DE4431330B4

DE4431330B4 - Sitzventil mit Kraftrückkopplungssteuerung

Info

Publication number: DE4431330B4
Application number: DE4431330A
Authority: DE
Inventors: Lawrence F. Joliet Schexnayder
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2014-09-03
Also published as: JPH07151107A; DE4431330A1; JP3710836B2; US5421545A

Abstract

Sitzventil (10) mit Kraftrückkopplung, das folgendes aufweist:
einen Einlaßanschluß (14),
einen Auslaßanschluß (17),
eine Bohrung (12, 13),
ein in der Bohrung (12, 13) angeordnetes Ventilelement (19), das gleitbar ist zwischen offenen und geschlossenen Positionen, um einen Strömungsmittelstrom zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen (14, 17) zu steuern, und eine erste Reaktionsoberfläche (22) und eine zweite, größere Reaktionsoberfäche (26) aufweist,
eine Betätigungskammer (23), die teilweise durch die erste Reaktionsoberfläche (22) definiert wird und in ständiger Verbindung mit dem Einlaßanschluß (14) steht,
eine Steuerkammer (27), die teilweise durch die zweite Reaktionsoberfläche (26) definiert wird,
einen ersten Durchlaß (53), der mit dem Einlaßanschluß (14) in Verbindung steht;
einen zweiten Durchlaß (36), der mit dem Auslaßanschluß (17) in Verbindung steht;
ein Vorsteuer- oder Pilotventil (28), das zwischen der Steuerkammer (27) und dem ersten und zweiten Durchlaß (53, 36) angeordnet ist und einen Ventilschieber (29) umfaßt, der...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Sitzventil und insbesondere auf ein Sitzventil der Servobauart mit Kraftrückkopplungssteuerung.
Stand der Technik
Strömungsverstärkende Sitzventile besitzen üblicherweise eine Steuerkammer, die über eine Zumeßöffnung mit einem Einlaßanschluß und über einen Vorsteuer- oder Pilotdurchlaß mit einem Auslaßanschluß verbunden ist. Die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad des Sitzventils wird gesteuert durch Steuern von Strömungsmittelstrom durch den Pilotdurchlaß, um einen Druckabfall über die Einlaß-Zumeßöffnung zu schaffen, um den Steuerdruck in der Steuerkammer zu vermindern, so daß der Einlaßdruck den Ventilkörper aus dem Ventilsitz drängt, wenn der Steuerdruck unter den Einlaßdruck fällt. Der Öffnungsgrad des Ventilkörpers wird wahlweise gesteuert durch Regulieren der Strömung durch den Pilotdurchlaß mit einem Vorsteuer- oder Pilotventil.
Eines der Probleme, das mit gegenwärtigen Sitzventilkonstruktionen assoziiert wird, ist, daß, weil der Öffnungsgrad des Ventilkörpers mit sich ändernden, auf das Sitzventil wirkenden Strömungskräften fluktuiert aufgrund von sich ändernden Druckbedingungen, es keine Beziehung oder Korrelation zwischen dem Öffnungsgrad des Ventilkörpers und dem Öffnungsgrad des Pilotventils gibt.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Versetzung des Ventilkörpers abhängig ist von dem Pilotströmungsvolumen durch den Pilotdurchlaß, wobei ein erhöhter Öffnungsgrad des Ventilkörpers eine erhöhte Pilotströmung benötigt. Bei größeren Sitzventilen wird die Pilotströmung signifikant genug, um sich auf die Pilotventilkonstruktion auszuwirken. Insbesondere, wenn das Pilotventil durch ein Solenoid oder einen Elektromagneten gesteuert wird, wird ein leistungsfähigerer Elektromagnet benötigt, um das Pilotventil gegen die Strömungskräfte zu bewegen, die auf das Pilotventil wirken.

