DE3532591A1 - Hydraulische vorrichtung, insbesondere 2-wege-proportionaldrosselventil - Google Patents

Description

Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf eine hydrau­ lische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Drosselven­ til mit verbesserter Steuerölzufuhr.

2-Wege-Proportionaldrosselventile sind bereits bekannt. Sol­ che Ventile verwenden im allgemeinen ein Hauptventil sowie ein Vorsteuerventil. Ein Proportionalmagnet steht dabei im allge­ meinen mit dem Vorsteuerventil und ein Weggeber steht mit dem Hauptventil in Verbindung.

In der Druckschrift RW 29 203/4.83 der Fa. Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr am Main, Bundesrepublik Deutschland, ist bereits ein 2-Wege-Proportionaldrosselventil beschrieben, welches bei bestimmten Betriebsbedingungen Instabilitäten zeigt. Dieses bekannte Ventil, welches weiter unten noch näher erläutert wird, verwendet bei sämtlichen Betriebsbedingungen die soge­ nannte Zweikantensteuerung. Eine Zweikantensteuerung hat im allgemeinen den Vorteil, daß hohen Anforderungen hinsichtlich der Dynamik Rechnung getragen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 2-Wege-Proportionaldrosselventil der Art gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß Instabilitäten des Ven­ tilbetriebs vermieden werden. Weiterhin bezweckt die Erfindung ein 2-Wege-Proportionaldrosselventil bzw. das Hauptventil der­ art auszubilden, daß bei hohen Anforderungen hinsichtlich der Dynamik ein automatischer Übergang des Betriebs von der Ein­ kantensteuerung auf die Zweikantensteuerung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete 2-Wege-Proportionaldros­ selventil bzw. das Hauptventil dieses 2-Wege-Proportionaldros­ selventils ist derart ausgebildet, daß dann, wenn die bei Nor­ malbetrieb vorhandenen Steuerölzuführmittel verstopfen, noch immer hilfsweise der Betrieb mit der Zweikantensteuerung fort­ gesetzt werden kann.

Im folgenden wird immer auf Öl als das Druckmedium Bezug ge­ nommen. Obwohl Öl bevorzugt wird, so kann das erfindungsge­ mäße Ventil aber auch bei anderen Druckmedien eingesetzt wer­ den.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung erge­ ben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines be­ kannten 2-Wege-Proportionaldrosselventils;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines er­ findungsgemäßen 2-Wege-Proportionaldrosselventils.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes 2-Wege-Proportionaldrosselventil 100, welches als eine Blende verwendet werden kann, deren Öff­ nungshub mit einem elektrischen Sollwert vorgegeben wird.

Das 2-Wege-Proportionaldrosselventil 100 weist im wesentlichen ein Hauptventil 9 in der Form eines 1-Kantendrosselventils, ein Vorsteuerventil 5, einen Weggeber 4, sowie einen Proportio­ nalmagnet 6 auf.

Im einzelnen ist in einem Deckel 1 eine Buchse 2 des Hauptven­ tils 9 eingeschraubt. In der Buchse 2 ist ein Hauptkolben 3 hin- und herbewegbar angeordnet und wird durch eine Feder 13 in seine Schließstellung gedrückt. Ferner ist im Deckel 1 der Weggeber 4, sowie das Vorsteuerventil 5 einschließlich des Proportionalmagneten 6 eingeschraubt.

Die Durchflußrichtung ist von A nach B oder B nach A. Die Büchse 2 weist dementsprechend eine Pumpenanschlußöffnung 22 und Verbraucher­ anschlußbohrungen 20 auf. Der Steuerölanschluß X ist mit dem Anschluß A zu verbinden und steht mit einem Steuerölkanal 14 im Deckel 1 in Verbindung. Der Steuerölablauf Y steht mit ei­ nem im Deckel 1 ausgebildeten Tankanschlußkanal 19 in Verbin­ dung und soll möglichst drucklos zum nicht gezeigten Tank ge­ führt werden.

