DE3537760C2

DE3537760C2 -

Info

Publication number: DE3537760C2
Application number: DE3537760A
Authority: DE
Inventors: Noboru Kobe Hyogo Jp Itoh
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1992-05-21
Also published as: JPS61105381A; DE3537760A1; US4585206A; JPH0133716B2

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Proportionaldrosselventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein gattungsgemäßes Proportionaldrosselventil ist aus einem Aufsatz aus der Fachzeitschrift "Ölhydraulik und Pneumatik" 25 (1981) Nr. 8, Seite 617 bis 624 mit dem Titel "Elektrisch geregelte 2-Wege-Einbauventile" bekannt. Die Regelung des Ablaufstromes bei diesem Ventil ist leckstrombehaftet. Daher ergeben sich Probleme, wenn Lasten in vorgegebener Position des Ventils auch über einen längeren Zeitraum lagegenau gehalten werden müssen.

Weiterhin ist aus der EP 00 73 268 A1 ein Proportionaldrosselventil bekannt. Bei der dort beschriebenen Konstruktion muß notwendigerweise ein Rückkopplungsmechanismus vom Hauptfluß-Regelabschnitt zum Steuerteil vorgesehen sein, um eine proportionale Verschiebung des Kolbens zur Krafteinwirkung der Magnetspule unabhängig von dem Kolbeneinlaßdruck zu gewährleisten. Dementsprechend ist die vorbekannte Konstruktion platzaufwendig und macht eine Mehrzahl unterschiedlicher Teile erforderlich, welche vergleichsweise hohe Produktionskosten bedingen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ventil so weiterzubilden, daß ein lagegenaues Halten von Lasten in einer vorgegebenen Postion auch über längere Zeit hin zuverlässig sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventils ergibt sich folgende Funktionsweise:
Im Betrieb, wenn kein Eingangsstrom an der Proportionalmagnetspule anliegt, steht der Ventilkegelabschnitt des Vorsteuerventilkolbens in Kontakt mit dem Ventilsitz und unterbricht den Fluidfluß von einem Steuerabschnitt für den Hauptfluß zu einem weiteren Steuerabschnitt, so daß die Flußrate in der Drosselstelle zwischen den Räumen auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens Null wird und die Drücke in diesen Räumen sich aneinander angleichen, so daß der Kolben eine Verbindung zwischen einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung mit Hilfe seiner Feder unterbricht. Wenn die Magnetspule mit einem gewissen Strom beaufschlagt wird, erzeugt diese eine Magnetkraft entsprechend dem Eingangsstrom. Dementsprechend wird der Steuerkolben durch die Schubstange bewegt und gegen die Federkraft verschoben und öffnet den Ventilkegelabschnitt, woraufhin ein Teil des Fluids, welches durch die Einlaßöffnung fließt, als Steuerflüssigkeit durch die Drosselöffnung fließt, welche beide Seiten des Kolbens miteinander verbindet, wobei eine Druckreduktion in der veränderlichen Öffnung des Steuerabschnitts stattfindet. Die Steuerflüssigkeit, deren Druck reduziert wird, fließt durch den Ventilkegelabschnitt, die Federkammer, die Drosselöffnung und die Abflußöffnung zu einem Behälter, wodurch Druckunterschiede über den Drosselöffnungen des Kolbens und der Steuerspule erzeugt werden. In dem Steuerabschnitt wird das Öffnen der veränderlichen Öffnung gegen die Kraft der Magnetspule durch die Schubkraft des Steuerkolbens aufgrund des Druckunterschiedes und der auf den Ventilkegelabschnitt wirkenden Federkraft reguliert, so daß eine Durchflußrate entsprechend der Magnetventilkraft aufrechterhalten wird. Andererseits verlagert die Druckdifferenz über der Drosselöffnung, welche den Kolben überbrückt, entsprechend der Durchflußrate den Kolben in eine Position, in welcher die Druckkraft des Kolbens aufgrund der Druckdifferenz durch die den Kolben beaufschlagende Federkraft ausgeglichen wird. Dementsprechend ist die Durchflußrate des Fluids, welches von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung fließt, im wesentlichen proportional zur Kraft der Magnetspule.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Öldruckanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Grafik, welche den Zusammenhang zwischen dem Eingangsstrom einer Magnetspule und dem Kolbenhub wiedergibt, und