GB 2 065 929 A offenbart ein Flüssigkeitsströmungsventil wobei die Position eines Schließgliedes in einem Strömungsdurchlass das Ausmaß der Strömung dahindurch bestimmt. Das Schließglied begrenzt einen mit Strömungsmittel gefüllten Hohlraum und ist in diesem gleitbar beweglich, wobei der Hohlraum abhängig von der Position eines Kraftübertragungsglieds über erste Durchlässe mit einem Auslaß verbunden werden kann, was eine Bewegung des Schließgliedes in einer öffnenden Richtung gestattet, oder über zweite Durchlässe mit dem Einlaßanschluß verbunden werden kann, was eine Bewegung des Schließgliedes in einer schließenden Richtung gestattet. Das Ausmaß der Bewegung des Schließgliedes wird durch eine Feder gesteuert, die sich zwischen dem Kraftübertragungsglied und dem Schließglied erstreckt, und wird bestimmt durch die Größe einer vorwählbaren Kraft, die auf das Kraftübertragungsglied ausgeübt wird. Die vorwählbare Kraft kann mittels eines Elektromagneten, eines Hydraulikkolbens oder durch einen manuellen Hebel angelegt werden.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der oben genannten Nachteile oder Probleme zu überwinden.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Sitzventil mit Kraftrückkopplung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Sitzventil mit Kraftrückkopplung besitzt Einlaß- und Auslaßanschlüsse, eine Bohrung, ein Ventilelement, das gleitbar in der Bohrung angeordnet ist zwischen offenen und geschlossenen Positionen, um eine Strömungsmittelströmung zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen zu steuern und mit einer ersten Reaktionsoberfläche und einer zweiten größeren Reaktionsoberfläche, einer Betätigungskammer, die teilweise durch die erste Reaktionsoberfläche definiert wird und in ständiger Verbindung mit dem Einlaßanschluß steht und eine Steuerkammer, die teilweise durch die zweite Reaktionsoberfläche definiert wird. Eine Zumeßöffnung ist vorgesehen zum beschränkten Leiten von Strömungsmittel von dem Einlaßanschluß zu der Steuerkammer. Ein Pilotventil ist zwischen der Steuerkammer und dem Auslaßanschluß angeordnet und umfaßt einen Ventilkolben bzw. Ventilkörper, der eine variable Auslaßzumeßöffnung definiert, die die Steuerkammer mit dem Auslaßanschluß verbindet. Der Ventilkolben bzw.

Ventilkörper besitzt eine erste Position, in der er einen Strömungsmittelstrom durch die Auslaßzumeßöffnung blockiert, und er ist bewegbar aus der ersten Position in einer ersten Richtung zum Schaffen der variablen Auslaßzumeßöffnung. Es sind Mittel vorgesehen zum wahlweisen Ausüben einer variablen Steuerkraft, die den Ventilkörper in die erste Richtung drückt. Eine Kraftrückkopplungsfeder ist zwischen dem Ventilelement und dem Ventilkörper positioniert, um eine Rückkopplungskraft gegen den Ventilkörper auszuüben in Proportion zu der Versetzung des Ventilelements.

Die vorliegende Erfindung sieht ein verbessertes Sitzventil mit Kraftrückkopplung vor, das die Fähigkeit des positiven oder eindeutigen Blockierens einer Strömung eines Sitzventils verwendet sowie die Strömungsmodulation eines Kolben- oder Schieberventils verwendet, und eine präzisere Verbindung oder Korrelation der Versetzung des Sitzventils bezüglich einer Eingangssteuerkraft vorsieht. Genauer wird die Eingangsteuerkraft gegen den Pilotventilkolben ausgeübt, der einen Druck in der Steuerkammer steuert, die eine Kraftrückkopplungsfeder enthält, welche zwischen dem Pilotventilkörper und dem Ventilelement positioniert ist, um eine mechanische Rückkopplung zwischen dem Ventilelement und dem Pilotventilkörper vorzusehen. Die mechanische Rückkopplung sieht eine präzisere Steuerung der Versetzung des Ventilelements vor, als sie erhalten werden kann durch Steuern von nur dem Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer, so daß das Sitzventil auch als ein Sitzventil der Servobauart funktioniert. Somit wird die gewünschte Versetzung des Sitzventils beibehalten unabhängig von Änderungen von Strömungskräften oder anderen Arten von äußeren Störungen, die auf das Sitzventil wirken.

