DE4111537A1 - Vorgesteuertes mehrwege-regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgesteuertes Mehr­ wege-Regelventil, wie z. B. auf ein vorgesteuertes 4- Wege-Proportional- oder -Servoventil mit einem elektro­ mechanisch angesteuerten, mit einem Zweikanten-Vorsteu­ erkolben ausgestatteten Vorsteuerventil und einer Haupt­ stufe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Regelventile werden dazu herangezogen, das Bewegungsverhalten eines Verbrauchers nach Richtung und Größe zu regeln. Die Ausgangsgröße der Hauptstufe, wie z. B. der Verbraucherstrom oder der Verbraucherdruck, wird proportional zu einem elektrischen Eingangssignal- Strom geregelt, indem die Auslenkung des Hauptkolbens auf die Vorsteuerseite, d. h. auf die elektromechanische Ansteuerung des Vorsteuerkolbens rückgeführt wird. Die elektromechanische Ansteuerung des Vorsteuerkolbens er­ folgt häufig über einen Proportionalmagneten, d. h. einen regelbaren, in Öl arbeitenden Gleichstrommagne­ ten, der ein elektrisches Eingangssignal in eine pro­ portionale Kraft umwandelt, wobei eine Erhöhung des Stroms eine entsprechend höhere Magnetkraft bewirkt.

An derartige Regelventile werden, was die Regelgenauig­ keit und das Ansprechverhalten anbelangt, zunehmend hö­ here Anforderungen gestellt. Wichtige Kriterien hierbei sind eine kleine Störkraftanfälligkeit des Vorsteuer­ ventilkolbens, ein möglichst geringer Leerhub im Be­ reich des Vorsteuersystems und geringe reibungskraftbe­ dingte Regelabweichungen. Eine weitere, wesentliche Randbedingung derartiger Regelventile besteht darin, daß mit einfachen Mitteln dafür gesorgt wird, daß das Regelventil bei Unterbrechung oder Störung der Strom­ versorgung im Bereich des Vorsteuerventils möglichst schnell in die sogenannte "Fail-Safe"-Stellung überge­ führt wird, ohne eine nicht gewollte Schaltstellung durchfahren zu müssen und in dieser Stellung verbleibt.

Bei herkömmlichen Regelventilen der vorstehend be­ schriebenen Art waren diese Anforderung nur dadurch er­ füllbar, daß Kompromisse bezüglich des vorrichtungs­ technischen Aufwandes einerseits und der Regelgeschwin­ digkeit andererseits gesucht wurden. So läßt sich bei­ spielsweise bei einer 4-Kanten-Vorsteuerung mit "Null"- Oberdeckung der Steuerkanten eine sichere "Fail-Safe"- Stellung nur mit einer Druckrückführung am Vorsteuer­ kolben, d. h. am Piloten realisieren. Diese Rückführwir­ kung ist allerdings bei bekannten Systemen von der Fe­ derkraft des Hauptkolbens abhängig, so daß sich die Rückstellkraft entsprechend dem Flächenverhältnis zwi­ schen Haupt- und Vorsteuerkolben reduziert.