Fig. 3 eine Öldruckanordnung unter Verwendung eines herkömmlichen Ventils.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen elektromagnetischen Proportionaldrosselventils, wie es in dem eingangs erwähnten Aufsatz dargestellt ist, mit Druckrückkopplung in schematischer Darstellung. Das in Fig. 3 dargestellte elektromagnetische Proportionaldrosselventil umfaßt einen Steuerabchnitt 52 mit einem Proportionalkolben 51 und einen Hauptsteuerabschnitt 53 für die Durchflußrate. Der Hauptsteuerabschnitt 53 für die Durchflußrate umfaßt einen Ventilkörper 56 mit einer Einlaßöffnung 54 und einer Auslaßöffnung 55, welche mit der Einlaßöffnung 54 über eine Ausnehmung verbunden ist, welche einen Ventilsitz 59 bildet, in welcher ein Kolben 57 angeordnet ist. Der Kolben 57 wird von einer Feder 58 in Richtung des Ventilsitzes 59 beaufschlagt, um die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 54 und der Auslaßöffnung 55 zu vermindern oder zu unterbrechen. Der Steuerabschnitt 52 umfaßt eine Federkammer 60, welche eine Feder 61 aufnimmt, und den Proportionalkolben 51, gegen welchen ein Steuerkolben 62 durch die Feder 61 gedrückt wird. Eine Ringnut 66 bildet zusammen mit einem Kanal 55 des Steuerkolbens 62 eine veränderbare Öffnung und bildet so einen Steuerabschnitt 70 für die Durchflußrate, wobei die Einlaßöffnung 54 mit der Steuerleitung 64 verbunden ist, in welcher eine unveränderliche Drosselstelle 63 angeordnet ist. Die stromaufwärts gelegene Seite der Drosselstelle 63 ist mit der Federkammer 60 durch eine Verbindungsbohrung 69 verbunden, und die Ringnut 66 ist über eine Rückkopplungsausnehmung 67 mit einer (nicht bezeichneten) Fluidkammer des Proportionalkolbens 51 und einer Federkammer 68 des Kolbens 57 verbunden.

Im Betrieb befindet sich dann, wenn von der Solenoid-Spule keine Kraft ausgeübt wird, der Steuerabschnitt 70 des Steuerkolbens 62 in geschlossenem Zustand, so daß über der Drosselstelle 63 keine Druckdifferenz vorliegt. Konsequenterweise liegt auch keine Druckdifferenz über den Steuerkolben 62 ebenso wie über dem Kolben 57 an. Dementsprechend ist die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 54 und der Auslaßöffnung 55 durch den Kolben 57 aufgrund der Wirkung der Feder 58 unterbrochen. Wenn die Magnetspule 51 mit einem bestimmten Strom versorgt wird und dementsprechend die Magnetspule 51 eine gewisse Kraft ausübt, welche groß genug ist, den Steuerkolben 62 gegen die Kraft der Feder 61 zu bewegen, wird der Steuerabschnitt 70 für einen Durchfluß mit einer bestimmten Rate geöffnet, so daß Flüssigkeit in die Steuerausnehmung 64 gelangt und durch den Steuerabschnitt 70, die Kammer 71 und die Durchlaßöffnung 72 zu dem Behälter 73 fließt, wodurch eine Druckdifferenz über der Drosselstelle 63 entsteht. Die Druckdifferenz wird durch den Steuerkolben 62 übertragen, um eine Durchfluß-Öffnung des Steuerabschnitts 70 gegenüber der Kraft der Magnetspule freizulassen, deren Wert von der Magnetspulenkraft abhängt, und um den Kolben 57 nach oben in eine Position zu bewegen, in welcher die auf den Kolben wirkende Kraft aufgrund der Druckdifferenz und die Kraft der Feder 58 im Gleichgewicht sind, um auf diese Weise eine Verbindung zwischen den Öffnungen 54 und 55 herzustellen.

