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Proportionalventil mit Steuerspannungsgeber Die Erfindung bezieht
sich auf ein durch eine Steuerspannung betätigbares Proportionalventil, das eine
Neutralstellung und zwei Arbeitsstellungen einnimmt, mit einem Steuerspannungsgeber,
der ein zwischen zwei Sammelleitungen unterschiedlichen Potentials geschaltetes
Potentiometer aufweist, dessen Abgriff zwischen zwei Endlagen verstellbar ist.
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Bekannte Proportionalventile dieser Art können mit Hilfe einer Steuerspannung
derart betätigt werden, daß sie in einem definierten Abschnitt in der Mitte des
Spannungsbereichs ihre Neutralstellung einnehmen, bei steigender Spannung in die
eine Arbeitsstellung tgbergehen und dabei bis zum vollen Durchflußquerschnitt offenen
sowie bei abnehmender Spannung in die andere Arbeitsstellung übergehen und dabei
bis zum vollen Durchflußquerschnitt öffnen.
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Dieser volle Durchflußquerschnitt ist konstruktiv vorgegeben. Da für
verschiedene Anwendungszwecke unterschiedliche maximale Durchflußmengen gefordert
werden, benötigt man unterschiedliche Proportionalventile, die bezüglich dieses
Durchflußquerschnitts voneinander abweichen, während der Steuerspannungsgeber und
die Betätigungsvorrichtung des Ventils gleich bleiben
Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, ein Proportionalventil für unterschiedliche maximale
Durchflußmengen zu verwenden, ohne konstruktive änderungen vornehmen zu müssen Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerspannungsgeber einen
drei Widerstandsabschnitte aufweisenden und zwischen die Sammelleitungen geschalteten
Spannungsteiler aufweist und daß beim Potentiometer die Enden seiner kontinuierlichen
Widerstandsbahn über Je einen Einstellwiderstand mit der entsprechenden Sammelleitung
verbunden sind und ein Mittelbereich der Widerstandsbahn durch zwei Anschlüsse begrenzt
ist, die je mit einem Ende des mittleren Widerstandsabschnitts des Spannungsteilers
verbunden sind.
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Bei dieser Anordnung kann durch Verstellung der Elnstells widerstände
die Kennlinie des Steuerspannungsgebers derart verändert werden, daß dem vollen
Weg des Abgriffs nicht mehr der volle Bereich der Steuerspannung entspricht.
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Demzufolge hat in der Endlage des Abgriffs das Ventil nur einen Teil
des konstruktiv möglichen Stellwegs zurUckgelegtr Der maximale Durchflußquerschnitt
ist daher kleiner. Hierbei ist jedoch durch die Verbindung des Mittelbereichs der
Widerstandsbahn mit dem mittleren Widerstandsabschnitt des Spannungsteilers sichergestellt,
daß die Kennlinien sich nur im Bereich der Arbeitsstellung des Ventils ändern, die
Verhältnisse im Bereich der Neutralstellung dagegen praktisch gleich bleiben. Eine
Verstellung der Einstellwiderstände führt daher nicht zu einer merklichen Veränderung
des der Neutralstellung zugeordneten Verstellbereichs des Abgriffs des Steuerspannungsgebers.
Es ist daher möglich, unter Verwendung desselben Proportionalventils und desselben
Steuerspnungsgebers unterschiedliche Ansprüche bezüglich des maximalen Durchflußquerschnitts
zu erfüllen. Dies erlaubt es, höhere
Stückzahlen und damit billiger
zu fertigen und die Kosten der Lagerhaltung zu vermindern.
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Zweckmäßigerweise sind die Einstellglieder der beiden Einstellwiderstände
miteinander gekuppelt. Es genügt daher eine einzige Einstell-Maßnahme,um ein Ventil
einem bestimmten Verwendungszweck anzupassen. Gleichzeitig wird dafür gesorgt, daß
die Steuerspannungskennlinie symmetrisch zu ihrem der Neutralstellung zugeordneten
Mittelbereich bleibt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Widerstandsbahn
des Potentiometers und die Widerstandsabschnitte des Spannungsteilers in Dickschichttechnik
auf einer gemeinsamen Platte ausgebildet sind. Dies ergibt eine platzsparende kleine
Ausführung.
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Hierbei kann die gemeinsame Platte eine mit dem Ausgang verbundene
Kurzschlußbahn aufweisen und der Abgriff die Widerstandsbahn mit der Kurzschlußbahn
verbinden. Es können daher alle Anschlüsse an der Platte vorgenommen werden.
