DE3224955C2

DE3224955C2 - Proportionalventil

Info

Publication number: DE3224955C2
Application number: DE19823224955
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr.-Ing. 8770 Lohr Kreth
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1982-07-03
Filing date: 1982-07-03
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3224955A1

Abstract

Ein Proportionaldrosselventil, das aus einem vorgesteuerten Zweiwege-Sitzventil besteht, wird um die Zusatzfunktionen "Last melden" und "Last halten" erweitert, wobei beide Funktionen in zum Steuerkolben führenden Steuerkanälen und am Steuerkolben vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Proportionalventil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Proportionalventile dienen zur Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit von Verbrauchern durch Querschnittsänderung des Flussigkeitsstroms. Sie ermöglichen also eine stufenlose Geschwindigkeitssteuerung, wobei der Steuerquerschnitt des Proportionalventils durch ein veränderliches Eingangssignal der Ansteuervorrichtung vorgegeben wird. Der durch den eingestellten Steuerquerschnitt fließende Flüssigkeitsstrom ist abhängig von der Druckdifferenz am Steuerquerschnitt und von der Größe des Steuerquerschnim, d. h. für jeden eingesteliten Steuerquerschnitt ergibt eine

ίο größere Druckdifferenz auch einen größeren Durchnuß.

Mit der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauweise des Proportionalventils sind wesentliche Vorteile verknüpft, nämlich ein einfacher und robuster Aufbau, ein gutes statisches und dynamisches Verhalten, sowie eine gute Linearität zwischen dem Eingangssignal und dem Volumenstromsignal und eine sehr geringe Hysterese. Ein solches Proportionalventil als 2-Wegeproportionaldrosselventil ist bekannt (DE-OS 30 12 044).

Die Verwendbarkeit solcher Proportionalventile kann nun ausgehend vom Stand der Technik durch zusätzliche Funktionen erweitert werden, insbesondere durch die Zusatzfunktionen »Last melden« und »Last halten«.

Mit der Zusatzfunktion »Last melden« soll erreicht werden, daß bei sich änderndem Lastdruck der Volumenstrom durch das Proportionalventil konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck muß lastdruckabhängig die Fördermenge geregelt werden. Dies kann entweder durch eine Verstellpumpe oder Druckwaage erfolgen. Hierzu muß der Lastdruck am Ablauf-Querschnitt des Proportionalventils abgegriffen werden, da abhängig von der sich bei Änderungen des Lastdruckes ändernden Druckdifferenz am Drosselquerschniit des Steuerventils die Fördermenge konstant geregelt werden soll. Ist nur ein über ein Proportionalventil an eine Druckquelle angeschlossener Verbraucher vorgesehen, so kann das lastabhängige Versteilsignal airekt von der das Proportionalventil mit dem Verbraucher verbindenden Leitung abgenommen werden. Sind jedoch mehrere Verbraucher über je ein Proportionalventil parallel zueinander an eine gemeinsame Druckquelle angeschlossen, so muß die Verstelleinrichtung zur Fördermengenregelung der Druckquelle jeweils auf den gerade zu betätigenden Verbraucher umgeschaltet werden.

Hieraus ergibt sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dahingehend, das Proportionalventil in einfacher Weise derart auszubilden, daß die Lastmeldefunktion mit einfachen Mitteln möglich ist.

Darüber hinaus soll das Proportionalventil auch die Zusatzfunktion »Last halten« erfüllen, also ein Öffnen des Proportionalventils vermieden werden, solange der Lastdruck höher als der von der Druckquelle gelieferte Druck ist. Andernfalls würde beim Öffnen des Ventils der Lastdruck abgesenkt, so daß sich beispielsweise eine unter Last stehende Kolbenstange absenken würde. Üblicherweise wird zum Lasthalten ein Rückschlagventil in der zur Last führenden Leitung vorgesehen, das jedoch zusätzliche Drosselverluste besitzt

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird also die Lastmeldung mit dem Steuerkolben durchgeführt, der in einfacher Weise durch eine weitere Steuerkante ergänzt wird. Somit läßt sich diese Zusatzfunktion durch eine sehr einfache Bauweise erreichen. Außerdem wird bei mehreren parallel

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geschalteten, von einer in der Fördermenge verstellbaren Druckquelle über je ein Proportionalventil angeschlossenen Verbrauchern der Förderstrom zu dem Verbraucher konstant geregelt, dessen Proportionalventil betätigt wird, ohne daß eine Umschaltung der Verstellvorrichtung auf den jeweiligen Verbraucher erforderlich wäre.

