DE3931957A1 - Verfahren zur statisch-fehlerfreien druckregelung und druckregelventil hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur statisch­ fehlerfreien Druckregelung mit Mehrfachfunktion, und ein darauf beruhendes Druckregelventil, das ein Steuerventil darstellt, d.h. ein Zweistufenventil, das aus einem Steuerventil und einem Hauptventil besteht und eine notwendige Vorrichtung zum Regeln des Öldrucks in hydraulischen Systemen bildet.

Wie gut bekannt ist, gibt es verschiedene Druckventile nach Art eines Steuerventils, einschließlich Entspannungsventile (Überdruckventile), Fernsteuerungsentspannungsventile, Gleichdruckreduzierventile, Gleichdruckdifferenzventile, Folgeventile mit interner Steuerung und Folgeventile mit externer Steuerung. Jedes dieser Ventile hat nur eine einzige Funktion, und dementsprechend unterscheiden sich ihre Strukturen voneinander. Dadurch ergaben sich für die Ventilherstellung zahlreiche Probleme.

Bisher wurden bei Druckventilen nach Art eines Steuerventils der Konustyp des direkt wirkenden Druckventils als Steuerventil zum Regeln des Öffnungsgrades der konischen Öffnung des Hauptventils angewandt, um einen nahezu konstanten Öldruck beizubehalten. Die hauptsächlichen Leistungsmerkmale des Druckventils sind seine statische Genauigkeit und seine dynamische Leistungsfähigkeit, welche die Qualität des hydraulischen Systems direkt beeinflussen. Deshalb war die Verbesserung der statischen Genauigkeit und der Stabilität des Druckventils immer ein wichtiges Untersuchungsobjekt.

Um die statischen Fehler der Druckventile von der Art eines Steuerventils zu vermindern, wurden in vielen Jahren zahlreiche Verbesserungen im Aufbau und im Herstellungsverfahren der Ventile verwirklicht, wodurch ihre statischen Fehler tatsächlich etwas vermindert werden konnten. Beispielsweise wurden die bei Entspannungsventilen einiger Firmen auftretenden Fehler beim Öffnen/Schließen auf etwa 5% reduziert. Jedoch wurde das Problem der statischen Fehler nicht gründlich gelöst, da in jenen Ventilen ein theoretischer Fehler vorliegt, der nicht eliminiert werden kann. Unter Bezugnahme auf ein übliches Entspannungsventil, wie es in der beigefügten Fig. 6 dargestellt ist, kann das Problem erläutert werden.

Der Öldruck P′₁, der mit der Druckregelfeder 34 des Steuerventils 31 im Gleichgewicht steht, ist nicht gleich dem gesteuerten Druck P ₁, sondern er ist gleich dem Druck des gesteuerten Öls, das durch die Drosselöffnungen 37, 38 zweimal gedrosselt wird. Wenn der Sitz 36 des Steuerventils 31 durch seine Spule 35 geschlossen wird, fließt das vor und nach den Drosselöffnungen 37, 38 befindliche Öl nicht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Öldruck P′₁ gleich dem gesteuerten Druck P ₁ als auch dem gegebenen Druck P ₁₀ des Ventils, d.h. P′ ₁=P ₁=P ₁₀. Wenn eine Entspannung erforderlich ist, wird der gesteuerte Druck P ₁ erhöht, so daß die Steuerspule 35 sich nach rechts bewegt, wodurch eine Ringöffnung (Steuerventilöffnung) zwischen dem Sitz 36 des Steuerventils 31 und seiner Spule 35 gebildet wird. Dadurch strömt ein Teil des Öls durch die Drosselöffnungen 37, 38 sowie durch die Steueröffnung und kehrt dann in den Öltank zurück. Da die Feder 34 des Konusventils zusätzlich angedrückt wird, steigt der ausgleichende Öldruck P′₁ an, d.h. P′ ₁ < P ₁₀, und der Druck des zweifach gedrosselten Öls ist geringer als jener vor dem Drosseln, d.h. P′ ₁ < P ₁. Offensichtlich ist dann P ₁ viel größer als der Anlagendruck P ₁₀. Dies ist der Hauptgrund dafür, daß die heutzutage eingesetzten Steuerdruckventile große statische Fehler aufweisen. Dieses Ventil ist aus der Sicht des Regelns offensichtlich ein System mit statischem Fehler. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß die Instabilität des konischen Steuerventils eine Selbsterregung und ein Pfeifen im Ventil verursachen kann, was zu einer Umweltbelastung und Fehlern bei der Druckregelung führt.