Ein weiterer Ansatz zur Lösung der eingangs beschriebe­ nen Problematik besteht beispielsweise darin, daß im Bereich des Vorsteuerventils mit drei Stellungen, näm­ lich einer "Fail-Safe"-Stellung und zwei Regelstellun­ gen gearbeitet wird. Hierbei ist allerdings ein größe­ rer Hub des Vorsteuerkolbens erforderlich, der automa­ tisch eine kleinere Federkonstante am Vorsteuerkolben und damit eine größere Störkraftanfälligkeit nach sich zieht. Um diese Störkraftanfälligkeit zu unterdrücken, ist am Vorsteuerkolben, d. h. am Piloten ein Weggeber erforderlich, was wiederum zu einem größeren vorrichtungstechnischen Aufwand führt. Außerdem muß der Kolben des Regelventils bei der Bewegung von 100% Aus­ lenkung in die Fail-Safe-Stellung eine Stellung durch­ fahren, die nicht gewollt ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Regelventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sich mit möglichst geringem vorrichtungstechnischen Aufwand hohe Regelgeschwindigkeiten, ein verbessertes Ansprechver­ halten der Regelung und sichere "Fail-Safe"-Stellungen realisieren lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird im Bereich des Vorsteuerkolbens eine neue Steuerkantengeometrie vorgesehen, die auf die Gestaltung der Steuerflächen der Hauptstufe derart ab­ gestimmt ist, daß der Hauptkolben ständig mit einer ho­ hen, hydraulischen Kraft eingespannt ist, die sich mit dem Hub nicht mehr verändert. Dabei kann ein einfaches 2-Kanten-Vorsteuersystem beibehalten werden, wobei sich der zusätzliche Vorteil ergibt, daß für die Auslenkung des Vorsteuerkolbens jeweils nur ein Magnet angesteuert werden muß. Durch die Wahl des Verhältnisses zwischen dem Außendurchmesser des Kolbens und dem Buchseninnen­ durchmesser läßt sich einerseits der Druck festlegen, bei dem der Hauptkolben seine Bewegung aus der Mittel­ stellung heraus beginnt. Über dieses Durchmesser­ verhältnis wird darüber hinaus bestimmt, mit welcher Unterstützung durch den vollen Pumpendruck die Zurück­ bewegung des Hauptkolbens durchgeführt wird. Dabei er­ gibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die hydraulische Verstärkung des 2-Kanten-Vorsteuerkolbens für steigende und fallende Sollwerte stets gleich ist. Auch ist die Rückstellkraft am Vorsteuerventilkolben hoch und nicht von den Reibkräften an der Hauptstufe abhängig. Weil darüber hinaus der Vorsteuerventilkolben bei der Aus­ lenkung aus der Mittellage keinen eigentlichen Leerhub mehr benötigt und auch bei steigenden Sollwerten nur ein verkürzter Leerhub benötigt wird, kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Auslenkungshub des Vor­ steuerventilkolbens aus der Mittellage auf einem sehr kleinen Wert gehalten werden. Dies eröffnet die Mög­ lichkeit, die Federkonstante der Rückführfedern am Vor­ steuerventil bei gleicher Stellkraft im Bereich der elektromechanischen Ansteuerung, d. h. bei gleicher Ma­ gnetkraft erheblich anzuheben. Hierdurch können rei­ bungskraftbedingte Störfaktoren ohne Weggeber am Vor­ steuerventilkolben wirksam ausgeschlossen werden, ohne daß sich eine größere Störkraftanfälligkeit ergibt. Weil ferner durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Regelung des Hauptkolbens stets auf der Seite erfolgt, an der die größere wirksame Steuerfläche, nämlich die von der Kolbenhülse bzw. vom großen Außendurchmesser des Stufenkolbens definierte Querschnittsfläche liegt und dementsprechend lediglich der halbe Systemdruck herrscht, wird erfindungsgemäß dort die Regelarbeit verrichtet, wo bei kleinerem Regel-Druckabfall eine größere Regelmenge benötigt wird, was regelungstechni­ sche Vorteile mit sich bringt. Dabei ist der eigentli­ che Steuerölbedarf in Form von eingespeistem System­ druck P aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Kolbenenden mit aufgeschobenen Kolbenhülsen nur halb so groß wie die Regelmenge, denn bei steigenden Sollwerten wird der Steuerölbedarf durch die von der Kolbenhülse umgebenen reduzierten Kolbenfläche an der Hauptstufe bestimmt. Von weiterem Vorteil ist dabei, daß bei fallenden Sollwerten die Möglichkeit gegeben ist, die auf Seiten der kleineren Steuerfläche verdrängte Steu­ erölmenge auf der anderen Seite wieder einzuspeisen, wodurch sich eine Art Rückölverwertung ergibt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich dement­ sprechend die eingangs genannte Aufgabe vollständig mit einem Minimum an Bauaufwand lösen, wobei ein weiterer Vorzug der erfindungsgemaßen Lösung darin zu sehen ist, daß sowohl im Bereich der Vorsteuer- als auch im Be­ reich der Hauptstufe mit serienmäßigen Ventilgehäusen gearbeitet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Mit der Querschnittsanpassung gemäß Anspruch 3 ergibt sich eine Halbierung des Regeldrucks und damit eine we­ sentliche Verbesserung des Regelungsverhaltens.

