DE3532591C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

2-Wege-Proportionaldrosselventile sind bereits bekannt. Solche Ventile verwenden im allgemeinen ein Hauptventil sowie ein Vorsteuerventil. Ein Proportionalmagnet steht dabei im all­ gemeinen mit dem Vorsteuerventil und ein Weggeber steht mit dem Hauptventil in Verbindung.

Eine hydraulische Vorrichtug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in der Form eines 2-Wege-Einbauventils ist aus der Zeitschrift "o + p ölhydraulik und pneumatik 25 (1981) Nr. 8, Seiten 617-624" bekannt. Dabei wird die Einkanten- und Zwei­ kantensteuerung gegenübergestellt, aber kein lagegeregeltes Stellglied vorgesehen. Dieses bekannte Ventil, wie auch ein aus der Druckschrift RW 29 203/4.83 der Firm Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr am Main, Bundesrepublik Deutschland, bekanntes 2-Wege-Proportionaldrosselventil zeigen bei bestimmten Be­ triebsbedingungen Instabilitäten. Diese beiden bekannten Ventile verwenden bei sämtlichen Betriebsbedingungen die sogenannte Zweikantensteuerung. Eine Zweikantensteuerung hat im allgemeinen den Vorteil, daß hohen Anforderungen hinsicht­ lich der Dynamik Rechnung getragen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart aus­ zubilden, daß Instabilitäten des Ventilbetriebs vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Be­ vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindugsgemäße Vorrichtung findet insbesondere bei einem 2-Wege-Proportionaldrosselventil Anwen­ dung.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht man einen automatischen Übergang vom Normalbetrieb mit Einkanten­ steuerung bei kleinen Regelabweichungen, also bei kleinen Soll-Istwert-Differenzen zur Zweikantensteuerung bei großen Regelabweichungen, also bei großen Soll-Istwert-Differenzen. Ferner wird auch dann, wenn die bei Normalbetrieb vorhandene Steuerölzuführung verstopft, noch immer hilfsweise der Betrieb mit der Zweikantensteuerung fortgesetzt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Ziele 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 Büchse 2 des Hauptven­ tils 9 eingeschraubt. In der Büchse 2 ist ein Stellglied (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. 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 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 (Rückführug 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 eines Vorsteuerkolbens 18 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 den 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 Hauptkolben 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 sind.

Obwohl sich die folgende 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, wobei ein in Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Differenz des Lageregel­ kreises verstellbarer Steuerkolben den einen hydraulisch beaufschlagten Steuerraum des Stellglieds mit dem Tank oder mit einer Druckmittelquelle verbindet, wo­ bei insbesondere vorgesehen ist, daß der eine hydraulisch be­ aufschlagte Steuerraum eine dauernde Verbindung mit einer Steuerdruckmittelquelle aufweist, die eine begrenzte Steuer­ öldruckmittelmenge liefert.

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 einen 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. In Fig. 2 ist ein Stößel mit 39 und eine Feder mit 38 bezeichnet.

Von wesentlicher Bedeutung ist, daß das erfindungsgemäße Haupt­ ventil 90 eine dauernde Verbindung (z. B. Längsbohrung 40) aufweist, die die Pumpenseite des Hauptkolbens 3 mit dessen Federraumseite verbindet. Das Vorsteuerventil 30 weist einen Vorsteuerkolben 35 mit zwei Steuerkanten 51, 52 auf. Vorzugsweise sind die durch das Vorsteuerventil 30 vorgesehen Steuerkantenmittel im Nor­ malbetrieb durch eine Einkantensteuerung (Steuerkante 51) gebildet, hilfsweise aber durch eine Zweikantensteuerung (Steuerkanten 51, 52).

Beim Ausführungsbeipiel gemäß Fig. 2 wird das pumpenseitige Ende (Pumpenanschlußöffnung 22) des Hauptkolbens 3 durch Verbindungsmittel mit dem Feder­ raum 8 (bzw. einem hydraulisch beaufschlagten Steuerraum 42) Längsbohrung 40, die im Bereich des Federraums 8 mit einer (oder meh­ reren) Querbohrungen 41 verbunden ist, ist Teil der Verbindungsmittel. Die Längsbohrung 40 verläuft vorzugsweise entlang der Längsachse 25.