Neuerdings werden zylindrische Steuerventile eingesetzt, um die Ventilstabilität zu erhöhen, jedoch kann dadurch das Problem des statischen Fehlers auch nicht beseitigt werden. Beispielsweise werden gemäß der europäischen Patentanmeldung EP 02 29 841 zylindrische Spulen sowohl für das Hauptventil als auch das Steuerventil des Druckreduzierventils eingesetzt, wobei die Spulen in zylindrischen Kammern der entsprechenden Ventilgehäuse gleiten können. Es sind Ringnuten in den zylindrischen Kammern vorgesehen, die mit dem Einlaß, dem Auslaß und der Rücklauföffnung in Verbindung stehen. Der Durchmesser der Ringnut ist größer als jener der entsprechenden zylindrischen Kammer, wodurch die Flüssigkeit in Form einer Horndivergenz bezüglich der Spulenachse fließt, um die Stabilität der Spulenbewegung aufrechtzuerhalten sowie eine Vibration und Lärmbildung zu vermeiden. Jedoch sind auf einer Spule dieser Art mindestens drei Schultern und entsprechend drei Ringnuten in der zylindrischen Kammer vorgesehen. Da eine hohe Genauigkeit beim maschinellen Bearbeiten sowohl der Ringnuten als auch der Schultern erforderlich ist, führt dies auf jeden Fall zu hohen Produktionskosten. Andererseits ist auch zu berücksichtigen, daß der Öldruck am Auslaß des Hauptventils größer ist als jener in der Kammer, die gedrosselt wird, und der letztgenannte Druck zum Ausgleich des gegebenen Drucks des Steuerventils dient. Dadurch wird der statische Fehler verursacht. Darüberhinaus besteht keine Rückführung zwischen dem Haupt- und dem Steuerventil, und es gibt keine rückführungslose Steuerung. Deshalb ist keine Möglichkeit gegeben, den Einfluß der hydrodynamischen Kraft, der Federkraft und anderer Überlagerungskräfte, welche den statischen Fehler verursachen können, zu eliminieren. Die vorgenannten Probleme sind die beiden wesentlichen Gründe des großen statischen Fehlers solcher Ventile. Darüberhinaus weisen die normalerweise offenen Steuerventile eine große Undichtigkeit auf.

Wie erwähnt, gibt es zwei Probleme, die mit den bekannten Verfahren zur Druckregelung und den bekannten Druckregelventilen unmöglich gelöst werden können: Erstens handelt es sich hierbei um Ventile mit Einzelfunktion, die sich durch das Fehlen von Mehrfachfunktion voneinander unterscheiden und nicht untereinander austauschbar sind. Zweitens stellen alle diese Ventile Kontrollsysteme mit statischen Fehlern dar, die nicht eliminiert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur statisch-fehlerfreien Druckregelung mit Mehrfachfunktion sowie ein darauf beruhendes Druckregelventil anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die Erfindung ändert die üblichen Grundsätze für die Konstruktion von Ventilen wesentlich. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Druckregelung werden einfache Übertragungsmittel verwendet, damit das ausgebildete Druckregelventil als Entspannungsventil, Fernsteuerungs­ entspannungsventil, Gleichdruckreduzierventil, Gleichdif­ ferenzdruckreduzierventil, Folgeventil mit interner Steuerung und Folgeventil mit externer Steuerung usw. dient. Dies ergibt viele Vorteile, zum Beispiel die Vereinfachung und Vereinheitlichung der Konstruktion verschiedener Druckventile, die Verminderung von Produktserien, die Vereinfachung von Herstellungsverfahren, die Verkleinerung der Produktionsanlagen, die Vereinfachung des Zusammenbaus und die Verminderung der Kosten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Druckregelung und das gemäß diesem Verfahren ausgebildete Druckregelventil eliminieren gründlich den statischen Fehler und führen zu Vorteilen, wie bessere dynamische Leistungsfähigkeit und geringere Undichtigkeit.