In einem Verstärker 7 wird ein Vergleich von Sollwert (ex­ ternes Signal) und Istwert (Rückführung des Weggebersignals) durchgeführt. Entsprechend dem Differenzwert wird der Pro­ portionalmagnet 6 mit einem Strom angesteuert. Der Propor­ tionalmagnet 6 und das Vorsteuerventil 5 formen das elektrische Stellsignal in einen Weg des Vorsteuerventils 5 um, welches nach dem Prinzip der Zweikantensteuerung arbeitet. In einem Federraum 8 des Hauptventils 9 stellt sich dann der Druck so ein, daß der federbelastete Hauptkolben 3 in eine Lage ent­ sprechend der Sollwertvorgabe einfährt. Bei Stromausfall, bzw. bei Kabelbruch schließt die Blende selbsttätig (Sicherheits­ schaltung).

Die Komponenten des Lageregelkreises sind so aufeinander ab­ gestimmt, daß der Sollwert und der Hub des Hauptkolbens 3 ein­ ander direkt proportional sind. Folglich ist für eine konstante Druckdifferenz an der Blende der Volumenstrom von A nach B nur von einem Kolbenhub und der Fenstergeometrie 10 abhängig.

Im einzelnen weist das Vorsteuerventil 5 einen Vorsteuerkolben 18 auf, der durch den Proportionalmagneten 6 einstellbar ist. Die Steuerölzufuhr erfolgt über den bereits erwähnten Steuer­ ölkanal 14 und von dort über einen nicht näher dargestellten Kanal zum Kolbenaufnahmeraum 16 des Vorsteuerventils. Der Vorsteuerkolben 18 sieht eine Zweikantensteuerung vor und lei­ tet je nach seiner Stellung mehr oder weniger Steueröl über einen Steuerölkanal 17 im Deckel 1 dem bereits erwähnten Feder­ raum 8 zu.

Der Haupt- oder Steuerkolben 3 ist an seinem im Federraum 8 liegendem Ende mit einer Stange 12 des Weggebers 4 verbunden. Die Stange 12 verläuft auf der Längsachse 25 des Hauptkolbens 3. Eine Querbohrung 24 ist im Hauptkolben 3 im Bereich des Endes der Stange 12 vorgesehen, um den Einbau und die Befesti­ gung der Stange 12 am Hauptkolben 3 zu erleichtern.

Das 2-Wege-Proportionaldrosselventil 100 gemäß Fig. 1 arbeitet im allgemeinen ganz ausgezeichnet. Bei bestimmten Betriebszu­ ständen des mit dem 2-Wege-Proportionaldrosselventil 100 ver­ bundenen hydraulischen Systems treten allerdings Instabilitäten auf, die einen einwandfreien Betrieb gefährden.

Fig. 2 zeigt ein gemäß der Erfindung ausgebildetes 2-Wege- Proportionaldrosselventil 101, welches in gewisser Beziehung mit dem bekannten Ventil 100 übereinstimmt, so daß insoweit gleiche Bezugszeichen in Fig. 1 und Fig. 2 verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Ventil 101 gemäß Fig. 2 weist im wesent­ lichen wiederum wie auch das Ventil 100 gemäß Fig. 1 ein Vor­ steuerventil 30 zusammen mit dem Proportionalmagneten 6 und einen Weggeber 4 auf, wobei diese Bauteile in einem Deckel 1 angeordnet sind. Das Ventil 101 weist ferner ein Hauptventil 90 auf, welches sich von dem Hauptventil 9 gemäß Fig. 1 in der noch zu beschreibenden Art und Weise unterscheidet. Ob­ wohl das Vorsteuerventil 30 gemäß Fig. 2 baulich mit dem Vor­ steuerventil 5 gemäß Fig. 1 übereinstimmt, sei bereits hier darauf hingewiesen, daß die Zufuhr des Steueröls normalerwei­ se bei dem erfindungsgemäßen Ventil 101 durch den Steuerölka­ nal 17 erfolgt. Ferner ist zu bemerken, daß in Fig. 2 das Vor­ steuerventil in einer anderen Ansicht dargestellt ist, die die Erläuterung der Erfindung erleichtert.

Von wesentlicher Bedeutung ist, daß das erfindungsgemäße Haupt­ ventil 90 Steuerölkanalmittel aufweist, die die Pumpenseite des Hauptkolbens 3 mit dessen Federraumseite verbinden. Ferner sind die durch das Vorsteuerventil 30 vorgegebenen Steuerkan­ tenmittel eine Einkantensteuerung. Vorzugsweise sind die durch das Vorsteuerventil 30 vorgesehen Steuerkantenmittel im Nor­ malbetrieb durch eine Einkantensteuerung gebildet, hilfsweise aber durch eine Zweikantensteuerung.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird das pumpenseitige Ende des Hauptkolbens 3 durch Verbindungsmittel mit dem Feder­ raum 8 verbunden. Die Verbindungsmittel weisen eine Längsbohrung 40 auf, die im Bereich des Federraums 8 mit einer (oder meh­ reren) Querbohrungen 41 verbunden ist. Die Längsbohrung 40 verläuft vorzugsweise entlang der Längsachse 25.