Es folgen Aus

führungsbeispiele anhand der Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
2 eine Schnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ein Sitzventil 10 mit Kraftrückkopplung umfaßt einen zusammengesetzten Körper 11 mit einem Paar von konzentrischen Bohrungen 12, 13, einem Einlaßanschluß 14 in Verbindung mit der Bohrung 13 über eine Vielzahl von strömungsmodulierenden Anschlüssen 16, einen Auslaßanschluß 17 in Verbindung mit der Bohrung 13 und einen Ventilsitz 18 zwischen der Bohrung 13 und dem Auslaßanschluß 17. Ein abgestuftes Sitzventilelement 19 ist gleitbar in den Bohrungen 12, 13 angeordnet, um einen Strömungsmittelstrom durch die modulierenden Anschlüsse 16 zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen 14, 17 zu steuern. Das Ventilelement 19 besitzt eine Endoberfläche 20 und eine konische Oberfläche 21, die in der geschlossenen Position des Ventilelements mit dem Ventilsitz 18 in abdichtender Weise in Eingriff steht. Eine ringförmige Reaktionsoberfläche 22 auf dem Ventilelement wirkt mit dem Körper 11 zusammen, um eine Betätigungskammer 23 zu definieren in ständiger Verbindung mit dem Einlaßanschluß 14 über eine Vielzahl von Durchlässen 24, so daß das Ventilelement ständig in eine Ventilöffnungsrichtung gedrängt wird durch das Druckströmungsmittel in der Betätigungskammer 23. Eine weitere Reaktionsoberfläche 26 auf dem Ventilelement 19 wirkt mit dem Körper zusammen, um eine Steuerkammer 27 zu definieren.
Ein Pilot- oder Vorsteuerventil 28 umfaßt einen Pilotventilkörper bzw. -schieber 29, der gleitbar in einer Bohrung 31 angeordnet ist, die axial mit der Bohrung 12 ausgerichtet ist. Der Schieber 29 wird elastisch in die gezeigte Position gedrängt durch eine Rückkopplungsdruckfeder 32, die in der Steuerkammer 27 zwischen dem Ventilelement 19 und einem ringförmigen Flansch 33 angeordnet ist, welcher in geeigneter Weise mit dem Schieber 29 verbunden ist. Eine Vielzahl von radialen Anschlüssen, von denen zwei bei 34 gezeigt sind, verbinden die Bohrung 31 mit einem Durchlaß 36, der mit dem AuslaBanschluß 17 in Verbindung steht. Der Schieber 29 blockiert in der gezeigten Position eine Verbindung durch die Anschlüsse 34. Eine Bewegung des Schiebers 29 in einer ersten Richtung zu dem Ventilelement 19 hin schafft, wie im weiteren beschrieben wird, eine variable Auslaßzumeßöffnung 38 zwischen der Steuerkammer 27 und dem Auslaßanschluß 17. Ein Durchlaß 39, der sich durch den Schieber 29 erstreckt, verbindet die Steuerkammer 27 mit einer Druckausgleichskammer 41. Der Schieber 29 sieht auch eine variable Einlaßzumeßöffnung 42 zwischen einem Durchlaß 43 und der Steuerkammer 27 vor. Die Größe der Einlaßzumeßöffnung 42 nimmt ab und die Größe der Auslaßzumeßöffnung 38 steigt an, wenn sich der Schieber 29 in der ersten Richtung bewegt. Die Einlaßzumeßöffnung 42 und die Auslaßzumeßöffnung 38 dieses Ausführungsbeispiels werden üblicherweise als eine negative Überdeckungskonstruktion bezeichnet, da sich die Auslaßzumeßöffnung leicht öffnet, bevor die Einlaßzumeßöffnung geschlossen wird. Alternativ dazu könnte der Schieber 29 entweder mit einer Null-Überdeckungskonstruktion versehen sein, bei der die Auslaßzumeßöffnung sich in dem Augenblick öffnet, in dem die Einlaßzumeßöffnung geschlossen wird, oder mit einer positiven Überdeckungskonstruktion, bei der die Einlaßzumeßöffnung geschlossen wird, kurz bevor die Auslaßzumeßöffnung geöffnet wird.