Um die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen, macht das erfindungsgemäße Druckregelungsverfahren von einem statisch-fehlerfreien Steuersystem vom I-Typ mit negativer Rückführung und geschlossenem Kreislauf Gebrauch, das aus einem Steuerventil und einem Hauptventil besteht sowie spezielle Übertragungsmittel eines Ölleitungsnetzes benutzt, um mit jedem Ölkanal und jeder Öffnung des Systems eine Verbindung herzustellen und ein statisch-fehlerfreies Druckregelungssystem mit Mehrfachfunktion auszubilden. Erfindungsgemäß wird als Steuerventil ein zylindrisches zweiseitiges Dreiwegventil und als Hauptventil ein asymmetrischer Differentialhydraulikzylinder mit Doppelwirkung verwendet. Eine konische Öffnung ist im unteren Teil des Hauptventils angeordnet, um die Größe des Ölstroms zu steuern. Der Öldruck an der linken Seite der Steuerspule wird durch die Federkraft an ihrer rechten Seite ausgeglichen. Da der Ölstrom von der Kammer mit gesteuertem Druck nicht durch die Drosselöffnung hindurchgetreten ist, ist der gegenwärtige Öldruck der gesteuerte Druck P ₁, aber nicht P′ _1, wie im Stand der Technik angegeben ist. Es sind in der Steuerhülse zwei Öffnungen vorgesehen, die jeweils mit dem unter hohem Druck stehenden Öl und mit der Ölrückführungsleitung verbunden sind. Die durch den Hals der Steuerspule gebildete Zwischenkammer steht mit der oberen Kammer im Hauptventil sowie die untere Kammer des Hauptventils mit dem Einlaß des unter hohem Druck stehenden Öls in Verbindung. Deshalb kann der Öffnungsgrad der konischen Öffnung der Hauptspule mit Hilfe der Verlagerung der Steuerspule geregelt werden. Da die Steuerspule den geregelten Druck P ₁ des Ventils trägt und die Hauptspule als integrierendes Element wirkt, stellt das erfindungsgemäße Ventil ein statisch-fehlerfreies Drucksteuersystem vom I-Typ mit negativer Rückführung und geschlossenem Kreislauf dar. Da das Steuerventil eine ausgezeichnete strukturelle Stabilität aufweist und der Gewinn durch rückführungslose Steuerung des Systems mittels Änderung des Flächengradienten der Steueröffnung in der Steuerhülse eingestellt werden kann, ergeben sich bei dem System zum Beispiel eine hervorragende Stabilität, geringer Lärm, geringes Überschwingen und eine kurze Einschwingzeit. Darüberhinaus können die Übertragungsmittel das Ventil in sechs Betriebsarten bringen, zum Beispiel in die Betriebsart eines Entspannungsventils, Fernsteuerungsentspannungsventils, Gleichdruckreduzier­ ventils, Gleichdifferenzdruckreduzierventils, Folgeventils mit interner Steuerung und Folgeventils mit externer Steuerung.

Eine weitere Beschreibung und Erläuterung der Erfindung im einzelnen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen gegeben, welche in den beigefügten Zeichnungen für das statisch-fehlerfreie Druckregelungsverfahren und das darauf basierende Druckregelventil dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckregelventils;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt entlang der Linie A-A oder B-B in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Übertragungsplatte mit Mehrfachfunktion für das Druckregelventil in Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Ölleitungsnetzes mit Mehrfachfunktion für das Druckregelventil in Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Fernsteuerung eines Druckregelungskreislaufs; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Aufbau eines Entspannungsventils gemäß dem Stand der Technik.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Druckregelventil ein Hauptventil 10 und ein Steuerventil 20 aufweist. In dem Hauptventil 10 ist eine Hauptspule 7 angeordnet, die einen Kolben mit einer Schulter an seinem Oberende darstellt und in einer Haupthülse 6′ des Hauptventils 10 gleiten kann. Das Flächenverhältnis des oberen und des unteren Abschnitts des Kolbens (A 1/ A 2) beträgt 1,4 bis 2,0. In der Kammer der Hauptspule 7 ist eine Hauptventilfeder 3 vorgesehen. Im Hauptventilgehäuse 6 befindet sich die Haupthülse 6′ mit einer konischen Öffnung an ihrem Unterende, über bzw. unter welcher der Auslaß 5 bzw. der Einlaß 4 angeordnet ist. Das Steuerventil 20 weist eine Steuerspule 12 auf, die mit zwei Schultern 17, 18 versehen ist, und in der Steuerhülse 13, die in das Steuerventilgehäuse 14 eingepaßt ist, gleiten kann. Die Steuerspule 12 ist an ihrem rechten Ende mit einem Federsitz ausgerüstet, um das linke Ende der Druckregelfeder 11 zu fixieren, während das andere Ende der Feder 11 mit einem manuellen Zugregler oder einem linearen Elektromagneten 15 mittels eines Federsitzes 16 verbunden ist.

