DE3532591C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
- F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
- F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
- F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
- F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
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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.
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.
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