 Tank 35 Spitze 36 Steuerkante
an Druckwaage 37 Rückschlagventil 38 Abzweig 39 Kanal, Pralldüse 40 Ölnachführkanal
41 Gehäuse 42 Drossel oder Blende 43 Druckmeßfühler 44 Strömungsfühler 45 elektrische
Rückführung 46 Umschalter 47 Verstärker, Regler 48 Druckmeßfühler 49 Druckbegrenzungsventil
50 Sitz 51 Sollwertgeber 52 Pfeil 53 Pfeil 54 Zuflußkanal 55 Verbraucher kanal
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