Es wäre auch denkbar, die Verbindungsmittel ganz oder teilweise durch die Wand der Büchse 2 zu führen. Bevorzugt wird aber die Anordnung der Verbindungsmittel im Hauptkolben 3. Der Fe­ derraum 8 bzw. der eine hydraulisch beaufschlagte Steuerraum 42 steht nun seinerseits über den bereits erwähnten Steuerölkanal 17 mit dem Vorsteuerventil 30 in Verbindung um so Steueröl an eine Ringausnehmung 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 die Einkantensteuerung, gebildet durch erste Steuerkanten 51, mehr oder weniger Steueröl über Quer­ bohrungen 31 zum Tank abgeleitet. Im Normalbetrieb des Ven­ tils 101 bleibt die zweite Steuerkante 52 außerhalb ihres Steuerbereichs, wird 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 Ringausnehmung 48.

Es ist ferner vorgesehen, daß sozusagen auch aus Gründen der Sicherheit die in Fig. 1 gezeigten Steuerölzu­ führmittel beibehalten werden. Das heißt 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 dem Steuerölkanal, der die Pumpenseite des Hauptkol­ bens 3 mit dessen Steuerraum 43 verbindet, ist vorzugsweise eine Düse 54 vorgesehen. Vorzugsweise sitzt die Düse 54 am pumpenseitigen Ende der Längsbohrung 40. An sich kann die Düse 54 aber irgendwo im Hauptkolben zwischen dessen Pumpenseite und dessen Steuerraum 42 sitzen. Beispielsweise könnte die Düse 54 auch durch die Querbohrung 41 (oder wenn mehrere Quer­ bohrungen vorhanden sind durch die Querbohrungen) gebildet sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Längsbohrung 40 und die Querbohrung 41 zur Verbindung von Pumpenraum­ seite und Federraumseite des Hauptkolbens 3 vorgesehen. Es könnte auch eine einzige schräge Bohrung im Hauptkolben 3 die gewünschte Verbindung herstellen. Auch wäre des 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 (Steuerkante 52) ohne weiteres beibehalten werden kann.

Claims (7)

1. Hydraulische Vorrichtung zur Erzeugung eines Steuerdruckes für ein lagegeregeltes hydraulisch beaufschlagtes Stellglied (3), insbesondere das Stellglied eines 2-Wege-Proportionalven­ tils, wobei ein in Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Differenz des Lagerregelkreises (4, 6, 7), insbesondere mittels eines Proportionalmagneten verstellbarer, zwei Steuerkanten (51, 52) aufweisender Vorsteuerkolben (35)
mit der einen Steuerkante (51) den einen hydraulisch beaufschlagten Steuerraum (42) des Stellgliedes mit dem Tank (19) und
mit der anderen Steuerkante (52) den Steuerraum mit einer Druckmittelquelle (X) verbindet,
dadurch gekennzeichnet, daß der eine hydraulische beaufschlagte Steuerraum (42) eine dauernde Verbindung mit einer Steuerdruckmittelquelle aufweist, die eine begrenzte Steuerdruckmittelmenge liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckmittelquelle die Pumpenseite des Stellglieds (3) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dauernde Verbindung durch einen Steuerdruckmittelkanal (40, 41) im Stellglied (3) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der dauernden Verbindung (40, 41) eine Düse (54) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dauernde Verbindung eine Längsbohrung (40) im Stellglied (3) ist, wobei die Längsbohrung (40) eingangsseitig mit der Pumpenanschlußöffnung (22) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (54) eingangsseitig in der Längsbohrung (40) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das entgegengesetzt zur Eingangsseite der Längsbohrung (40) gelegene Ende über Querbohrungen (41) im Stellglied (3) mit dem Steuerraum (8) in Verbindung steht.