Wenn im Gehäuse der Hauptstufe eine Durchgangsbohrung konstanten Durchmessers für die Aufnahme des Hauptkol­ bens vorgesehen ist und dementsprechend die Kolbenen­ den, auf die die beiden Kolbenhülsen mit Spielpassung aufgeschoben sind, eine kleinere Querschnittsfläche als der Kernbereich des Hauptkolbens aufweisen, ergibt sich ohne zusätzliche Maßnahmen bei Auslenkung des Hauptkol­ bens aus der Mittellage heraus und bei sich daraufhin aufbauendem Druck im Tankkanal eine in Öffnungsrichtung des Hauptkolbens gerichtete Reaktionskraft, die be­ stimmt ist durch das Produkt aus dem sich im Tankkanal aufbauenden Druck und der Querschnittsflächendifferenz am Stufen-Hauptkolben. Durch die Maßnahmen des Pa­ tentanspruchs 4 wird dieser negative Einfluß wieder aufgehoben. Denn der Druckaufbau im Tankkanal führt durch das Druckreduzierventil automatisch zu einer Er­ höhung des Drucks im Drucksteuerkanal des Vorsteuerven­ tils. Diese Druckerhöhung wirkt sich einerseits als zu­ sätzliche Kraft auf das in den Steuerraum eintauchende Kolbenende des Hauptkolbens, d. h. als zusätzliche Öff­ nungskraft aus. Gleichzeitigt wirkt sich diese Drucker­ höhung aber auch auf der anderen Seite des Hauptkolbens mit der größeren Wirkfläche aus, so daß die durch die Stufengestaltung des Hauptkolbens hervorgerufene Öff­ nungskrafterhöhung bei Druckaufbau im Tankanschluß wie­ der kompensiert wird.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Konzept es ermöglicht, im Bereich des Vorsteuerkolbens mit ei­ nem maximalen Auslenkhub aus der Mittelstellung von etwa 1 bis 1,5 mm, beispielsweise von 1,2 mm zu arbei­ ten.

Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 gelingt es, den Vorsteuerkolben möglichst einfach zu gestalten, wo­ bei weitestgehend mit Serienprodukten gearbeitet werden kann.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 9 hat den zusätz­ lichen Vorteil, daß auf der Seite, auf der die Zen­ trier-Rückstellfeder auf die Kolbenhülse einwirkt, ein größtmöglicher Spielraum für die Ankopplung eines Weg­ aufnehmers verbleibt, dessen Signale auf die Vorsteuer­ stufe rückgeführt werden.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht eines vorgesteuerten Re­ gelventils in der Ausführung als 4-Wege­ Proportionalventil;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab die geometrischen Verhältnisse bezüglich der Steuerkanten und Steuernuten am Vorsteuerventilkolben;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Steuer­ kante des Vorsteuerventilkolbens gemäß Fi­ gur 2; und

Fig. 4 im vergrößertem Maßstab die Einzelheit IV in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein vorgesteu­ ertes Mehrwege-Regelventil in der Ausführung als vorge­ steuertes 4-Wege-Proportionalventil bezeichnet, das eine Vorsteuerstufe 12 und eine Hauptstufe 14 hat. Die Vorsteuerstufe 12 weist ein 4/3-Wegeventil 16 mit einem Gehäuse 18 und einem 2-Kanten-Vorsteuerventilkolben 20 auf, der von beiden Seiten über einen Proportionalma­ gneten 22, 24 ansteuerbar ist. Die zugehörigen Elektro- Stellanschlüsse sind mit 23 und 25 gekennzeichnet.

Das Vorsteuerventil hat einen Druck-Steueranschluß X1, einen Tankanschluß T und zwei Ausgangsanschlüsse AV und BV, über die die Ansteuerung der Hauptstufe 14 erfolgt.