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt wird, weist die Steuerhülse 13 zwei Öleinlaß- oder Rücklauföffnungen auf, die aus runden Löchern mit einem Durchmesser von 2,0 bis 2,5 mm bestehen und senkrecht zur Achse der Steuerhülse 13 angeordnet sind. Außerhalb der Löcher sind Ringsammelnuten 19 vorgesehen, die jeweils mit den Ölleitungen 2, 8 verbunden sind. Die Kammer am linken Ende der Steuerspule 12 steht über die gesteuerte Öleinlaßleitung 1 mit der gesteuerten Ölkammer und der Fernsteuerungsöffnung K in Verbindung. Die geschlossene Kammer an der rechten Seite der Steuerspule 12 ist mit einer Öldurchgangsöffnung 9 versehen. Die gesteuerte Öleinlaßleitung 1, die Einlaß/Rücklauf-Öffnungen der Ölleitungen 2, 8 und die Öldurchgangsöffnung 9 sind innerhalb des Steuerventilgehäuses 14 angeordnet. Die obere Kammer des Hauptventils 10 ist mit der Kammer zwischen dem Hals der Spule 12 des Steuerventils 20 und dessen Hülse 13 mittels der Ölleitung C verbunden. Eine Ringkammer 21 zwischen dem Hals der Hauptspule 7 in der Nähe ihrer Schulter und der Haupthülse 6′ steht mit der Ablauföffnung L, die dem Ölrücklauf dient, in Verbindung. Die Ölleitung der Ablauföffnung L ist durch die Hülse 6′ und das Gehäuse 6 des Hauptventils 10 hindurchgeführt. Die gesteuerte Einlaßölleitung 1, die Einlaß- oder Rücklauföffnungen der Ölleitungen 2, 8 und die Öldurchgangsöffnung 9 können auf der Außenoberfläche des Hauptventilgehäuses 6 mit einer integrierten Ebene in Verbindung stehen. In ähnlicher Weise können der Einlaß 4, der Auslaß 5 und die Ablauföffnung L des Hauptventils 10 mit der gleichen integrierten Ebene in Verbindung stehen. Die Anordnung und die relativen Positionen der sieben Öffnungen 1, 2, 4, 5, 8, 9, L sind gleich wie bei den sieben entsprechenden Öffnungen der in Fig. 3 gezeigten Übertragungsplatten. Wenn die genannte integrierte Ebene mit einer ausgewählten speziellen Übertragungsplatte mit einem Ölleitungsnetz abgedeckt wird, wie es in Fig. 3 für das Verbinden der betrachteten Ölleitungen gezeigt ist, wird ein Druckregelventil mit den erforderlichen Funktionen erhalten, weil das Ölleitungsnetz, das an den Übertragungsplatten 41, 42, 43, 44, 45, 46 gemäß Fig. 3 angeordnet ist, den Betriebsarten eines Entspannungsventils, Fernsteuerungsent­ spannungsventils, Gleichdruckreduzierventils, Gleichdiffe­ renzdruckreduzierventils, Folgeventils mit interner Steuerung und Folgeventils mit externer Steuerung entspricht. Bei einer anderen Ausführungsform mit Mehrfachfunktion sind in dem Ventilgehäuse fünf zylindrische Durchgangsabsperrorgane a, b, c, d, e vorgesehen, von denen jedes in der Ebene senkrecht zur Achse des Durchgangsabsperrorgans einen T-, L- oder I- förmigen Durchgang aufweist. Die Durchgänge in den Absperrorganen stehen mit den genannten Ölleitungen und Öffnungen in Verbindung, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, um das erfindungsgemäße Leitungsnetz mit Mehrfachfunktion auszubilden. Um den Stabilitätsspielraum des Systems zu erhöhen, ist die Ölleitung auf der Seite der Absperrorgane a, b mit Drosselöffnungen ausgerüstet.

Die dritte Ausführungsform mit Mehrfachfunktion sieht ein Durchgangsabsperrorgan in dem Ventilkörper vor, worin ein spezielles Ölleitungsnetz angeordnet ist, das mit den entsprechenden Ölleitungen und Öffnungen des Ventils in Verbindung steht. Beim Drehen des Durchgangsabsperrorgans ergibt sich nach jeweils 60 Grad eine Betriebsstellung des Ventils, so daß sechs Betriebsstellungen zur Verfügung stehen, die einem Entspannungsventil, Fernsteuerungs­ entspannungsventil, Gleichdruckreduzierventil, Gleichdif­ ferenzdruckreduzierventil, Folgeventil mit interner Steuerung und Folgeventil mit externer Steuerung entsprechen.

Unter Bezugnahme auf den Ölleitungskreislauf gemäß Fig. 4 wird nachfolgend die Funktion des Druckregelventils detailliert beschrieben.