Es wäre auch denkbar, die Verbindungsmittel ganz oder teilweise durch die Wand der Buchse 2 zu führen. Bevorzugt wird aber die Anordnung der Verbindungsmittel im Hauptkolben 3. Der Fe­ derraum 8 steht nun seinerseits über den bereits erwähnten Steuerölkanal 17 mit dem Vorsteuerventil 30 in Verbindung um so Steueröl an eine Ringsuasnehmung 48 zu liefern. Von der Ringausnehmung 48 kann das Steueröl über Querbohrungen 34 in eine Ringausnehmung 33 im Vorsteuerkolben 35 fließen. Im Nor­ malbetrieb wird dann je nach dem vorgegebenen elektrischen Sollwert über eine Einkantensteuerung, gebildet durch erste Steuerkanten 51, mehr oder weniger Steueröl über die Quer­ bohrungen 31 zum Tank abgeleitet. Im Normalbetrieb des Ven­ tils 101 bleiben die zweiten Steuerkanten 52 außerhalb ihres Steuerbereichs, werden also nicht benötigt. Im Normalbetrieb erfolgt also die gesamte Steuerölzufuhr vom Pumpenanschluß 22 aus über Längsbohrung 40, Querbohrung 41, den Federraum 8 und den Steuerölkanal 17 zur Ringsausnehmung 48.

Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß sozusagen aus Gründen der Sicherheit die in Fig. 1 gezeigten Steuerölzu­ führmittel bereitgehalten werden. D.h. auch beim Ventil 101 liegt Steueröl am Steuerölkanal 14 und wird von dort über einen nicht gezeigten Kanal zu einer Ringausnehmung 37 ge­ leitet. Querbohrungen 32 verbinden die Ausnehmung 37 mit der Innenoberfläche 49 der Büchse des Vorsteuerventils 30. Im Nor­ malbetrieb steht der von der Ringausnehmung 33 gebildete Steuer­ ölraum 47 nicht mit den Querbohrungen 32 in Verbindung, so daß auch kein Steueröl zugeführt wird. Sollte aber beispielsweise eine Verstopfung der Steuerölzufuhr über den Hauptkolben 3 auf­ treten, so wird automatisch durch den Weggeber 4 und das Pro­ portionalventil 6 eine Betätigung des Vorsteuerventils 30 in der Weise bewirkt, daß Steueröl über die Querbohrungen 32 in den Steuerölraum 47 gelangt, worauf dann der Betrieb nach den Regeln der Zweikantensteuerung wie bei Ventil 100 gemäß Fig. 1 weitergehen würde.

In den Steuerölkanalmitteln, die die Pumpenseite des Hauptkol­ bens 3 mit dessen Federraumseite verbinden, ist vorzugsweise eine Düse 54 vorgesehen. Vorzugsweise sitzt eine Düse 54 am pumpenseitigen Ende der Längsbohrung 40. An sich kann die Düse aber irgendwo im Hauptkolben zwischen dessen Pumpenraumseite und dessen Federraumseite sitzen. Beispielsweise könnte die Düse auch durch die Querbohrung 41 (oder wenn mehrere Quer­ bohrungen vorhanden sind durch die Querbohrungen) gebildet sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Längsbohrung 40 und eine Querbohrung 41 zur Verbindung von Pumpenraum­ seite und Federraumseite des Hauptkolbens 3 vorgesehen. Es könnte auch eine einzige schräge Bohrung im Hauptkolben die gewünschte Verbindung herstellen. Auch wäre es denkbar, die ohnehin vorhandene Querbohrung 24 mit auszunutzen.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Steuerölzufuhr über den Hauptkolben 3 ist außerordentlich kostengünstig in der Herstellung. Ferner wird dadurch ermöglicht, daß die an sich bekannte Steuerölzufuhr über den Deckel 1 und über die Zweikantensteuerung 52 ohne weiteres beibehalten werden kann.