Vorteilhafte Ausführungen des Steuerkolbens sowie der zugehörigen Steuerkanäle sind im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 ist der Vorteil vermittelt, daß die Lastsignalöffnung bereits freigegeben wird, also der Lastdruck an die Verstellvorrichtung gemeldet wird, bevor der Sitzventilkolben betätigt wird. Solange der Magnet mit einem kleinen Strom erregt wird, sind die ausgeübten Kräfte gering und der Magnetanker führt einen Leerhub aus. Wird der Magnet mit höherem Steuerstrom erregt, so steigt die erzeugte Kraft und der Anker führt den Regelhub aus. Der Steuerkolben wirkt über eine Rückführfeder auf den Sitzventilkolben. Die Rückführung ist so ausgelegt, da3 im Leerhubbereich zunächst die Lastmeldeöffnung freigegeben wird, bevor der Regelhub und damit die Verstellung des Sitzventilkolbens einsetzt. Es wird also vor dem Öffnen des Proportionalventils die Verstellvorrichtung für die Druckmittelquelle bereits aktiviert. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß im nichtbetätigten Zustand des Magnetantriebs, also in der Ausgangslage des Steuerkolbens, die Lastmeldeöffnung vom Steuerkolben überdeckt ist, so daß die Leckölmenge durch die Lastmeldeöffnung verringert ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 lassen sich in einfacher Weise in die Steuerkanäle Rückschlagventile einsetzen, die die leckölfreie Lasthaltefunktion des Proportionalventils unter Umgehung von Drosselstellen J5 vermitteln. Die Rückschlagventile sind so geschaltet, daß der Steuerraum des Proportionalventils unabhängig vom Drosselquerschnitt 29 sicher mit dem Lastdruck beau' .chlagt ist und damit das Proportionalventil nicht öffnen und auch über die Vorsteuerung kein Rückströmen von Hand aus dem Lastdruck- in den Pumpendruckbereich stattfinden kann, solange der Pumpendruck geringer ist. Da die Rückschlagventile in den Steuerkanälen vorgesehen sind, entstehen keine Druckverluste in der zum Verbraucher führenden Leitung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Zweiwege-Proportionaldrosselventil mit Lastmelde- und Lasthalt^iunktion im Schnitt und

F i g. 2 einen Schaltplan des Ventils in Verbindung mit einer Verstellpumpe.

Das Ventil 1 gemäß Fig. 1 hat ein Gehäuse 2. einen Zulauf 3, einen Ablauf 4 sowie eine Bohrung 5. in der ein Sitzventilkolben G verschiebbar ist. Zwischen dem Ventilsitz 7 des Gehäuses 1 und dem Sitzventilkolben 6 ergibt sich also ein Steuerquerschnitt.

Ein erster Steuerkanal 8 ist über ein Rückschlagventil 9 und eine erste Drosselstelle 10 über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Zulauf 3 verbunden. Eine Abzweigung ί 1 des ersten Steuerkanals 8 mündet in einen bo Steuerraum 12. 1st der Zulaufdruck höher als der im Steuerraum 12 herrschende Druck, so öffnet das Rückschlagventil 9 und im Steuerraum herrscht der gleiche Druck wie im Zulauf 3.

Der SitzventilkolDen 6 ist über eine Feder 13 und V3 einen Federteller 14 am Gehäuse abgestützt. Das Gehäuse weist eine mit der Bohrung 5 fluchtende Bohrung 15 auf. in der ein Steuerkolben 16 verschiebbar geführt ist, dessen vordere Stirnseite über eine Ruckführfeder 28 auf den Sitzventilkolben 6 wirkt. Die Stirnseite des Steuerkolbens 16 ist vom Druck im Steuerraum 12 beaufschlagt.

Der Steuerkolben 16 weist zwei Steuerbunde 17 und 18 auf, die jeweils eine Steuerkante 19 und 20 besitzen. Die Steuerkante 19 bildet eine zweite Drosselstelle von veränderlichem Querschnitt für die Verbindung des Steuerraums 12 über eine Zweigleitung 21 des ersten Steuerkanals 8 in einen zweiten Steuerkanal 22, der mit der zum Verbraucher führenden Ablaufleitung 4 verbunden ist. Parallel zur Zweigleitung 21 und dem zweiten Steuerkanal 22 befindet sich ein weiteres Rückschlagventil 23. das öffnet, wenn der Druck in dem zweiten Steuerkanal 22 größer als in der Zweigleitung 21 und damit im Steuerraum 12 ist.