Die Hauptstufe 14 weist ein Gehäuse 26 auf, in dessen Durchgangsbohrung 28 verschiebbar ein Hauptkolben 30 mit vier Steuerkanten aufgenommen ist. Im Bereich der Steuerkanten sind jeweils Einkerbungen 31 bis 34 vorge­ sehen, mit denen das Übergangsverhalten beim Auf- und Zusteuern der einzelnen Anschlüsse beeinflußt werden kann. Es sind auch im Bereich der Hauptstufe vier An­ schlüsse vorgesehen, nämlich ein Systemdruckanschluß P, ein Tankanschluß T und zwei Verbraucheranschlüsse A und B, in denen der Druck bzw. die Strömungsmittelversor­ gung in Abhängigkeit von Sollvorgaben geregelt werden soll.

Zu diesem Zweck sind zu beiden Seiten des Hauptkolbens 30 jeweils ein Steuerraum 36, 38 vorgesehen, wobei die Steuerräume 36, 38 vorzugsweise in separaten Zwischen­ gehäuseabschnitten 40, 42 ausgebildet sind. In diese Steuerräume 36, 38 ragen die jeweiligen Enden 44, 46 des Hauptkolbens 30. Die Kolbenenden 36 sind gegenüber dem Mittelabschnitt mit dem Durchmesser D2 im Durchmes­ ser auf D1 reduziert. Es liegt dementsprechend eine Kolbenstufe 48 bzw. 50 vor, die jeweils einen Axialan­ schlag für eine von außen mit Spielpassung aufgescho­ bene Kolbenhülse 52, 54 bildet. Die Kolbenhülse 52, 54 ist in die Durchgangsbohrung 28 eingepaßt und hat dementsprechend den Durchmesser D2, der vorzugsweise so gewählt ist, daß die zugehörige Querschnittsfläche A2 doppelt so groß ist wie die dem Durchmesser D1 entspre­ chende Kernquerschnittsfläche A1.

Jede Kolbenhülse 52, 54 weist einen Ringbund 56, 58 auf, der mit einer Anschlagschulter 57, 59 des Gehäuses 26 in Eingriff bringbar ist. Die Anschlagschulter 57, 59 ist derart auf das Maß AX, d. h. die axiale Länge des Führungsabschnittes der Kolbenhülse 52, 54 und auf den Abstand AB zwischen den Kolbenstufen 48 und 50 abge­ stimmt, daß sich in der zentrierten Neutralstellung des Hauptkolbens 30 gemäß Fig. 1 ein Anlagekontakt zwi­ schen dem Ringbund 56, 58 und der zugehörigen Anschlag­ schulter 57, 59 ergibt. Eine erste Hilfs-Zentrierfeder ist mit 60 bezeichnet und sie stützt sich in einer Boh­ rung des Kolbenendes 44 ab. Im zweiten Steuerraum 38 ist eine zweite Hilfs-Zentrierfeder 62 angeordnet, die sich auf der Außenseite des Ringbundes 58 der Kolben­ hülse 54 abstützt.

Mit 64 ist ein mit dem Hauptkolben 30 gekoppelter Weg­ aufnehmer bezeichnet, dessen Ausgangssignale über Si­ gnal-Rückmeldeleitungen auf die betreffenden Stellan­ schlüsse 23 bzw. 25 gegeben werden, um den Regelkreis zu schließen. Das Bezugszeichen 47 kennzeichnet eine Axialnut am Kolbenende 44. In die Axialnut 47 greift mit Passung ein Verdrehsicherungsfinger 49 ein, der in den Gehäuseabschnitt 42 radial eingeschraubt ist.

Zwischen der Vorsteuerstufe 12 und der Hauptstufe 14 ist ein direkt gesteuertes Druckreduzierventil 68 ange­ ordnet, dessen Kolben 70 zwei Steuerabschnitte 71 und 72 hat, die den gleichen Querschnitt der Fläche A3 bzw. A4 besitzen. Der Steuerabschnitt 71 wird von einer Fe­ der 73 beaufschlagt, die in einem ersten Steuerraum 74 aufgenommen ist, der über einen Anschluß y mit dem Tankanschluß T der Hauptstufe 14 verbunden ist. Der entgegengesetzte zweite Steuerraum 76 steht über eine Längs-Mittelbohrung 77 in Strömungsmittelverbindung mit dem Ausgangsanschluß 78 des Druckreduzierventils 68, der zum Druck-Steueranschluß X1 der Vorsteuerstufe 12 führt. Das Druckreduzierventil 68 bewirkt, daß der am Eingangsanschluß 80 anstehende Druck X auf den Wert X1 reduziert wird, wobei der Druckabfall X - X1 bestimmt wird durch die Kraft der Feder 73 und den Druck im er­ sten Steuerraum 74. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Eingangsanschluß 80, d. h. die Hochdruckseite mit dem Pumpenanschluß P der Hauptstufe 14 verbunden. Die Kraft der Feder 73 ist beispielsweise so gewählt, daß der Druck im Druck-Steueranschluß X1 auf etwa 30 bar reduziert wird.