Obwohl sich die vorliegende Beschreibung insbesondere auf ein 2-Wege-Proportionaldrosselventil bezieht, so erstreckt sich doch die Erfindung ganz allgemein auf eine hydraulische Vor­ richtung zur Erzeugung eines Steuerdrucks für ein lagegere­ geltes hydraulisch beaufschlagtes Stellglied 3, wobei ein in Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Differenz des Lageregel­ kreises (4, 6, 7) verstellbarer Steuerkolben 18 den einen hydraulisch beaufschlagten Steuerraum 42 des Stellglieds mit dem Tank 19 oder mit einer Druckmittelquelle X verbindet, wo­ bei insbesondere vorgesehen ist, daß der eine hydraulisch be­ aufschlagte Steuerraum 42 eine dauernde Verbindung mit einer Steuerdruckmittelquelle aufweist, die eine begrenzte Steuer­ öldruckmittelmenge liefert.

Claims (11)

1. Hydraulische Vorrichtung zur Erzeugung eines Steuerdruckes für ein lagegeregeltes hydraulisch beaufschlagtes Stellglied (3), wobei ein in Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Differenz des Lageregelkreises (4, 6, 7) verstellbarer Steuerkolben (18) den einen hydraulisch beaufschlagten Steuerraum (42) des Stell­ gliedes mit dem Tank (19) oder mit einer Druckmittelquelle (X) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der eine hydraulisch beaufschlagte Steuerraum (42) eine dauernde Verbindung mit ei­ ner Steuerdruckmittelquelle aufweist, die eine begrenzte Steueröldruckmittelmenge liefert.

2. 2-Wege-Proportionaldrosselventil (101) mit einem einen Hauptkolben (3) aufweisenden 2-Wegeventil (Hauptventil) (90), welches von einem Vorsteuerventil (30) mit Steueröl entsprechend der Stel­ lung eines Proportionalmagneten (6) beliefert wird, und zwar über Steuerölkanalmittel, sowie vom Vorsteuerventil (30) gebildete Steuerkantenmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerölkanalmittel (40, 41) die Pumpenseite des Haupt­ kolbens (3) mit dessen Federraumseite verbinden, und daß die Steuerkantenmittel durch eine Einkantensteuerung gebildet sind.

3. 2-Wege-Drosselventil mit einem Hauptkolben der durch Steueröl betätigbar ist und eine Pumpenseite sowie eine Federraumseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Steuer­ ölkanalmittel (40, 41) die Pumpenseite des Hauptkolbens (3) mit dessen Federraumseite verbinden.

4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerölkanalmittel (40, 41) im Hauptkolben (3) ausgebildet sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Steuerölkanalmitteln (40, 41) eine Düse (54) vorgesehen ist.

6. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verschmutzung der Düse (54) oder der Steuerölkanalmittel ein automatisches Um­ schalten von Einkantensteuerung auf Zweikantensteuerung er­ folgt, und zwar durch eine ohnehin vorhandene Zweikanten­ steuerung.

7. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerölkanalmittel eine Längsbohrung (40) im Hauptkolben (3) aufweisen, wobei die Längsbohrung (40) eingangseitig mit der Pumpenanschluß­ öffnung (22) in Verbindung steht.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (54) eingagngsseitig in der Längsbohrung (40) an­ geordnet ist.

9. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das entgegengesetzt zur Eingangsseite der Längsbohrung (40) gelegene Ende über Querbohrungen (41) im Hauptkolben (3) mit dem Federraum (8) in Verbindung steht.

10. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerölzufuhr zum Vorsteuer­ ventil (30) auf zwei unabhängigen Wegen erfolgt, und zwar wie an sich bekannt, über eine Zweikantensteuerung und ferner zu­ sätzlich über eine Einkantensteuerung, wobei sowohl die Zwei­ kanten- wie auch die Einkantensteuerung im Vorsteuerventil (30) ausgebildet sind.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerölzufuhr für die Zweikantensteuerung ausschließlich über einen Deckel (1) erfolgt, in dem Vorsteuerventil (30) und Hauptventil (90) eingebaut sind, während die Steuerölzufuhr für die Einkantensteuerung über den Kolben (3) des Hauptventils (90) und sodann durch im Deckel (1) ausgebildete Kanalmittel erfolgt.