1. Entspannungsventil

Das Ölleitungsnetz gemäß Fig. 4 stellt die Betriebsart eines Entspannungsventils dar. In diesem Fall strömt das gesteuerte Öl von dem Einlaß 4 des Hauptventils durch das Absperrorgan e zur Einlaßölleitung 1 in dem Steuerventil 20, wobei auf das linke Ende der Steuerspule 12 eine hydraulische Kraft ausgeübt wird, welche die Vorspannung ausgleicht, die durch die Druckregelfeder 11 auf das rechte Ende der Spule 12 erzeugt wird. Wenn sich die Spule in der Neutralposition befindet, d.h. wenn die zwei Schultern 17, 18 der Spule 12 gerade die mit der Ölleitung 2 verbundene Einlaßöffnung bzw. die mit der Ölleitung 8 in der Steuerhülse 13 verbundene Ölrücklauföffnung blockieren, ist der Druck P ₁ des gesteuerten Öls gleich dem vorgegebenen Druck P ₁₀, d.h. das System befindet sich im Gleichgewicht. Wenn der Durchfluß am Einlaß 4 des Hauptventils plötzlich ansteigt, erhöht sich der Öldruck P ₁ und die Steuerspule 12 bewegt sich nach rechts. Das Öl läuft mittels der Hauptspule 7 durch die Ölrücklauföffnung, die Leitung 8, das Absperrorgan b, die Hauptventil-Ablauföffnung L, das Absperrorgan d und den Auslaß 5 des Hauptventils zurück. Unter der Wirkung des Öls mit hohem Druck in der unteren Kammer bewegt sich die Hauptspule 7 nach oben, wodurch die konische Öffnung geöffnet oder vergrößert wird, was zu einer Verminderung von P ₁ führt. Wenn P ₁ auf den vorgegebenen Wert zurückgekehrt ist, stellt sich die Steuerspule 12 auf die Neutralposition ein, und das System ist wieder in einem neuen Gleichgewicht. Wenn der Durchfuß am Einlaß 4 des Hauptventils plötzlich abnimmt, wird P ₁ vermindert und die Steuerspule 12 bewegt sich nach links, wodurch die Öffnung zur Ölleitung 2 geöffnet wird. Auf diese Weise gelangt das unter hohem Druck stehende Öl vom Einlaß 4 des Hauptventils durch das Absperrorgan a und die Ölleitung 2 zur oberen Kammer des Hauptventils 10. Da die wirksame Fläche A 1 der oberen Kammer größer ist als die wirksame Fläche A 2 der unteren Kammer, wird die Hauptspule 7 gezwungen, sich abwärts zu bewegen und die konische Öffnung zu schließen, um P ₁ zu erhöhen. Wenn P ₁ seinen vorgegebenen Wert wiedergewonnen hat, kehrt die Steuerspule 12 in ihre Neutralposition zurück und bringt das System in einen neuen Gleichgewichtszustand. Offensichtlich sind in jedem Gleichgewichtszustand der Ventile, die erfindungsgemäß auf der Basis des statisch-fehlerfreien Druckregelverfahrens mit Mehrfachfunktion konstruiert worden sind, die Steuerventile in der normalerweise geschlossenen Position und üben auf den Durchfluß keinen Einfluß aus. Als Folge davon ergeben sich nur kleine Undichtigkeiten und vernachlässigbare statische Fehler. Darüberhinaus fließt das von einer Undichtigkeit stammende Öl aus der Öldurchgangsöffnung 9, die in Fig. 1 dargestellt ist, durch die Absperrorgane c, d in die Auslaßöffnung 5 des Hauptventils. Das von einer Undichtigkeit stammende Öl aus der Ablauföffnung L des Hauptventils läuft auch durch das Absperrorgan d zum Auslaß 5 des Hauptventils, weil die Öffnung L im Falle des Entspannungsventils geschlossen ist.

2. Fernsteuerungsentspannungsventil

Wenn das Absperrorgan a, das in Fig. 4 dargestellt ist, im Uhrzeigersinn um 45 Grad gedreht wird, ist die Öffnung zur Ölleitung 2 geschlossen und das Ventil wird erfindungsgemäß ein Fernsteuerungsentspannungsventil. In diesem Fall soll der manuelle Druckregler 15 in die Grenzposition gesetzt werden, in welcher der Druck maximal ist. Als Ergebnis davon befindet sich der Federsitz am rechten Ende der Steuerspule 12 nahe dem rechten Ende der Steuerhülse 13. Die Öffnung zur Ölleitung 8 ist geschlossen, und die freigegebene Öffnung zur Ölleitung 2 ist durch das Absperrorgan a geschlossen. Deshalb verliert das Steuerventil seine Regelfunktion. Wenn das Steuerventil 20 gemäß der Erfindung als Fernsteuerungsdruckregelventil benutzt wird und seine Ölleitungen gemäß Fig. 5 verbunden sind, wird ein Fernsteuerungsdruckregelkreislauf gebildet.