Mittel 46 sind vorgesehen zum wahlweisen Ausüben einer variablen Steuerkraft, die den Pilotventilkörper bzw. -schieber 29 in die erste Richtung drückt. Die Kraftausübungsmittel 46 umfassen einen Proportionalelektro magneten 47, der in geeigneter Weise lösbar an dem Körper 11 befestigt ist und einen bewegbaren Schaft oder Stange 48 besitzt, der mit dem Schieber 29 in Eingriff steht.
Ein Überdruck- oder Ablaßventil 49 ist zwischen dem Vorsteuer- oder Pilotventil 28 und den Einlaß- und Auslaßanschlüssen 14, 17 angeordnet und umfaßt einen Ventilschieber 51, der elastisch in die gezeigte Position gedrückt wird durch eine Druckfeder 52. Der Ventilschieber 51 schafft in dieser Position eine Verbindung zwischen einem Durchlaß 53, der mit dem Einlaßanschluß 14 verbunden ist und dem Durchlaß 43, während er eine Verbindung zwischen dem Durchlaß 53 und dem Durchlaß 36 blockiert. Der Durchlaß 53 steht in ständiger Verbindung mit einer Steuerkammer 54 über eine Dämpfungszumeßöffnung 56. Eine Abwärtsbewegung des Ventilschiebers 51 blockiert aufeinanderfolgend die Verbindung zwischen den Durchlässen 53 und 43, sieht eine eingeschränkte Verbindung zwischen den Durchlässen 53 und 43 über eine Zumeßöffnung 57 vor und schafft nachfolgend eine variable Zumeßöffnung 58 zwischen den Duchlässen 36 und 43.
Alternativ dazu kann die Überdruck- oder Ablaßventilfunktion nicht benötigt werden bei einigen Verwendungen des Kraftrückkopplungssitzventils und somit kann das Überdruck- oder Ablaßventil 49 weggelassen werden, wobei der Durchlaß 53 direkt mit dem Durchlaß 43 verbunden wird.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel des Kraftrückkopplungssitzventils 10 der vorliegenden Erfinung ist in 2 gezeigt. Es sei bemerkt, daß die gleichen Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, um ähnlich konstruierte Gegenstücke dieses Ausführungsbeispiels zu bezeichnen. In diesem Ausführungsbeispiel wurde jedoch das Überdruck- oder Ablaßventil 49 weggelassen und das Pilotventil 29 wurde modifiziert, um die variable Einlaßzumeßöffnung zu eliminieren. Eine Einlaßzumeßöffnung 61 mit fester Größe in dem Ventilelement 19 verbindet den Einlaßanschluß 14 ständig mit der Steuerkammer 27. Die Größe der festen Zumeßöffnung 61 ist geringer als die maximale Größe der Auslaßzumeßöffnung 38, die durch eine Abwärtsbewegung des Schiebers 29 geschaffen wird. Alternativ dazu kann die Zumeßöffnung 61 mit festgelegter Größe innerhalb des Ventilkörpers 11 gebildet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die normale Verwendung des Sitzventils 10 mit Kraftrückkopplung besteht darin, einen Strömungsmittelstrom von dem Einlaßanschluß 14 zu dem AuslaBanschluß 17 modulierbar zu steuern. Ein Beispiel einer solchen Verwendung ist, daß der Einlaßanschluß 14 mit einer Pumpe verbunden ist, wobei der Auslaßanschluß 17 mit einem Hydraulikmotor verbunden ist zum Steuern des Stroms von Druckströmungsmittel zu dem Hydraulikmotor. Ein weiteres Beispiel wäre es, den Einlaßanschluß 14 mit einem Hydraulikmotor zu verbinden und den AuslaBanschluß 17 mit einem Tank zu verbinden zum Steuern des Stroms von Druckströmungsmittel von dem Motor zu dem Tank. In beiden Fällen wird das Ventilelement 19 ständig in eine Ventilöffnungsrichtung zu dem Pilotventil 28 gedrückt, und zwar durch das Druckströmungsmittel in der