Eine Lastmeldeöffnung 24 im Ventilgehäuse ist im Bereich des zweiten Steuerbundes 18 des Steuerkoibens 16 angeordnet, deren Durchlaßqnerschnitt von der Steuerkante 20 eingestellt wird.

Der Steuerkolben 16 wird vom Ank^r 26 eines Magnetantriebes 27 betätigt.

In F i g. 2 ist das Ventil in Verbindung mit einer Verstellpumpe 32 dargestellt, die über den Zulauf 3 und den von dtffi Sitzventilkolben 6 eingestellten Steuerquerschnitt den Volumenstrom zum Ablauf 4 und der nicht dargestellten Last regelt. Der Steuerraum 12 ist an den mit dem Zulauf 3 verbundenen ersten Steuerkanal 8 über das Rückschlagventil 9 und die erste Drosselstelle 10 angeschlossen. Ferner ist der Steuerraum 12 über die zweite Drosselstelle 29 (entspricht Steuerbund 17 mit Steuerkante 19 in Fig. 1) mit dem mit dem Ablauf 4 verbundenen zweiten Steuerkanai 22 verbunden. Parallel zur zweiten Drosselstelle liegt das Rückschlagventil 23. In F i g. 2 ist die Lastmeldeöffnung 24 zusammen mit der Steuerkante 20 des Steuerkolbens 16 als Zweiwegeventil 30 dargestellt, das entweder geschlossen ist oder den im zweiten Steuerkanal 22 herrschenden Lastdruck über die Lastmeldeleitung 31 zur Verstelleinrichtung 33 der Pumpe 32 führt, mit der der Differenzdruck an der Ventilsteuerkante konstant gehalten wird. In Fig. 2 ist der Steuerkolben lediglich seiner Funktion nach dargestellt. Wirkt auf die Feder 28 eine Magnetk;aft M von Seiten des Ankers 26, so öffnet entsprechend die Drosselstelle 29 und öffnet das Zweiwegeventil 30.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Ventils ist wie folgt:

Solange die durch den Magnetantrieb 27 auf den Steuerkolben 16 ausgeübte Kraft kleiner ist als die zum Verschieben des Sttuerkolbens erforderliche Kraft, hält die Rückführfeder 28 den Steuerquerschnitt der Drcsselstelle 17, 19 geschlossen, der Druck im Zulauf 3 ist gleich dem Druck im Steuerraum 12. Die Federn 13 und 28 halten den Siizventilkolben 6 auf den Ventilsitz 7 gedrückt.

in F i g. 1 ist der Steuerkolben 16 in der Lage gezeigt, in der der Magnetanker 26 bereits den Leerhub zurückgelegt hat und da^.it die Steuerkante 20 die Lastmeldeöffnung 24 freigegeben hat. so daß der Druck in dem zweiten Steuerkanai 22 und damit der Lastdruck an die Verstellvorrichtung 33 der Pumpe geführt wird. In dieser Lage des Steuerkolbens ist aber der Steuerquer- ^chnitt 17, 19 noch geschlossen.

Wird nun der MLjrnetantricb 27 mit einem größeren Eingangssignal beaufschlagt, so führt der Steuerkolben 16 den Regelhub aus und verschiebt sich gegen den Druck der Rückführfeder 28. so daß von der Steuerkante 19 ein Steuerquerschnitt geöffnet wird, der einen

Steuerölstrcm vom Steuerraum 12 über die Zweigleitungen 11 und 21 sowie den /weiten Steuerkanal 22 zum Ablauf 4 zur Folge hat. Die Druckabsenkung im Steuerraum 12 führt dazu, daß der Sitzventilkolben 6 vom Ventilsitz 7 abhebt, so daß sich ein Volumenstrom vom > Zulauf zum Ablauf 4 und zum Verbraucher einstellt. Es ergibt sich schließlich am Steuerkolben ein Kraftabgleich, wodurch sich ein bestimmter Öffnungshub des Sitzventilkolbens 6 einstellt, der der durch den Anker 26 des Magnetantriebes 27 auf den Steuerkolben ausgeübten Kraft proportional ist.