Fig. 1 zeigt das Regelventil in einer sogenannten "Fail-Safe"-Stellung, d. h. einer sicheren Mittelstel­ lung, in der die Verbraucheranschlüsse A und B der Hauptstufe 14 sowohl zum Systemdruckanschluß P als auch zum Tankanschluß T hin gesperrt sind. Diese Fail-Safe- Stellung wird folgendermaßen eingestellt:
Wie im einzelnen aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, hat der Vorsteuerkolben 20 zwei Haupt-Steuerkanten 81, 82 zur Steuerung der Verbindung zwischen dem Druck- Steueranschluß X1 und den Ausgangsanschlüssen AV und BV sowie zwei Neben-Steuerkanten 83, 84 zur Steuerung der Verbindung zwischen den Ausgangsanschlüssen AU und BV zum Tankanschluß T. Über die Kolbenenden 85, 86 wird der Vorsteuerventilkolben 20 von beiden Seiten mit ei­ ner Feder-Zentrierkraft beaufschlagt, die beispiels­ weise in der neutralen Regelstellung 35 H beträgt. Die Feder-Zentrierkraft wird durch ein Paar von Zentrierfe­ dern 87, 88 aufgebracht, die auf eine Druckscheibe 89 einwirkt, für die am Ventilgehäuse 18 ein Anschlag 90 vorgesehen ist. Über einen in das jeweilige Kolbenende 85, 86 eingeschraubten Justierkörper 91 kann der Kolben in beiden Richtungen von einem Stellstößel beaufschlagt werden, der vom zugehörigen Proportionalmagneten 22, 24 angetrieben wird. Die auf den Stellstößel 92 aufge­ brachte Kraft ist abhängig von der Stärke des Stromsi­ gnals, mit dem der zugehörige Proportionalmagnet ange­ steuert wird. Der Kolben 20 wird dabei von dem jeweils erregten Proportionalmagneten unter Mitnahme der auf der anderen Seite federvorgespannten Druckscheibe 89 wegbewegt.