Betätigungskammer 23, das auf die Reaktionsoberfläche 22 wirkt, und das Strömungsmittel in dem Auslaßanschluß, das auf die Endoberfläche 20 wirkt. Wenn der Pilotventilschieber 29 jedoch in der gezeigten Position ist, wird Druckströmungsmittel durch die Einlaßzumeßöffnung 42 zu der Steuerkammer 27 geleitet, um eine Ventilschließkraft zu erzeugen, die mit der Kraft der Rückkopplungsfeder 32 kombiniert wird, um die kombinierte Ventilöffnungskraft zu überwinden, die auf die Oberflächen 20 und 22 wirkt, um die konische Oberfläche 21 zwangsweise in einen Sitzeingiff mit dem Ventilsitz 18 zu drücken.
Eine Verbindung zwischen dem Einlaßanschluß 14 und dem Auslaßanschluß 17 wird eingeleitet durch Anlegen eines elektrischen Signals an den Elektromagneten 47, so daß eine Steuerkraft entgegen dem Schieber 29 ausgeübt wird durch den Schaft 48 in einer Richtung nach unten oder einer Ventilöffnungsrichtung. Eine Abwärtsbewegung des Ventilschiebers 29 schränkt anfangs die Öffnung der Einlaßzumeßöffnung 42 ein und öffnet nachfolgend die Auslaßzumeßöffnung 38 zwischen der Steuerkammer 27 und dem Auslaßanschluß 17. Dies vermindert das Druckniveau in der Steuerkammer 27, so daß das Ventilelement 19 sich in einer Ventilöffnungsrichtung nach oben bewegt, um anfangs die konische Oberfläche 21 von dem Ventilsitz 18 abzuheben und um nachfolgend eine Verbindung zwischen dem Einlaßanschluß 14 und dem Auslaßanschluß 17 über die strömungsmodulierenden Anschlüsse 16 herzustellen. Die Aufwärtsbewegung des Ventilelements 19 in der Ventilöffnungsrichtung drückt die Rückkopplungsfeder 32 zusammen, was eine Rückkopplungskraft gegen den Ventilschieber 29 ausübt, um der Steuerkraft entgegenzuwirken, die auf den Ventilschieber 29 durch den Elektromagneten 47 ausgeübt wird, und sie wird fortdauern, bis die Rückkopplungskraft und die auf den Ventilschieber 29 wirkende Steuerkraft im Gleichgewicht sind. Zu diesem Zeitpunkt werden die Größen der Einlaßzumeßöffnung 42 und der Auslaßzumeßöffnung 38 in steuerbarer Weise moduliert, um einen Druck in der Steuerkammer 27 aufrechtzuerhalten, so daß die Ventilschließkraft, die auf das Ventilelement 19 ausgeübt wird, gleich ist den Ventilöffnungskräften. Somit wird eine Versetzung des Ventilelements 19 durch die Rückkopplungsfeder gegen den Ventilschieber 29 zurückgeführt bzw. zurückgekoppelt, so daß eine Versetzung des Ventilelements proportional ist zu dem Niveau bzw. der Größe der Steuerkraft, die auf das Pilotventil 29 durch den Elektromagneten 47 ausgeübt wird. Die Kombination der Rückkopplungsfeder und des Pilotventilschiebers kompensieren Strömungskräfte und jegliche andere Art von äußeren Störungskräften, die auf das Ventilelement 19 wirken. Der Strömungsmittelstrom durch die Einlaß- und Auslaßzumeßöffnungen, der benötigt wird, um das Ventilelement in der offenen Position zu halten, ist extrem klein, wodurch die Verwendung eines Elektromagneten mit niedriger Kraft gestattet wird. Eine neue Position des Ventilelements 19 kann erhalten werden durch Erhöhen oder Vermindern der Stärke des elektrischen Signals an den Elektromagneten und somit des Niveaus oder der Stärke der Steuerkraft, die auf den Ventilschieber 29 ausgeübt wird. Ein vollständiges Beseitigen des elektrischen Signals ergibt, daß sich das Ventilelement in die gezeigte strömungsblockierende Position bewegt.