3. Gleichdruckreduzierventil

Gemäß Fig. 4 wird das erfindungsgemäße Ventil durch Drehen der Absperrorgane a, b, e im Uhrzeigersinn um 90 Grad zu einem Gleichdruckreduzierventil. In diesem Fall steht die Öffnung zur Ölleitung 2 mit der Ölablauföffnung L des Hauptventils in Verbindung, und die Ölablauföffnung 2 ist mittels einer Drosselöffnung mit dem Öltank verbunden. Die Öffnung zur Ölleitung 8 steht mit dem Einlaß 4 des Hauptventils in Verbindung, und der Einlaß der Ölleitung 1 ist mit dem Auslaß 5 des Hauptventils verbunden, das seinerseits mit Hilfe des Absperrorgans d mit der Ablauföffnung L verbunden ist, um der Belastung in der Schließstellung zu entsprechen, weil im Fall des Druckreduzierventils die Ablauföffnung L mit dem Öltank in Verbindung steht. Offensichtlich ist der Auslaßöldruck P ₂ des Hauptventils eine gesteuerte Größe. Wenn P ₂ wegen einer Änderung der Belastung zunimmt, bewegt sich die Steuerspule 12 nach rechts und die Öffnung zur Ölleitung 8 wird geöffnet. Das unter hohem Druck stehende Öl strömt vom Einlaß 4 des Hauptventils durch das Absperrorgan b in die obere Kammer des Hauptventils 10, wobei sich die Hauptspule 7 nach unten bewegt, um den Öffnungsgrad der konischen Öffnung zu vermindern, bis P ₂ auf seinen vorgegebenen Wert zurückkehrt, und dann stellt sich die Steuerspule 12 wieder in die Neutralposition ein. Wenn P ₂ durch eine Änderung der Belastung vermindert wird, bewegt sich die Steuerspule 12 nach links. Die obere Kammer des Hauptventils 10 ist über die Öffnung mit der Ölleitung 2 und das Absperrorgan a mit der Ablauföffnung L des Hauptventils verbunden. Die Hauptspule 7 bewegt sich unter der Wirkung des unter hohem Druck stehenden Öls vom Einlaß 4 des Hauptventils nach oben, wodurch der Öffnungsgrad der konischen Öffnung vergrößert wird und P ₂ ansteigt, bis P ₂ auf den vorgegebenen Wert und die Steuerspule 12 in ihre Neutralposition zurückkehren. In diesem Fall ist das System statisch-fehlerfrei.

4. Gleichdifferenzdruckreduzierventil

Gemäß Fig. 4 wird das erfindungsgemäße Ventil durch Drehen des Absperrorgans c um 90 Grad im Uhrzeigersinn zu einem Gleichdifferenzdruckreduzierventil. In diesem Fall ist die gesteuerte Größe des Ventils die Differenz zwischen dem Öldruck am Einlaß des Hauptventils und dem Belastungsdruck am Auslaß, d.h. P ₁-P ₂. Somit strömt das Öl vom Auslaß 5 des Hauptventils durch das Absperrorgan c zu der Öldurchgangsöffnung 9.

5. Folgeventil mit interner Steuerung

Gemäß Fig. 4 wird das erfindungsgemäße Ventil beim Drehen des Absperrorgans d um 90 Grad zu einem Folgeventil mit interner Steuerung. Wenn der Einlaßöldruck P ₁ geringer ist als der vorgegebene Wert P ₁₀, bewegt sich die Steuerspule 12 nach links und das unter hohem Druck stehende Öl strömt vom Einlaß 4 des Hauptventils durch das Absperrorgan a, die Ölleitung 2 und deren Öffnung in die obere Kammer des Hauptventils 10, um die Hauptspule 7 nach unten zu bewegen und die konische Öffnung zu schließen. Wenn P ₁ etwas größer ist als P ₁₀, kehrt die Steuerspule 12 im wesentlichen zur Neutralposition (leicht nach rechts) zurück und erlaubt es dem Öl von der oberen Kammer des Hauptventils 10, durch die Öffnung der Öldurchgangsleitung 8 und das Absperrorgan b in die Ölabflußöffnung L des Hauptventils zurückzukehren, so daß die konische Öffnung geöffnet wird. Da der Auslaß 5 des Hauptventils mit der Belastung im Zusammenhang steht, vermindert sich P ₁ nicht beim Öffnen der konischen Öffnung. So wird eine rückführungslose Steuerung gebildet, und die Hauptspule bewegt sich nach oben bis in ihre Grenzposition. Der Druckverlust ist fast Null, und die Undichtigkeit ist sehr gering.

6. Folgeventil mit externer Steuerung

Gemäß Fig. 4 wird das erfindungsgemäße Ventil durch Drehen der Absperrorgane d und e um 90 Grad im Gegenuhrzeigersinn zu einem Folgeventil mit externer Steuerung. Es unterscheidet sich von dem Folgeventil mit interner Steuerung darin, daß in dem Steuerventil 20 die Einlaßölleitung 1 mit dem Einlaß 4 des Hauptventils nicht verbunden ist, so daß das Öl für die externe Steuerung durch die Fernsteuerungsöffnung K strömt und in den Einlaß der Öleinlaßleitung 1 eintritt.

7. Proportionaldruckventil

Beim Ersetzen des manuellen Druckreglers 15 in Fig. 1 durch einen linearen Elektromagneten wird das erfindungsgemäße Ventil zu einem Proportionaldruckventil.

Die Untersuchungsergebnisse der technischen Leistungsfähigkeit des Druckregelventils, das entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur statisch-fehlerfreien Druckregelung mit Mehrfachfunktion konstruiert ist, zeigen, daß in allen Betriebsarten des Steuerventils und des gesamten Druckventils keine selbsterregten Schwingungen auftreten, der Druck gleichbleibend ist und seine Schwankungs- und Abweichungswerte nur etwa 0,5% betragen. Andererseits ist die Genauigkeit beim Öffnen und Schließen hoch, weil sie statisch fehlerfrei ist. Beispielsweise beträgt der Fehler beim Öffnen und Schließen des Entspannungsventils nur 0,5%. Bezüglich der dynamischen Leistungsfähigkeit eines Entspannungsventils mit einem Nennladedruck von 31,5 MPa und einem Nenndurchfluß von 100 l/min liegt das Überschwingen des Drucks bei weniger als 5%, seine Einschwingerholungszeit bei 14 ms und seine Entlastungszeit bei 20 ms.