Wie im einzelnen den Fig. 2 und 3 entnommen werden kann, sind im Bereich der Steuerkanten 81 bis 84 Axial­ nuten 93 bzw. 94 eingearbeitet, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Es können beispielsweise vier im Winkelabstand von 90 oder zwei im Winkelabstand von 180° zueinanderstehende Axialnuten 93 bzw. 94 vorgesehen sein. Die von den Haupt-Steuer­ kanten 81, 82 ausgehenden Axialnuten 93 haben eine Längserstreckung EL, die so groß ist, daß die Nuten 93 in der Zentrierstellung gemäß Fig. 1 und 2 eine Ver­ bindung zwischen dem Druck-Steueranschluß X1 und den Ausgangsanschlüssen AV, BV herstellen. Das zugehörige Überlappungsmaß ist mit MÜ bezeichnet und liegt bei­ spielsweise in der Größenordnung von etwa 0,5 mm. Die­ ses Maß MÜ ist gleich dem Unterdeckungsmaß MU, das bei Auslenkung des Vorsteuerkolbens 20 aus der Mittelstel­ lung heraus erst überbrückt werden muß, um den Tankan­ schluß aufzusteuern. Die jeweilige Breite der Axialnu­ ten 93 bzw. 94 ist mit W bezeichnet.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise des vorgesteuerten Regelventils:
In der gezeigten Neutralstellung, d. h. für den Fall, daß an der Vorsteuerstufe 12 keine Signale anliegen, wird der Vorsteuerkolben 20 durch das Zentrierfederpaar 87, 88 sicher in der zentrierten Mittelstellung gehal­ ten. Der Druck im Druck-Steueranschluß X1 gelangt über die Axialnuten 93 in voller Höhe in die Ausgangsan­ schlüsse AV und BV und somit über Steuerleitungen 35, 37 in die beiden Steuerräume 36, 38. Die für die Auf­ bringung der Zentrierkraft am Hauptkolben 30 wirksame Kraft ist die Ringfläche A2-A1, da sich die jeweili­ gen Kolbenhülsen 52, 54 in Anlage mit der Kolbenstufe 48 bzw. 50 befinden. Der Hauptkolben 30 wird dement­ sprechend mit großer Stellkraft hydraulisch zentriert. Wenn einer der Verbraucher A, B geregelt angesteuert werden soll, wird auf einen der Stellanschlüsse 23, 25 ein elektrisches Signal gegeben, wodurch der Vorsteuer­ kolben 20 aus der Mittellage ausgelenkt wird. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Proportionalmagnet 22 angesteuert wird, so daß der Vorsteuerkolben 20 ge­ mäß Fig. 1 nach rechts verschoben wird. Nach Verschie­ bung des Maßes Mil wird die Verbindung zwischen dem Aus­ gangsanschluß BV und dem Druck-Steueranschluß X1 ge­ schlossen. Bei weiterer Verschiebung wird der Ausgangs­ anschluß BV über die Axialnut 94 mit Tank verbunden. Durch die Stufengestaltung des Hauptkolbens 30, d. h. durch die Bestückung der Kolbenenden 44, 46 mit den Kolbenhülsen 52, 54 bleibt der Hauptkolben 30 so lange in der entsprechend Fig. 1 dargestellten zentrierten Position, bis der Druck im Steuerraum 36 auf einen Wert abgefallen ist, der sich zum Druck X1 verhält wie die Querschnittsfläche A1 zur Gesamtquerschnittsfläche A2. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Flä­ chenverhältnis wie 1:2 gewählt, so daß sich der Haupt­ kolben 30 erst zu bewegen beginnt, wenn der Druck im Steuerraum 36 auf den Wert X1/2 abgefallen ist. Auf der anderen Seite wird die Bewegung des Hauptkolbens durch den vollen Druck X1 unterstützt. Über das Maß W erfolgt eine Beeinflussung der hydraulischen Verstärkung, die möglichst so gewählt ist, daß sie im Vergleich zur elektrischen Verstärkung klein ist.

Die Regelung des Hauptkolbens 30 erfolgt auf der Seite mit der größeren wirksamen Steuerfläche, d. h. mit der Fläche A2 und bei einem Druckniveau, das dem halben Sy­ stemdruck bzw. dem halben Druck X1 entspricht. Wenn der Sollwert steigt, wird der Steuerölbedarf bei weiterer Verschiebung des Hauptkolbens 30 bestimmt durch die Querschnittsfläche des Kolbenendes, d. h. durch die kleinere Fläche A1, wodurch sich ein geringer Steueröl­ bedarf, d. h. eine geringe Einspeisemenge ergibt. Weil die Regelung des Hauptkolbens stets auf der Seite mit der größeren wirksamen Steuerfläche und bei einem ge­ ringeren Druckniveau erfolgt, ergeben sich größere Re­ gelmengen bei kleinerem Regel-Druckabfall, was rege­ lungstechnisch von Vorteil ist.

Durch die Verschiebung des Hauptkolbens 30 aus der Neu­ tralstellung heraus würde sich bei einem Druckaufbau im Tankanschluß T der Hauptstufe 14 aufgrund der Stufen­ ausbildung des Hauptkolbens 30 eine Reaktionskraft
F=p_T · (A2-A1),
wobei p_T der Druck im Tankanschluß T bedeutet. Weil der Federraum 74 des Druckreduzierventils 68 allerdings an den Tankanschluß T angebunden ist, wird dieser negative Einfluß wieder kompensiert, und zwar deshalb, weil sich eine Druckerhöhung im Tankanschluß T automatisch in ei­ ner gleichen Erhöhung des Drucks im Druck-Steueran­ schluß X1 auswirken würde, da gilt:
A3 = A4.