Das Überdruck- oder Ablaßventil 49 wirkt über das Ventilelement 19, um den Druck in dem Einlaßanschluß 14 abzulassen, wenn der Strömungsmitteldruck darin einen vorbestimmten Wert überschreitet, der durch die Vorbelastung oder Vorspannung der Feder 52 bestimmt wird. Genauer steht das Druckströmungsmittel von dem Einlaßanschluß 14 ständig in Verbindung mit der Steuerkammer 54, um eine Kraft auf den Ventilschieber 51 entgegen der Feder 52 auszuüben. Wenn die durch das Druckströmungsmittel in der Kammer 54 auf den Ventilschieber 51 ausgeübte Kraft die Kraft überschreitet, die von der Feder 52 auf den Ventilschieber 51 ausgeübt wird, bewegt sich der Ventilschieber 51 entgegen der Vorspannung der Feder 52 nach unten. Eine Abwärtsbewegung des Ventilschiebers 51 blockiert anfangs die Verbindung zwischen den Durchlässen 53 und 43, wobei der Durchlaß 53 nachfolgend allein über die Zumeßöffnung 57 mit fester Größe mit dem Durchlaß 43 in Verbindung steht. Eine weitere Abwärtsbewegung des Ventilschiebers 51 ergibt, daß die Öffnung der Auslaßzumeßöffnung 58 einen seriellen Strömungsmittelstrom durch die feste Zumeßöffnung 57 und die Auslaßzumeßöffnung 58 schafft. Ein Druckabfall über die Zumeßöffnung 57 mit fester Größe wird hergestellt, wenn die Größe der Auslaßzumeßöffnung 58 die Größe der festen Zumeßöffnung 57 überschreitet, wodurch der Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer 27 vermindert wird. Wie vorher beschrieben, vermindert eine Verminderung des Strömungsmitteldrucks in der Steuerkmmer 27 die Ventilschließkraft, die auf das Ventilelement 19 ausgeübt wird, und schließlich wird die Ventilöffnungskraft größer als die Ventilschließkraft, wodurch bewirkt wird, daß sich das Ventilelement 19 nach oben bewegt, um den Einlaßanschluß 14 mit dem Auslaßanschluß 17 zu verbinden, um den Druck in dem Einlaßanschluß 14 abzulassen. Wenn der Strömungsmitteldruck in dem Einlaßanschluß 14 auf ein Niveau unterhalb eines vorbestimmten Niveaus abnimmt, wird die Feder 52 wiederum das Ventil 51 in die gezeigte Position drücken bzw. drängen, um eine Verbindung zwischen dem Einlaßanschluß 14 und der Steuerkammer 27 wiederherzustellen, um das Ventilelement 19 in die gezeigte strömungsmittelblockierende Position zu drücken.