In einer bekannten derartigen Vorrichtung muß der Steuerabschnitt 52 über den Steuerdurchlaß 64 hinaus mit einer Rückkopplungsleitung 67 zur Einführung des Steuerdrucks in die Fluidkammer 68 des Kolbens 57 versehen sein. Dementsprechend ist der Aufbau als solcher kompliziert. Darüber hinaus muß, da der Steuerdruck der Proportionalmagnetspule 51 zugeführt wird, diese druckfest und wasserdicht sein, wodurch das Ventil voluminös und teuer wird. Weiterhin können, da ein kleiner Überlappungsbereich zwischen dem Durchflußratensteuerabschnitt und dem Steuerkolben vorhanden ist, in einer neutralen Position relativ große Fluidlecks auftreten. Infolgedessen wird die Lastbeständigkeit der Vorrichtung vermindert, wenn sie in einer Schaltung eingesetzt wird, in welcher eine Last in der neutralen Position des Ventils auftritt, insbesondere bei Verwendung in einem Kreis zur Herabsetzung der Last einer Lasthebelvorrichtung.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Proportionaldrosselventil umfaßt einen Hauptsteuerabschnitt 1 und ein Steuerteil 2. Der Hauptsteuerabschnitt 1 umfaßt einen Ventilkörper 3 mit einer Ventilbohrung 4, einen in die Ventilbohrung 4 eingesetzten, in dieser gleitend verschiebbaren Kolben 5, und eine den Kolben 5 in Richtung auf einen Ventilsitz 7 beaufschlagende Feder 6, wobei der Ventilsitz 7 in einem vorderen Endabschnitt der Ventilbohrung 4 so ausgebildet ist, daß eine Durchlaßöffnung zwischen der Einlaßöffnung 8 und der Auslaßöffnung 9 verschlossen wird.

Der Kolben 5 weist eine Drosselöffnung 11 auf, die eine Federkammer 10, welche in einem hinteren Abschnitt des Kolbens 5 ausgebildet ist, mit der Einlaßöffnung 8 verbindet. Eine Ringnut 12 ist an einem Abschnitt der inneren Oberfläche der Ventilbohrung 4 ausgebildet, in welche sich die Auslaßöffnung 9 öffnet. Eine Ringnut 13 und ein zurückspringender Abschnitt 14, welcher mit der Ringnut 13 in Verbindung steht, sind in einem Abschnitt des Kolbens 5 zwischen dem Ventilsitz 7 und einem Kolbenabschnitt ausgebildet, welcher in seiner Lage der Ringnut 12 entspricht. Der zurückspringende Abschnitt 14 dient dazu, einen geeigneten Dichtbereich zwischen der Ringnut 12 und dem zurückspringenden Abschnitt 14 auszubilden, wenn das Ventil geschlossen ist.

Das Steuerteil 2 umfaßt eine Hülse 16, die in eine Ventilbohrung 15 eingesetzt ist, welche in dem Ventilkörper 3 ausgebildet und mit diesem fest verbunden ist, einen Vorsteuerventilkolben 17, welcher gleitend in eine Bohrung der Hülse 16 angesetzt ist, und ein Proportionalmagnet (Magnetspule) 19, welche koaxial zu dem Kolben 17 an einer äußeren Seitenfläche 18 des Ventilkörpers 3 angeordnet ist. Der Vorsteuerventilkolben 17 ist an seinem der Magnetspule 19 entgegengesetzten Ende mit einem Ventilkegelabschnitt 20 versehen, welcher mittels einer Feder 22 gegen Ventilsitz 21 gepreßt wird, welcher in dem hinteren Ende der Hülse 16 ausgebildet ist und den gleichen Durchmesser aufweist, wie die Innenbohrung der Hülse 16. Ein vorderes Ende des Vorsteuerventilkolbens 17 liegt einer Schubstange 23 der Magnetspule 19 gegenüber, wobei im unbestromten Zustand der Spule 19 ein leichter Zwischenraum besteht, wenn der Ventilkegelabschnitt 20 in Kontakt mit dem Ventilsitz 21 ist.