Claims (19)

1. Verfahren zur statisch-fehlerfreien Druckregelung mit Mehrfachfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß

• a. ein ein Steuerventil (20) und ein Hauptventil (10) aufweisendes statisch-fehlerfreies Steuersystem vom I-Typ mit negativer Rückführung und geschlossenem Kreislauf sowie
• b. Übertragungsmittel eines Ölleitungsnetzes zum Verbinden von Ölleitungen (1, 2, 8) und Öldurchgangs­ öffnungen (4, 5, 9, L) des vorgenannten Systems zur Bildung eines statisch-fehlerfreien Druckregelsystems mit Mehrfachfunktion

eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerventil (20) ein zylindrisches zweiseitiges Dreiwegventil eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hauptventil (10) ein asymmetrischer Differential­ hydraulikzylinder mit Doppelwirkung eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ölleitungsnetz Übertragungs­ mittel eingesetzt werden, die Durchgangsplatten (41, 42, 43, 44, 45, 46) aufweisen, sowie Ölleitungsnetze auf den Durchgangsplatten (41, 42, 43, 44, 45, 46) benutzt werden, die den Betriebsarten eines Entspannungsventils, Fernsteuerungsentspannungsventils, Gleichdruckreduzierventils, Gleichdifferenzdruckreduzier­ ventils, Folgeventils mit interner Steuerung und Folgeventils mit externer Steuerung entsprechen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Übertragungsmittel des Ölleitungsnetzes eingesetzt werden, die eine Gruppe von Durchgangsabsperrorganen (a, b, c, d, e) aufweisen, durch deren Verdrehung in die verschiedenen Positionen und zu den verschiedenen, auf den Durchgangsabsperrorganen (a, b, c, d, e) angeordneten Durchgängen die Betriebsarten eines Entspannungsventils, Fernsteuerungsentspannungsven­ tils, Gleichdruckreduzierventils, Gleichdifferenzdruckre­ duzierventils, Folgeventils mit interner Steuerung und Folgeventils mit externer Steuerung eingestellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel des Ölleitungsnetzes ein einzelnes Durchgangsabsperrorgan aufweisen, das um 360 Grad drehbar ist, wobei alle 60 Grad einer Betriebsart entsprechen und im Laufe einer Drehung das Ölleitungsnetz auf sechs Betriebsarten entsprechend dem genannten Entspannungsventil, Fernsteue­ rungsentspannungsventil, Gleichdruckreduzierventil, Gleichdifferenzdruckreduzierventil, Folgeventil mit interner Steuerung und Folgeventil mit externer Steuerung eingestellt wird.

7. Druckregelventil mit einem Steuerventil und einem Hauptventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (20) ein zylindrisches zweiseitiges Dreiwegventil und das Hauptventil (10) ein asymmetrischer Differential­ hydraulikzylinder mit Doppelwirkung ist sowie das Steuerventil (20) und das Hauptventil (10) ein statisch- fehlerfreies Steuersystem vom I-Typ mit negativer Rückführung und geschlossenem Kreislauf darstellen, sowie Übertragungsmittel eines Ölleitungsnetzes zum Verbinden von Ölleitungen (1, 2, 8) und Öldurchgangsöffnungen (4, 5, 9, L) des Steuerventils (20) und des Hauptventils (10) vorgesehen sind, um ein statisch-fehlerfreies Druckregel­ ventil mit Mehrfachfunktion zu bilden.

8. Ventil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (20) mit einer Steuerspule (12) mit zwei Schultern (17, 18) und einem Hals zwischen den beiden Schultern (17, 18), einem Federsitz (16), der am rechten Ende der Steuerspule (12) angeordnet ist, um das linke Ende einer Druckregelfeder (11) zu fixieren, wobei das andere Ende der Feder (11) mittels des Federsitzes (16) mit einem Druckregler (15) verbunden ist, mit einer Steuerhülse (13) mit zwei senkrecht zur Achse der Hülse (13) angeordneten runden Löchern zur Bildung zweier Einlaß/Rücklauf-Öffnungen des Steuerventils (20), mit Ringsammelnuten (19) außerhalb der genannten runden Löcher und in Verbindung mit Ölleitungen (2, 8), einer am linken Ende der Steuerspule (12) angeordneten Kammer, die über eine gesteuerte Öleinlaßleitung (1) mit einer gesteuerten Ölkammer und einer Fernsteuerungsöffnung (K) verbunden ist, sowie mit einer geschlossenen Kammer am rechten Ende der Steuerspule (12) mit einer Öldurchgangsöffnung (9), wobei das Steuerventilge­ häuse (14) die gesteuerte Öleinlaßleitung (1) und Einlaß/Rücklauf-Öffnungen der Ölleitungen (2, 8) aufweist, die mit den entsprechenden Durchgängen und Öffnungen der Steuerhülse (13) verbunden sind.