Der Betrieb des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen der gleiche wie oben beschrieben, wobei die Unterschiede darin bestehen, wie der Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer 27 gesteuert wird. Genauer wird eine Öffnung des Ventilelements 19 eingeleitet durch Leiten eines elektrischen Signals zu dem Elektromagneten 47, so daß der Elektromagnet eine vorbestimmte Steuerkraft gegen den Schieber 29 ausübt in einer Richtung, die den Ventilschieber zu dem Ventilelement 19 hin drängt. Dies ergibt, daß die Öffnung der Auslaßzumeßöffnung 38 eine modulierte Verbindung zwischen der Steuerkammer 27 und dem Auslaßanschluß 17 herstellt. Wenn die Einlaßzumeßöffnung 61 und die Auslaßzumeßöffnung 38 nun in einer seriellen Strömungsbeziehung stehen, wird ein Druckabfall über die Einlaßzumeßöffnung 61 hinweg erzeugt, wenn die Größe der Auslaßzumeßöffnung 38 vergrößert bzw. geöffnet wird. Dies vermindert dadurch den Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer 27, und sobald der Strömungsmitteldruck ausreichend vermindert ist, daß die Ventilschließkraft auf das Ventilelement geringer wird als die Ventilöffnungskraft, wird sich das Ventilelement 19 nach oben bewegen, um eine Verbindung zwischen dem Einlaßanschluß 14 und dem Auslaßanschluß 17 herzustellen. Wie oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bewirkt die Aufwärtsbewegung des Ventilelements 19, daß die Rückkopplungsfeder 32 eine Kraft auf den Ventilschieber 29 in einer Ventilschließrichtung ausübt entgegen der Steuerkraft, die durch den Elektromagneten ausgeübt wird. Eine Bewegung des Ventilelements 19 in der Ventilöffnungsrichtung wird aufhören, sobald die durch die Rückkopplungsfeder 32 ausgeübte Kraft gleich ist zu der Steuerkraft, so daß eine Versetzung des Ventilelements 19 proportional zu der Steuerkraft ist.
Angesichts der vorhergehenden Beschreibung ist es deutlich, daß die Struktur der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Sitzventil mit Kraftrückkopplung vorsieht, das in erster Linie als ein Servoventil funktioniert, wobei eine Versetzung des Sitzventils proportional ist zu einer Steuerkraft, die auf einen Pilotventilschieber ausgeübt wird. Dies wird erreicht durch Positionieren einer Kraftrückkopplungsfeder zwischen dem Ventilelement und dem Pilotventilschieber, so daß eine Versetzung des Ventilelements in der Ventilöffnungsrichtung die Rückkopplungsfeder zusammendrückt und bewirkt, daß diese eine Rückkopplungskraft auf den Pilotventilschieber ausübt entgegen der Steuerkraft, so daß eine Bewegung des Ventilelements aufhört, wenn die Steuerkraft und die Rückkopplungskraft im Gleichgewicht sind. Das vorliegende Sitzventil mit Kraftrückkopplung kompensiert Strömungskräfte, die auf das Ventilelement wirken.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Ein Sitzventil mit Kraftrückkopplung besitzt ein Ventilelement zum Steuern eines Strömungsmittelstroms von einem Einlaßanschluß zu einem Auslaßanschluß. Eine Einlaßzumeßöffnung verbindet Druckströmungsmittel von dem Einlaßanschluß mit einer Steuerkammer oberhalb des Ventilelements. Ein Pilotventil sieht eine Auslaßzumeßöffnung zwischen der Steuerkammer und dem Auslaßanschluß vor, um wahlweise das Druckniveau in der Steuerkammer zu vermindern ansprechend auf eine Steuerkraft, die an das Pilotventil angelegt wird. Eine Rückkopplungsfeder ist in der Steuerkammer angeordnet zwischen dem Ventilelement und dem Pilotventil, so daß eine Versetzung des Ventilelements proportional ist zu der Steuerkraft, die auf das Pilotventil ausgeübt wird.