In dem Vorsteuerventilkolben 17 ist eine Drosselöffnung 26 ausgebildet. Die Drosselöffnung 26 verbindet eine Federkammer 24 des Ventilkegelabschnitts 20 mit einer Kammer 25, in welcher die Schubstange 23 der Magnetspule 19 angeordnet ist. An der Außenseite eines Mittelabschnitts des Vorsteuerventilkolbens 17 ist eine Ringnut 27 derart ausgebildet, daß sie mit der Federkammer 10 des Hauptsteuerabschnitts 1 über eine durchgehende Öffnung 28 der Hülse 16 eine Ringnut 29 und eine Steueröffnung 30 in dem Ventilkörper 3 in Verbindung steht. Ein Vorsprung 32 ist an der Hülse 16 ausgebildet, und zwar zwischen der Ringnut 27 und einer Ringausnehmung 31, welche anschließend an den Ventilkegelabschnitt 20 ausgebildet ist. Der Vorsprung 32 dient zusammen mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 33, welche mit der Ringnut 27 verbunden sind, zur Unterbrechung der Verbindung zwischen einer Ringnut 39 in der Hülse 16 und der Ringnut 27 mit einer kleinen Dichtfläche zwischen der Ringnut 39 und den Endabschnitten der Ausnehmungen 33, um ein Leck von Fluiddruck von der Ringnut 27 und einem größeren Vorsprung 34 zwischen der Kammer 25 und der Nut 27 zu unterbringen. Die Kammer 25 ist mit einem Behälter 38 über eine Bohrung 36 der Hülse 16 und einen Durchlaß 37 in dem Ventilkörper 3 verbunden.

Zwei O-Ringe 35 sind an beiden Seiten der Durchlaßöffnung 28 der Hülse 16 vorgesehen.

Wenn im Betrieb der Eingangsstrom i der Magnetspule 19 Null ist, steht der Ventilkegelabschnitt 20 des Steuerkolbens 17 in Kontakt mit dem Ventilsitz 21, so daß die Verbindung zwischen der Ringnut 39 und der Federkammer 24 unterbrochen ist, wobei die Verbindung zwischen der Nut 39 und den Ausnehmungen 33 durch den Dichtbereich unterbrochen ist, welcher durch den Vorsprung 32 gebildet ist und die Verbindung zwischen der Ringnut 27 und der Kammer 25 durch den Vorsprung 34 unterbrochen ist. Dementsprechend existiert praktisch kein Fluidleck zwischen der Ringnut 27 und der Überlaufleitung 37. Dementsprechend sind die Drucke auf beiden Seiten des Kolbens 5 im wesentlichen einander gleich und dementsprechend liegt der Kolben 5 gegen den Ventilsitz 7 aufgrund der Einwirkung der Feder 6 an und unterbricht die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 8 und der Auslaßöffnung 9. Andererseits ist der Druck in einem Bereich des Steuerteils 2, welcher die Federkammer 24 umfaßt, und in einem stromabwärts gelegenen Bereich niedriger.

In dem vorstehend beschriebenen neutralen Zustand, wird dann, wenn ein Strom i der Magnetspule 19 zugeleitet wird, durch diese eine Kraft erzeugt, welche dem zugeführten Strom entspricht, wodurch die Schubstange 23 den Vorsteuerventilkolben 17 nach links gegen die Feder 22 drückt und der Ventilkegelabschnitt 20 geöffnet wird, so daß die Federkammer 24 mit der Ringnut 39 und diese mit der Ringnut 27 über eine veränderbare Öffnung 40 verbunden wird, welche durch die Nut 39 und die Ausnehmungen 33 gebildet wird. Dementsprechend geht ein Teil des Fluids in der Einlaßöffnung 8 als Steuerfluid durch die Drosselöffnung 11, die Federkammer 10, die Steueröffnung 30, die Ringnut 29, die Verbindungsöffnung 28, die Ringnut 27 und die Ausnehmungen 33 und nach Druckreduktion in der veränderbaren Öffnung 40 durch die Nut 39, die Federkammer 24, die Drosselöffnung 26, die Kammer 25, die Bohrung 36 und den Durchlaß 37 in den Behälter 38, wodurch Druckdifferenzen über der Drosselöffnung 11 und der Drosselöffnung 26 entstehen.

