DE3523567A1

DE3523567A1 - Ausgleichsventil

Info

Publication number: DE3523567A1
Application number: DE19853523567
Authority: DE
Inventors: Maurice Saint Etienne Loire Tardy
Original assignee: Bennes Marrel SA
Current assignee: Bennes Marrel SA
Priority date: 1984-07-03
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1986-01-16
Also published as: JPS6182010A; FR2567233B1; GB2163529B; FR2567233A1; GB2163529A; US4649951A; IT8521371A0; DK299885D0; IT1185152B; DK299885A; GB8516891D0

Description

.3- 3573567

Patentanwälte
Dipl.-Ing. Werner Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. Bernd Jochem

Staufenstraße 36 6000 Frankfurt am Main

Anm.: Bennes Marrel

Zone Industrielle Sud
Andrezieux Boutheon
Loire
France

Titel: Ausgleichsventil

Die Erfindung betrifft ein einem hydraulischen Steuerventil vorgeschaltetes Ausgleichsventil zur Gegendruckkompensation, bestehend aus einem Ventilkolben, der in einer Bohrung mit Steuernuten des Ventilgehäuses axial verschieblich ist.

Ein Steuerventil der hier in Frage kommenden Art ist z. B. in der deutschen Patentanmeldung P 35 13 582.4 beschrieben. Es kann z. B. zur Steuerung von Hydraulikmotoren oder Kraftzylindern dienen und hat einen Ventilkolben, der zwischen mehreren Steuerstellungen in einer Ventilbohrung axial verschieblich ist» Das genannte Steuerventil arbeitet proportional, d. h. man erhält bei einer bestimmten Stellung des Ventilkolbens jeweils einen konstanten Auslaß, unabhängig von der momentanen Belastung des Verbrauchers_;, sei es ein Hydraulikmotor,, Kraftzylinder od. dgl» Zur Kompensation des lastabhängigen Gegen--

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drucks ist dem genannten Steuerventil ein Ausgleichsventil der eingangs bezeichneten Art vorgeschaltet.

Im praktischen Gebrauch der Ventilanordnung wurde festgestellt, daß auch dann, wenn die Stellung des Ventilkolbens des Ausgleichsventils in jedem Moment durch die auf seine Endflächen wirkenden Drücke und eine Rückstellfeder genau bestimmt ist, dennoch bei dynamischer Funktion Nebeneffekte auftreten, welche die Stabilität der Regelung stören. Die Nebeneffekte beruhen im wesentlichen auf hydrodynamischen Kräften, die mit dem momentanen Durchfluß zusammenhängen und sich auf das Ausgleichsventil mit einer Intensität auswirken, die proportional ist der Veränderung der Häufigkeit der Bewegung zwischen Einlaß und Auslaß der Strömung im Inneren des Kolbens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den geschilderten Mangel zu vermeiden, indem ein selbsttätig funktionierendes Hilfssystem geschaffen wird, das eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete hydrodynamische Wirkung erzeugt, so daß diese insgesamt keinen störenden Einfluß auf die momentane Gleichgewichtslage des federbelasteten Kolbens des Ausgleichsventils hat.

Zur Lösung der Erfindungsaufgabe wird vorgeschlagen, daß der Ventilkolben des Ausgleichsventils hohl und mit radialen Steueröffnungen versehen ist, über die sein innerer Hohlraum an die Steuernuten im Gehäuse anschließbar ist und dieser Hohlraum am einen Ende in einer am Ventilkolben ausgebildeten Sitzfläche mündet, gegen die ein Schließkolben unter der Wirkung einer Feder andrückbar ist und die von einer Hilfskammer im Gehäuse umgeben ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umgibt die Hilfskammer das vordere Ende des Schließkolbens, dessen mittlerer Bereich mit dichter Passung in einer Gehäusebohrung gleitet und dessen hinteres Ende von einer Kammer umgeben ist, welche ständig mit dem Auslaßdruck des Steuerventils beaufschlagt ist«

OWGiNAL INSPECTED

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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die eine Steuernut mit dem Einlaßdruck beaufschlagt und über eine Drosselstelle mit der Hilfskammer verbunden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht eines

bekannten Steuerventils mit vorgeschaltetem Ausgleichsventil;

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der

Qualität der Regelung der Auslaßmenge in Abhängigkeit.der veränderlichen hydrodynamischen Kräfte bei einem Steuerventil nach Fig. 1;'

Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein erfindungs

gemäß verbessertes Ausgleichsventil für eine Ventilanordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist das in der erwähnten Patentanmeldung P 35 13 582.4 im einzelnen beschriebene Steuerventil dargestellt. Es wird hinsichtlich der Details auf diese ältere Anmeldung Bezug genommen. Im wesentlichen besteht das Steuerventil aus einem Ventilgehäuse bzw. Stator 1, in welchem ein Hauptventilkolben 3 axial verschieblich geführt ist, um je nach seiner jeweiligen axialen Stellung bestimmte Steuernuten, die jeweils mit bestimmten Ein- oder Auslässen kommunizieren, über einen bestimmten Durchlaßquerschnitt miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Wie die Zeichnung zeigt, kommuniziert eine Steuernut 35 mit einem ersten zu einem Verbraucher führenden Auslaßkanal 13, während daneben eine Steuernut 36 mit dem Rücklauf des hydraulischen Systems verbunden ist„ Auf der anderen Seite kommuniziert eine Steuernut 38 mit einem zweiten zu demselben oder einem anderen Verbraucher - gezeigt ist in diesem Fall

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ein Kraftzylinder mit zwei Anschlüssen - führenden Auslaßkanal 14. Daneben ist eine Steuernut 37 wiederum mit dem Rücklauf verbunden .

Eine Ringkammer 27 umgibt den mittleren Bereich des Hauptkolbens 3. Zwei weitere Ringkammern 42 und 45 im Gehäuse, die sich nahe den Enden des Hauptkolbens 3 befinden, sind durch einen Kanal 46 miteinander verbunden, der mit dem Verbraucherdruck beaufschlagt ist. Dieser Kanal 46 ist ständig an eine Kammer 18 angeschlossen, welche mit der Endfläche des axial verschieblichen Kolbens 16 eines Ausgleichsventils in Verbindung steht, auf die ständig eine Rückstellfeder 17 wirkt.

Die Praxis hat nun gezeigt, daß bei dynamischem Betrieb, d.h. in den Übergangsphasen, während denen sich der Kolben 16 des Ausgleichsventils bewegt, seine Bewegung durch eine hydrodynamische Mitnahmekraft beeinflußt wird, welche die Qualität der Regelung der Ventilanordnung stört. Wenn man in einem Diagramm nach · Fig. 2 die Veränderungen der hydraulischen Durchflußmenge Q als Funktion der Druckdifferenz (Pe - Pu) aufträgt, wobei Pe den Einlaßdruck und und Pu den Druck vor einer Drosselstelle am Querschnitt des Kolbens bedeuten, sieht man, daß das Volumen Q, anstatt konstant zu bleiben, sich in dem Maße verringert, wie die Druckdifferenz (Pe - Pu) zunimmt.

Um die geschilderte Erscheinung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, das Ausgleichsventil gemäß Fig. 1 mit seinem Kolben' 16 zu ersetzen durch ein Ausgleichsventil nach Fig. 3, bei dem die Wirkungen der hydrodynamischen Kräfte automatisch kompensiert und dadurch mit ihrem störenden Einfluß beseitigt werden.

Das Ausgleichsventil nach Fig. 3 hat einen hohlen Kolben 1o1, der im Gehäuse 1 relativ zu einer Steuernut 1o2 (in welcher der Einlaßdruck Pe herrscht) und einer Steuernut 1o3 (in welcher der nachstehend mit Pu bezeichnete Druck herrscht, der sich vor der Drosselstelle 1o4 des Steuerventils ergibt, welche den Verbrauchsdruck bestimmt) axial verschieblich ist. Radiale

Bohrungen 1o5 und 1o6 erstrecken sich durch die Umfangswand des Hohlkolbens 1o1 und münden in seinem inneren Hohlraum 1o7. An seinem einen Ende ist der Hohlkolben 1o1 mit einem konischen Sitz 1o8 ausgebildet, gegen den das vordere Ende eines axial verschieblichen Schließkolbens 1o9 zur Anlage kommt, welcher durch eine Druckfeder 11o gegen den Sitz 1o8 gedrückt wird. Die Feder 11o stützt sich an einem fest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Stopfen 111 oder einer Stellschraube ab.

Am vorderen Ende des Schließkolbens 1o9, nahe dem Sitz 1o8, ist der Hohlkolben 1o1 des Ausgleichsventils von einer Hilfskammer 112 umgeben, in welcher ein Druck Pas herrscht. Die Hilfskammer 112 steht mit der Steuernut 1o2 über eine Drosselstelle 113 in Verbindung. Der sich in Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle 113 einstellende Druck Pas kann daher von dem Druck Pe, der in der Steuernut 1o2 herrscht, abweichen.