9. Ventil nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein Hauptventil (10) mit einer Hauptspule (7), die an ihrem Oberende einen Kolben mit einer Schulter und an ihrem Unterende eine konische Öffnung aufweist, einen Hauptventileinlaß (4) im unteren Bereich der genannten konischen Öffnung und einen Hauptventilauslaß (5) im oberen Bereich der genannten konischen Öffnung sowie eine Ringkammer (21), die zwischen dem Hals der Hauptspule (7) in der Nähe ihrer Schulter und einer Haupthülse (6′) ausgebildet ist, wobei die Ringkammer (21) mit der Ölablauföffnung (L) für den Ölrücklauf verbunden ist und die Ölleitung der Ölablauföffnung (L) ihrerseits durch die genannte Haupthülse (6′) und das Hauptventilgehäuse (6) hindurchgeführt ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennnzeichnet, daß die obere Kammer des Hauptventils (10) über die Ölleitung (C) mit der Kammer verbunden ist, die durch den Hals der Steuerspule (12) und die Steuerhülse (13) gebildet wird.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölleitungen (1, 2, 8) und die Öldurchgangsöffnungen (4, 5, 9, L) zur gleichen integrierten Ebene führen und mindestens eine der Durchgangsplatten (41, 42, 43, 44, 45, 46) vorgesehen ist, auf der zur Bildung eines Funktionsnetzes ein Leitungsnetz angeordnet ist, wobei die Durchgangsplatten (41, 42, 43, 44, 45, 46) den Betriebsarten eines Entspannungsventils, Fernsteuerungsentspannungsventils, Gleichdruckreduzierventils, Gleichdifferenzdruckreduzier­ ventils, Folgeventils mit interner Steuerung und Folgeventils mit externer Steuerung entsprechen.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölleitungen (1, 2, 8) und die Öldurchgangsöffnungen (4, 5, 9, L) mittels einer Gruppe von zylindrischen Durchgangsabsperrorganen (a, b, c, d, e) ein Mehrfunktionennetz darstellen, wobei eines der Durchgangsabsperrorgane (a, b, c, d, e) in einer Ebene senkrecht zur Achse des Durchgangsabsperrorgans mit einem T-, L- oder I-förmigen Durchgang versehen ist, und jedes Durchgangsabsperrorgan in verschiedene Positionen drehbar ist, wobei der genannte Durchgang mit verschiedenen Ölleitungen oder Öldurchgangsöffnungen verbunden sein kann, wodurch die fünf verschiedenen Anordnungen für diese fünf Durchgangsabsperrorgane (a, b, c, d, e) das Druckregelventil in die Betriebsart eines Entspannungs­ ventils, Fernsteuerungsentspannungsventils, Gleichdruck­ reduzierventils, Gleichdifferenzdruckreduzierventils, Folgeventils mit interner Steuerung oder Folgeventils mit externer Steuerung bringen.

13. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölleitungen (1, 2, 8) und die Öldurchgangsöffnungen (4, 5, 9, L) mit Hilfe eines Durchgangsabsperrorgans ein Mehrfunktionennetz darstel­ len, wobei das Durchgangsabsperrorgan um 360 Grad drehbar ist und nach jeweils 60 Grad sich in einer Betriebsart befindet, und wobei eine Drehung des genannten Absperrorgans des Druckregelventils sechs Betriebsarten im Sinne eines Entspannungsventils, Fernsteuerungsent­ spannungsventils, Gleichdruckreduzierventils, Gleichdif­ ferenzdruckreduzierventils, Folgeventils mit interner Steuerung und Folgeventils mit externer Steuerung entspricht.

14. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelfeder (11), die an der rechten Seite der Steuerspule (12) angeordnet ist, mit den hydraulischen Kräften, die durch das geregelte Öl auf der linken Seite der Steuerspule (12) erzeugt werden, im Gleichgewicht steht, wodurch die Steuerspule (12) im stabilen Zustand in ihre neutrale Position zurückkehrt, um ein normal geschlossenes Steuerventil (20) zu bilden.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des oberen und des unteren Abschnitts des Kolbens (A ₁/A ₂) der Hauptspule (7) einen Wert von 1,4 bis 2,0 aufweist.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (15) ein manueller Druckregler ist.

17. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (15) ein linearer Elektromagnet ist, der als Zumeßdruckventil einsetzbar ist.

18. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der genannten beiden runden Löcher, die senkrecht zur Achse der Steuerhülse (13) angeordnet sind, 2 bis 2,5 mm betragen.