Um dem Steuerteil 2 wirkt eine Schubkraft, welche durch den Vorsteuerventilkolben 17 durch die Druckdifferenz über die Drosselöffnung 26 erzeugt wird, und die Kraft der Feder 22 wirkt gegen die Kraft aufgrund des Magnetspulenstroms, wodurch die Öffnung der veränderbaren Öffnung 40 gesteuert und dabei auch die Durchflußrate auf einen Wert eingestellt wird, welcher der Magnetspulenkraft entspricht. Andererseits erzeugt die Druckdifferenz über der Drosselöffnung 11 des Kolbens 5, welche der Durchflußrate entspricht, eine Kraft, welche den Kolben 5 gegen die Kraft der Feder 6 in eine Lage drückt, in welcher sich beide Kräfte das Gleichgewicht halten. Dementsprechend wird die Durchflußrate des Fluids, welches von der Einlaßöffnung 8 zur Auslaßöffnung 9 fließt, im wesentlichen proportional zu der durch den Strom in der Magnetspule erzeugten Kraft. Da die Druckkraft der Magnetspule 19 im wesentlichen proportional zu deren Strom i ist, ist die Bewegung x des Kolbens 5 im wesentlichen proportional zu dem Strom i, wie in Fig. 2 dargestellt.

Es ist festzuhalten, daß wenngleich die Drosselöffnung 11 und 26 über dem Kolben 5 bzw. dem Vorsteuerventilkolben 17 in dem Kolben 5 bzw. in dem Steuerkolben 17 selbst ausgebildet sind, es alternativ hierzu auch möglich ist, diese Drosselöffnungen in dem Ventilkörper 3 selbst auszubilden.

Wie vorstehend beschrieben, ist es nicht erforderlich, die Magnetspule mit dem Steuerdruck zu beaufschlagen, und der Hauptsteuerteil ist über eine einzige Steueröffnung mit dem Steuerteil verbunden, um die Durchflußregelung im wesentlichen proportional zum Eingangsstrom zu ermöglichen. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, die Magnetspule wasserdicht und druckfest auszubilden, so daß diese preisgünstig und kompakt ausgeführt werden kann. Auch andere Bauteile neben der Magnetspule können im Aufbau vereinfacht werden, so daß das Steuerventil selbst im Größe und Kostenaufwand minimiert werden kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein Lecken von Steuerfluid im neutralen Zustand durch das Vorsehen des Ventilkegelabschnitts an einem Endabschnitt des Vorsteuerventilkolbens ebenso wie durch die großen Dichtflächen an dessen anderen Endabschnitt vermieden, so daß das Regelventil in einem Schaltkreis verwendet werden kann, um eine Last in einem neutralen Zustand zu halten, wie z. B. in einer Lasthalteschaltung bei einer Lasthebevorrichtung.

Claims

Proportionaldrosselventil mit einem Hauptventilkolben (5), der von einem von einem Proportionalmagneten (19) betätigten Vor steuerventilkolben (17) mit zugeordneter variabler Drossel (40) vorgesteuert ist, wobei eine hydraulische Druckrückführung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Vorsteuerventilkolbens (17) mit einem Ventilkegelabschnitt (20) versehen ist, welcher in einen korrespondierenden, an einem Ende einer den Vorsteuerventilkolben (17) umgebenden Hülse (16) ausgebildeten Ventilsitz (21) dichtend eingreift und so die variable Drossel (40) leckstromfrei absperrt, wenn sich der Proportionalmagnet (19) im stromlosen Zustand befindet.