Claims

Sitzventil (10) mit Kraftrückkopplung, das folgendes aufweist: einen Einlaßanschluß (14), einen Auslaßanschluß (17), eine Bohrung (12, 13), ein in der Bohrung (12, 13) angeordnetes Ventilelement (19), das gleitbar ist zwischen offenen und geschlossenen Positionen, um einen Strömungsmittelstrom zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen (14, 17) zu steuern, und eine erste Reaktionsoberfläche (22) und eine zweite, größere Reaktionsoberfäche (26) aufweist, eine Betätigungskammer (23), die teilweise durch die erste Reaktionsoberfläche (22) definiert wird und in ständiger Verbindung mit dem Einlaßanschluß (14) steht, eine Steuerkammer (27), die teilweise durch die zweite Reaktionsoberfläche (26) definiert wird, einen ersten Durchlaß (53), der mit dem Einlaßanschluß (14) in Verbindung steht; einen zweiten Durchlaß (36), der mit dem Auslaßanschluß (17) in Verbindung steht; ein Vorsteuer- oder Pilotventil (28), das zwischen der Steuerkammer (27) und dem ersten und zweiten Durchlaß (53, 36) angeordnet ist und einen Ventilschieber (29) umfaßt, der eine variable Einlaßzumeßöffnung (42) definiert, die so angeordnet ist, daß sie den ersten Durchlaß (53) mit der Steuerkammer (27) verbindet, und eine variable Auslaßzumeßöffnung (38) definiert, die so angeordnet ist, daß sie die Steuerkammer (27) mit dem zweiten Durchlaß (36) verbindet, wobei der Ventilschieber (29) eine erste Position besitzt, in der ein Strömungsmittelstrom durch die Auslaßzumeßöffnung (38) blockiert ist, und bewegbar ist aus der ersten Position in einer ersten Richtung, um die variable Auslaßzumeßöffnung (38) zu öffnen; Mittel (46, 47) zum wahlweisen Ausüben einer variablen Steuerkraft, die den Ventilschieber (29) in der ersten Richtung drückt bzw. drängt; eine Kraftrückkopplungsfeder (32), die zwischen dem Ventilelement (19) und dem Ventilschieber (29) angeordnet ist, um eine Rückkopplungskraft auf das Pilotventil (28) auszuüben, proportional zu der Versetzung des Ventilelements (19); und ein Überdruck- oder Ablassventil (49), das in dem ersten Durchlaß (53) angeordnet ist und mit dem zweiten Durchlaß (36) verbunden ist, um normalerweise den ersten Durchlaß (53) vom zweiten Durchlaß (36) zu blockieren, wenn der Strömungsmittefdruck im Einlaßanschluß (14) unterhalb eines vorbestimmten Wertes ist, wobei das Überdruck- oder Ablassventil (49) in eine druckablassende Position bewegbar ist, um den Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer (27) zu verringern, wenn der Strömungsmitteldruck in dem Einlaßanschluß (14) den vorbestimmten Wert überschreitet.
Sitzventil mit Kraftrückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei das Überdruck- oder Ablaßventil (49) einen Ventilschieber (51) umfaßt mit einer ersten Position, in der eine Verbindung durch den ersten Durchlaß (53) hergestellt ist und der zweite Durchlaß (36) von dem ersten Durchlaß (53) blockiert ist.
Sitzventil mit Kraftrückkopplung gemäß Anspruch 2, wobei der Ventilschieber (51) des Überdruck- oder Ablassventils (49) eine zweite Position besitzt, in der eine Zumeßöffnung (57) mit fester Größe in dem ersten Durchlaß (53) und eine variable Zumeßöffnung (58) zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlaß (53, 36) hergestellt ist.
Sitzventil mit Kraftrückkopplung gemäß Anspruch 3, wobei das Ventil (10) eine Feder (52) umfaßt, die den Ventilschieber (51) des Überdruck- oder Ablassventils (49) in die erste Position drückt.