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Eine elektrische Lötstelle o. dgl. am Abgriff, die durch dessen Bewegung
besondersbeansprucht wäre, kann entfallen.
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Zweckmäßigerweise sind Widerstandsbahn und Kurzschlußbahn benachbart
auf zwei zum Drehpunkt des Abgriffs konzentrischen Kreisen angeordnet, Eine bevorzugte
Anwendung besteht darin, daß das Potentiometer im Oberteil eines Steuerhebels angeordnet
ist, von dessen um eine quer zur Hebelachse stehende Achse schwenkbaren Kopf der
Abgriff verstellbar ist. Dies ist möglich, weil die Steueranordnung so klein ausgebildet
werden kann, daß sie im Oberteil des Steuerhebels Platz findet. Ein solcher Steuerhebel
kann beispielsweise bei einem hydraulischen Gerät dazu dienen, durch eine Schwenkbewegung
in
einer ersten Ebene eine Links-Rechts-Bewegung, durch eine Schwenkbewegung in einer
senkrecht dazu stehenden Ebene eine Vorwärts -Rückwärts-Bewegung und durch Verschwenken
des Kopfes eine Auf-Ab-Bewegung zu bewirken.
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Beim Einbau empfiehlt es sich, daß die gemeinsame Platte in einer
Ebene verläuft, die senkrecht zur Schwenkachse des Kopfes steht, und der Abgriff
um diese Schwenkachse verschwenkbar ist. Dies ergibt eine besonders einfache Ausführungsform.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung eines erfindungsgemäßen Proportionalventils mit zugehörigem Steuerspannungsgeber,
Fig. 2 die Kennlinie des Steuersp ungsgebers, Fig. 3 einen Schnitt durch den Oberteil
eines Steuerhebels und Fig. 4 den Steuerhebel in Ansicht.
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Fig. 1 zeigt ein Proportionalventil 1 mit einem Gehäuse 2 und einem
Schieber 3, der mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung 4 verstellbar ist. Das Proportionalventil
kann eine erste Arbeitastellung A, eine Neutralstellung B und eine zweite Arbeitsstellung
C einnehmen, wobei mit steigender Steuerspannung 8 der Druckluftquerschnitt in der
Arbeitsstellung A abnimmt, in der Neutralstellung geschlossen ist und in der Arbeitsstellung
B wieder zunimmt. Beispielsweise ist das Proportionalventil
zwischen
eine Pumpe und die eine Seite eines Stellmotors sowie zwischen die andere Seite
des Stellmotors und einen Behälter geschaltet. In der Neutralstellung sind demnach
die entsprechenden Verbindungsleitungen gesperrt. In der einen Arbeitsstellung A
wird der Stellmotor in die eine Richtung, in der anderen Arbeitsstellung B in die
andere Richtung bewegt. Gestrichelt sind Druckfühlleitungen zur Beeinflussung des
Pumpendrucks eingezeichnet.
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Ein Steuerspannungsgeber 5 weist ein Potentiometer 6 mit einer kontinuierlichen
Widerstandsbahn 7 und einem verstellbaren Abgriff 8 auf. Das eine Ende der Widerstandsbahn
7 ist über einen Einstellwiderstand RA mit einer positives Potential ftihrenden
Sammelleitung 9, das andere Ende der Widerstandsbahn 7 über einen Einstellwiderstand
RB mit einer negatives Potential führenden Sammelleitung 10 verbunden. Die beiden
Einstellglieder 11 bzw. 12 der Einstellwiderstände RA und RB sind miteinander über
ein Kuppelglied 13 verbunden. Ein Spannungsteiler 14 besteht aus drei Widerstandsabschnitten
15, 16 und 17 und ist ebenfalls zwischen die beiden Sammelleitungen 9 und 10 geschaltet.
Ein Mittelbereich 18 der Widerstandsbahn 7 ist durch zwei Anschlüsse 19 und 20 begrenzt.
Die Anschlüsse sind mit den Enden des mittleren Widerstandsabschnitta 16 des Spannungsteilers
14 verbunden. Die Widerstandsbahn 7 und die Widerstanabßchnitte 15, 16 und 17 sind
in Dickschichttechnik auf einer gemeinsamen Platte 21 ausgebildet. Der Abgriff 8
des Potentiometers ist mit einem Verstärker 22 verbunden, an dessen Ausgang die
Steuerspannung 5 zur Betätigung des Proportionalventila 1 abgenommen werden kann.