Die sich dadurch ergebende Druckerhöhung wirkt einer­ seits gleichzeitig als zusätzliche Kraft auf die vom Durchmesser D1 bestimmte Fläche A1 in Öffnungsrichtung und auf der anderen Seite des Hauptkolbens auf die durch den Durchmesser D2 bestimmten Fläche A2 in Schließrichtung, wodurch die vorstehend beschriebene zusätzliche Öffnungskraft wieder aufgehoben und auch bei Druckaufbau im Tankanschluß T das Kräftegleichge­ wicht gewahrt bleibt.

Bedingt durch das Druckreduzierventil ergibt sich sowohl für steigende als auch für fallende Sollwerte in Verbindung mit dem stufenartig aufgebauten Hauptkolben an der Steuerkante des Vorsteuerventils 16 stets die gleiche Regel-Druckdifferenz bzw. der gleiche Regel- Druckabfall, und zwar auch bei Druckveränderungen im Tankanschluß T oder im Druckanschluß P der Hauptstufe 14. Somit muß die elektrische Verstärkung des Regel­ kreises bei wechselndem Systemdruck nicht verändert werden.

Vorzugsweise wird das Druckreduzierventil 68 in soge­ nannter Zwischenplatten-Bauweise ausgeführt, so daß die Strömungswege für die Anbindung des Federraumes 74 an den Tank des Hauptventils 14 und für die interne Steu­ erölzufuhr, die vom Druckanschluß P der Hauptstufe 14 abgeleitet ist, möglichst kurz werden.

Das Druckreduzierventil kann mit verhältnismäßig nied­ rigen Ausgangsdrücken von beispielsweise 30 bar arbei­ ten, wobei dennoch eine sehr hohe Rückstellkraft am Hauptkolben gegeben ist. Es ist auch möglich, mit einer Tankvorspannung zu arbeiten. Die Steuerölzufuhr an den Anschluß X erfolgt vorzugsweise intern, wobei der Be­ triebsdruck 40 bar nicht unterschreiten sollte. Damit ergeben sich ausreichende Druckreserven für das Druck­ reduzierventil 68.

Vorzugsweise beträgt der maximale gesamte Auslenkhub des Vorsteuerkolbens 20 aus der Mittellage lediglich etwa 1 bis 1,5 mm, vorzugsweise 1,2 mm, so daß die Fe­ derkonstante der Rückführfeder am Pilotventil auf etwa 45 N/mm bei Verwendung handelsüblicher Proportionalma­ gneten angehoben werden kann. Die Störkraftanfälligkeit wird auf diese Weise kleiner, selbst wenn kein Weggeber im Bereich des Vorsteuerkolbens vorgesehen wird.

Bei Unterbrechung der Stromzufuhr für die Stelleinrich­ tungen geht der Vorsteuerventilkolben unter Einwirkung der hohen Federzentrierkraft in die Mittelstellung und der Hauptkolben wird hydraulisch durch die Kolbenhülsen 52 bzw. 54 in kürzester Zeit zentriert. Unterstützt wird die Zentrierwirkung durch die Druckfedern 62 und 60.

Selbstverständlich sind Abweichungen vom vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann das Flächenverhältnis A2/A1 beliebig gewählt werden, um eine Abstimmung an den betreffenden Regelkreis vorzu­ nehmen. Es ist auch möglich, am Tankanschluß mit soge­ nannter Tankvorspannung zu arbeiten.

Die Erfindung schafft somit ein vorgesteuertes Mehr­ wege-Regelventil mit einem elektromechanisch angesteu­ erten Vorsteuerventil und einer Hauptstufe mit einem Hauptkolben, der hydraulisch und federzentriert in eine Mittelstellung vorgespannt ist, in der alle Anschlüsse gesperrt sind und der mit seinen beiden End-Stirnflä­ chen in Steuerräume eintaucht, die mit jeweils einem Ausgangsanschluß des Vorsteuerventils verbunden sind. Zur Verbesserung des Ansprechverhaltens unter Beibehal­ tung einer sicheren sogenannten "Fail-Safe"-Stellung ist der in 2-Kanten-Bauweise ausgeführte Vorsteuerkol­ ben in eine Mittelstellung federzentriert, in der eine Verbindung des Druck-Steueranschlusses mit beiden Aus­ gangsanschlüssen aufrechterhalten ist. Ferner ist auf die jeweiligen Enden des Hauptkolbens eine in der Ven­ tilbohrung geführte Kolbenhülse geschoben, die sich ei­ nerseits an einer Schulter des Hauptkolbens abstützt und deren Bewegung vom Steuerraum weg durch einen ge­ häusefesten Anschlag begrenzbar ist, welcher so gelegt ist, daß er die zentrierte Mittelstellung des Hauptkol­ bens definiert.