Das Rückschlagventil 9 sperrt den Steuerkanal 8 in Richtung auf den Zulauf 3 ab. so daß der im Steuerraum 12 von der Lastseite her über den zweiten Steuerkanal 22 aufgebrachte Druck im Steuerraum aufrechterhalten ι > bleibt und ein Öffnen des Sitzventilkolbens 6 verhindert, wenn der von der Pumpe 30 gelieferte Druck im Zulauf 3 kleiner ist als der Druck im Steuerraum 12, a'.ich wenn der Magnetantrieb 27 im Öffnungssinn betätigt wird. Auf diese Weise wird eine ungewünschte Betätigung der Last vermieden. Das Rückschlagventil 23 öffnet in Richtung von der Lastseite auf den Steuerraum 12, so daß auch bei geschlossener Drosselstelle der Steuerraum 12 mit dem auf der Lastseite herrschenden Druck beaufschlagt wird. Wie bereits erwähnt, ist in F i g. 1 der >5 Steuerkolben 16 in der Lage gezeigt, in der der Leerhub des Magnetankers 16 beendet ist und der Regelhub beginnt. In der nicht betätigten Lage des Magnetantriebes ist somit der Steuerkolben 16 so weit nach oben geschoben, daß die Lastmeldeöffnung 24 nicht nur von der Steuerkante 20 verschlossen, sondern über eine verhältnismäßig große Länge überdeckt ist. so daß bei Nichlbetätigung ein Leckölstrom weitgehend vermieden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Proportionalventil, bestehend aus einem über eine Feder am Ventilgehäuse abgestützten Sitzventilkolben zur Einstellung des Steuerquerschnitts von einem mit einer Dmckmittelquelle verbundenen Zulauf und einem mit einem Verbraucher verbundenen Ablauf, einem mit dem Sitzventilkolben fluchtend angeordneten Steuerkolben, einem zwischen Sitzventilkolben und Steuerkolben liegenden Steuerraum, der über eine erste Drosselstelle mit dem Zulauf und über eine zweite, von dem Steuerkolben gesteuerte Drosselstelle mit dem Ablauf verbunden ist und mit einer Ansteuervorrichtung, die mit einer einem Eingangssignal proportionalen Kraft auf den über eine Rückführfeder am Sitzventilkolben abgestützten Steuerkolben wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (16) eine zusätzliche Steuerkante (20) aufweist, die mit einem den Ablauf (4) mit einer Einrichtung zur Fördermengenregelung (33) der Druckmittelquelle (32) verbindenden Lastmeldeöffnung (24) im Ventilgehäuse zusammenwirkt.

2. Proportionalventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (16) zwei Bunde (17, 18) aufweist, wobei die Steuerkante (19) des ersten Bundes den Drosselquerschnitt zwischen einem mit dem Zulauf (3) verbundenen ersten Steuerkanal (8) und einem mit dem Ablauf (4) verbundenen zweiten Meuerkanal (22) und die Steuerkante (20) des zweiten Bunde.·, den Dr-vsselquerschnitt zwischen einem zweite« Stecerkanal (22) und der Lastmeldeöffnung (24) einstellt.

3. Proportionalventil nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Magnetantrieb als Ansteuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in der nichtbetätigten Lage des Magnetankers (26) eine Oberdeckung zwischen der zusätzlichen Steuerkante (20) und der Lastmeldeöffnung (24) vorgesehen ist, die dem Leerhub des Magnetankers entspricht, und daß nach Durchführen des Leerhubes und Beginn des Regelhubes zum Abheben des Sitzventilkolbens (6) die Lastmeldeöffnung (24) von der zusätzlichen Steuerkante (20) teilweise freigegeben ist.

4. Proportionaiventi! nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Steuerkanal (8) ein vom Zulauf zum Steuerraum (12) öffnendes erstes Rückschlagventil (9) und parallel zu der zweiten Drosselstelle (17,19) ein vom Ablauf (4) zum Steuerraum (12) öffnendes zweites Rückschlagventil (23) vorgesehen ist.

5. Proportionalventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rückschlagventile (?, 23) als Wechselventil ausgebildet sind, wobei zwischen den beiden den Zulauf (3) bzw. den Ablauf (4) vom Steuerraum (12) absperrenden Endlagen eine zum Steuerraum (12) führende öffnung vorgesehen ist.