Die Funktionsweise ist wie folgt:

Während sich der Hohlkolben 1o1 des Ausgleichsventils relativ zu den Steuernuten 1o2, 1o3 im Gehäuse 1 verschiebt, kann Druckfluid durch seinen inneren Hohlraum 1o7 in Pfeilrichtung zu der Drosselstelle 1o4 strömen, die den Auslaß des Hauptventils steuert. Der Schließkolben 1o9 stützt sich an seinem Außendurchmesser an der Schrägfläche des Sitzes 1o8 im Hohlkolben 1o1 ab. Der Schließkolben 1o9 wird dabei durch die Feder 11o gegen den Hohlkolben 1o1 gedrückt. Die Hilfskammer-

112 wird von der Steuernut 1o2 aus- entsprechend dem dort herrschenden Druck, über die Drosselstelle oder Drosseldüse

113 mit Druck beaufschlagt.

Wenn sich der Schließkolben 1o9 am Hohlkolben 1o1 des Ausgleichsventils abstützt, unterbricht er die Verbindung zwischen der Hilfskammer 112 und der Steuernut 1o3„ wo ebenso wie im inneren Hohlraum 1o7 des Hohlkolbens 1o1 der Druck Pu herrscht- Der Druck in der Hilfskammer 112 kann daher zum Druck Pe in der Steuernut 1o2 hin ansteigen, aber dieser Anstieg wird begrenzt,

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wenn der auf den ringförmigen Querschnitt zwischen dem Hohlkolben 1o1 und dem Schließkolben 1o9 wirkende Druck eine Kraft erzeugt, die der hydrodynamischen Mitnahmekraft gleich, aber entgegengesetzt gerichtet ist. Somit ist der Hilfsdruck eine Funktion der Mitnahmewirkung durch die hydrodynamische Kraft. Der Automatismus der Funktion wird durch die Gesetze erhalten, die das Gleichgewicht des Schließkolbens 1o9 und des Hohlkolbens 1o1 regieren. Dabei wird die Stellung des Schließkolbens 1o9 bestimmt durch die Druckdifferenz Pu - Pui.

Wenn diese Druckdifferenz ansteigt, verschiebt sich der Kolben 1o9, indem er die Feder 11o zusammendrückt; der Hohlkolben 1o1 folgt dem Schließkolben 1o9 und verengt die Verbindung zwischen den Steuernuten 1o2 und 1o3. Die Verschiebung des Hohlkolbens 1o1 führt zu einer Verringerung des Drucks in der Steuernut 1o3, so daß der Schließkolben 1o9 eine neue Gleichgewichtsstellung einnimmt.

Wenn sich die Druckdifferenz (Pu - Pul) verringert, wird der Hohlkolben 1o1 durch die auf den Schließkolben 1o9 wirkende Feder 11o verschoben und vergrößert die Verbindung zwischen den Steuernuten 1o2 und 1o3. Dies führt zu einem Anstieg des Drucks Pu, bis der Schließkolben 1o9 wieder eine Gleichgewichtsstellung findet.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal des neuen Ausgleichsventils ist das hintere Ende des Schließkolbens 1o9 sowie die Feder 11o von einer Kammer 114 umgeben, die ein Kanal 115 ständig mit dem hydraulischen System in Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle 1o4 verbindet, wo der erwähnte Druck Pui herrscht.

Claims

/. 3 ο δ , Patentansprüche

1. Einem hydraulischen Steuerventil vorgeschaltetes Ausgleichsventil zur Gegendruckkompensation, bestehend aus einem Ventilkolben, der in einer Bohrung mit Steuernuten des Ventilgehäuses verschieblich ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilkolben (1o1) hohl und mit radialen Steueröffnungen (1o5, 1o6) versehen ist, über die. sein innerer Hohlraum (1o7) an die Steuernuten (1o2, 1o3) im Gehäuse anschließbar ist, und dieser am einen Ende in einer am Ventilkolben (1o1) ausgebildeten Sitzfläche (1o8) mündet, gegen die ein Schließkolben (1o9) unter der Wirkung einer Feder (11o) andrückbar ist und die von einer Hilfskammer (112) im Gehäuse umgeben ist.

2. Ausgleichsventil nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfskammer (112) das vordere Ende des Schließkolbens (1o9) umgibt, dessen mittlerer Bereich mit dichter Passung in einer Gehäusebohrung gleitet und dessen hinteres Ende von einer Kammer (114) umgeben ist, welche ständig mit dem Auslaßdruck des Steuerventils (1, 3) beaufschlagt ist.

3. Ausgleichsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Steuernut (1o2) mit dem Einlaßdruck (Pe) beaufschlagt und über eine Drosselstelle (113) mit der Hilfskammer (112) verbunden ist.

4» Ausgleichsventil nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß die Drosselstelle (113) eine Drosseldüse ist.

5„ Ausgleichsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche„ dadurch gekennzeichnet, daß die das hintere Ende des Schließkolbens (1o9) umgebende Kammer

ι.

(114) über eine Verbindung (115) ständig an eine hydraulische Leitung hinter einer einen Verbraucheranschluß steuernden Drosselstelle (1o4) angeschlossen ist.