Claims (9)

1. Vorgesteuertes Mehrwege-Regelventil, insbesondere vorgesteuertes 4-Wege-Proportional- oder -Servoventil, mit einem elektromechanisch angesteuerten, mit einem Vorsteuerkolben und zwei Steuerkanten pro Ausgangsanschluß ausgestatteten Vorsteuerventil und ei­ ner Hauptstufe mit einem Hauptkolben, der hydraulisch und federzentriert in eine Mittelstellung vorgespannt ist, in der alle Anschlüsse gesperrt sind, und der mit seinen beiden End-Stirnflächen in Steuerräume ein­ taucht, die mit jeweils einem Ausgangsanschluß des Vor­ steuerventils verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben (20) eine federzentrierte Mit­ telstellung hat, in der eine Verbindung des Druck-Steu­ eranschlusses (X1) mit beiden Ausgangsanschlüssen (AV, BV) aufrechterhalten ist, und daß auf die jeweiligen Enden (44, 46) des Hauptkolbens (30) eine in der Ventilbohrung (28) geführte Kolbenhülse (52, 54) ge­ schoben ist, die sich einerseits an einer Schulter (48, 50) des Hauptkolbens (30) abstützt und deren Bewegung vom jeweiligen Steuerraum (36, 38) weg durch einen gehäusefesten Anschlag (57, 59) begrenzbar ist, der so gelegt ist, daß er die zentrierte Mittelstellung des Hauptkolbens (30) definiert.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vorsteuerventil von einem 4/3-Wegeventil (16) gebildet ist, dessen Ventilkolben (20) beidseitig von einem Proportionalmagneten (22, 24) beaufschlagbar ist und mit einer federbelasteten Platte (89) in Anla­ gekontakt steht, für die ein Gehäuseanschlag (90) zur Festlegung der Zentrierstellung vorgesehen ist.

3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenhülse (52, 54) einen Quer­ schnitt (A2-A1) hat, der im wesentlich dem Quer­ schnitt (A1) des sie tragenden Kolbenendes (44, 46) entspricht.

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D2) der Kolbenhülse (52, 54) dem Durchmesser der Durchgangs- Kolbenbohrung (28) entspricht und daß zwischen dem Vor­ steuerventil (16) und der Hauptstufe (14) ein direkt gesteuertes Druckreduzierventil (68) vorgesehen ist, dessen Federseite (74) mit dem Tankanschluß (T) der Hauptstufe (14) und dessen Hochdruckseite (76) mit dem Systemdruckanschluß (H, P) verbunden ist, wobei die Querschnittsflächen der Steuerabschnitt (71, 72) gleich groß sind.

5. Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß es in einer Zwischenplatte zwischen Hauptstufe (14) und Vorsteuerstufe (12) untergebracht ist.

6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben (20) einen maximalen Auslenkhub aus der Mittelstellung von 1 bis 1,5 mm hat.

7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die beidseitige Druckbeauf­ schlagung der Vorsteuerventil-Ausgangsanschlüsse (AV, BV) über Axial-Nuten (93) erfolgt, die von den betref­ fenden Steuerkanten (81, 82) ausgehen und eine vorbestimmte Länge (EL) haben.

8. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Tankanschluß (T) unter Tankvorspannung stehen kann.

9. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die -Zentrierlage des Haupt­ kolbens (30) zusätzlich durch ein gegensinnig wirkendes Federpaar (60, 62) stabilisiert wird, wobei eine Feder (60) mit einem ersten Kolbenende (44) des Hauptkolbens (30) und die andere Feder (62) mit der Kolbenhülse (54) zusammenwirkt, die auf dem anderen, zweiten Kolbenende (46) sitzt.