Der Verstellweg des Abgriffs 8 ist durch zwei Anschläge 23 und 24, welche Je eine
Endlage des Abgriffs definieren, begrenzt.
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In Fig. 2 ist die Kennlinie des Steuerspannungsgebers veranschaulicht,
nämlich Steuersptnnung s in Abhängigkeit vom Verstellwinkel o( des Abgriffs 8. Das
Koordinatenkreuz ist in den Symmetriepunkt der Kennlinie gelegt. Wenn die
Einstellwiderstände
RA und R3 ihren Kleinstwert haben, ergibt sich eine Kennlinie mit den Abschnitten
I, II und III. Wenn die Einstellwiderstände ihren Größtwert haben, verlagert sich
der Abschnitt I nach I' und der Abschnitt III nach III', Hierbei bleibt der Abschnitt
II im wesentlichen unverändert. Das bedeutet, daß bei allen Einstellungen der Einstellwiderstände
der Winkel b, der überschritten werden muß, damit die Neutralstellung B verlassen
wird, praktisch konstant bleibt. Bezüglich der Neutralstellung ändert sich daher
nichts. In den Arbeitsstellungen ändert sich jedoch die Neigung der Kennlinie. Der
Kleinstwert der Einstellwiderstände wird in der Endlage des Winkels M das Proportionalventil
100 %ig ausgesteuert. Beim Größtwert der Einstellwiderstände dagegen entspricht
der gleiche Verstellwinkel nur einer Teilverstellung des Ventils, so daß die größte
Durchflußmenge entsprechend beschränkt ist. In der Praxis läßt sich beispielsweise
ein bestimmtes Proportionalventil für maximale Durchflußwerte zwischen 30 und 90
1 pro Minute verwenden.
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Wie Fig. 3 zeigt, können auf einer gemeinsamen Platte auf drei benachbarten
Kreisen in Dickschichttechnik eine Kurzschlußbahn 25, die Widerstandsbahn 7 des
Potentiometers und eine den Spannungsteiler bildende Widerstandsbahn 26 ausgebildet
sein. Die Kurzschlußbahn 25 ist mit einer Anschlußstelle 27 verbunden. Die Enden
der Widerstandsbahn 7 sind mit Anschlußstellen 28 und 29 verbunden.
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Die Enden der Widerstandsbahn 26 sind mit den Anschlußstellen 30 und
31 verbunden. Eine solche Platte läßt sich mit sehr beinen Abmessungen, beispielsweise
in der Größe 25 mm x 19 mm herstellen.
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Sie kann daher ohne Schwierigkeiten in den Oberteil 32 eines Steuerhebels
33 eingebaut werden, wobei ein um eine
Achse 34 schwenkbarer Kopf
35 den Abgriff 8 betätigt.
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Dieser wird daher um die Schwenkachse 34 verschwenkt.
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Die Platte 21 steht in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse, Die
oberen Stirnkanten des Oberteils 32 dienen als Endanschläge 23 und 24 für die Verstellbewegung
des Abgriffs 8. Der Kopf 35 wird ferner durch nicht dargestellte Federn in seiner
Mittellage gehalten.
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Ein solcher Steuerhebel 33 ist seinerseits um eine Achse 36 sowie
um eine senkrecht dazu stehende Achse 37 schwenkbar, um zwei weitere Potentiometer
zu verstellen, die zu Steuerspannungsgebern zweier weiterer Ventile gehören.
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In machen Fällen ist es zweckmäßig, die EinstellwiderstAnde 11 und
12 Je für sich verstellen zu können, um den Abschnitten I und III unterschiedliche
Neigungen zu geben. Dies ist beispielsweise erwünscht, wenn über das Proportionalventil
1 ein Stellmotor mit Differenzkolben betätigt wird.
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Der Aufbau der Betätigungsvorrichtung 4 kann beliebig sein.
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Beispielsweise umfaßt sie einen Elektromagneten, der mit einem der
Steuerspannung 5 entsprechenden Strom beschickt wird, wobei auf den Schieber die
so erzeugte Magnetkraft und eine Rückstell-Federkraft wirkt. Die Betätigungsvorrichtung
kann auch ein Stellglied aufweisen, das in Abhängigkeit von der Regelabweichung
zwischen der als Sollwert dienenden Steuerspannung s und einem die Lage des Schiebers
kennzeichnenden Istwert, der beispielsweise durch ein Lage-Potentiometer erzeugt
wird, betätigt wird.
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