DE69300220T2 - Zweistufige hydraulische Ventile. - Google Patents

Zweistufige hydraulische Ventile.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf zweistufige Proportionalrichtungsregel-Steuerschieberventile nach dem Oberbegriff van Anspruch 1. Ein solches Ventil ist in der US- A-4 617 967 offenbart.
  • Es sind solenoidbetätigte Proportionalregelventile bekannt, die einen van einem Solenoid an jedem Ende beaufschlagten (Steuer-)Schieber (spool) aufweisen und mit Zentrierfedern versehen sind. Falls die elektrische (Strom-)- Zufuhr zu den Salenoiden ausfällt, wird der Schieber durch die Zentrierfedern in diese zentrale oder Null-Stellung gebracht, in welcher die Versorgungszulässe des Ventils abgedichtet (geschlossen) sind, so daß die Last hydraulisch in ihrer Stellung verriegelt ist. Ein einstufiges Ventil ist somit im Fall eines Stromausfalls ausfallsicher.
  • Bei einer anderen bekannten Anordnung wird der Vorsteuerschieber (pilot spool) am einen Ende von einem einzigen Solenoid beauf schlagt, während eine Rückstellfeder auf das andere Ende des Schiebers wirkt. Bei dieser Anordnung verschiebt im Fall eines Ausfalls des elektrischen Stroms zum Solenoid die Rückstellfeder den Schieber in eine versetzte (offset), ausfallsichere Stellung; wie bei der Doppelsolenoidanordnung wird daher eine eindeutige Ausfallsicherungsstellung des Vorsteuerschiebers erreicht. Der Nachteil dieser Anordnung besteht in folgendem: Wenn sich der Vorsteuer(schieber) (pilot) in die versetzte Ausfallsicherungsstellung verschiebt, kann er den normalen Betriebsbereich des Vorsteuerschiebers passieren und dabei einen kurzen Impuls von Speisedruckfluid zu einem der Versorgungszulässe übertragen, wodurch wiederum das Hauptventil veranlaßt wird, eine kleine Bewegung aus der Nullstellung auszuführen und damit eine durch dieses gesteuerte Last zu bewegen oder zu verschieben. Dies kann in einigen Anwendungsfällen zu Schwierigkeiten führen.
  • Die Verwendung von zwei Solenoiden bietet mithin einen Vorteil gegenüber der Verwendung eines einzigen Solenoids, weil der Vorsteuerschieber bei einem Stromausfall zentriert und nicht versetzt wird. Durch die Verwendung von zwei Solenoiden allein kann jedoch das Problem nicht überwunden werden, weil der Vorsteuerschieber idealerweise so konstruiert ist, daß er im Normalbetrieb eine möglichst Null betragende Überlappung (zero lap) aufweist und dadurch ein Ausfallsicherheitszustand nicht schnell oder zuverlässig herbeigeführt wird. Eine Null-Überlappung (zero lap) ist nötig, um in der Lage zu sein, erforderlichenfalls ein schnelles Umkehren oder Umsteuern der Hauptstufe zu bewirken. Sowohl Unterlappung bzw. zu kleine Überlappung (underlap) als auch Überlappung bzw. zu große Überlappung (overlap) würde diesbezüglich eine gewisse Verzögerung einführen, die, wie klein sie auch sein mag, bezüglich der genauen Steuerung der Hauptstufe unerwünscht ist. Bei einem Ausfall der Solenoide muß jedoch die Hauptstufe durch Ausgleichen des Drucks in den Endkammern des Hauptschiebers schnell zentriert werden; um dies zu erreichen, ist der Vorsteuerschieber idealerweise mit zu kleiner Überlappung ausgelegt (underlapped), woraus sich ein Konflikt der Erfordernisse zwischen Normalbetrieb und ausfallsicherem Betrieb ergibt.
  • Die US-A-4 617 967 offenbart ein zweistufiges Proportionalregelventil, bei dem der Vorsteuerschieber in zwei Teile unterteilt ist, wobei eine Feder angeordnet ist, um zwischen den beiden Teilen zu wirken und diese auseinanderzudrängen, obgleich im Normalbetrieb des Ventils die beiden Teile des Vorsteuerschiebers aufgrund der durch die Solenoide ausgeübten Kräfte in gegenseitiger Berührung (Anlage) gehalten werden. Wenn die Solenoide deaktiviert werden oder sind, und zwar gewollt oder als Folge eines Stromausfalls, schiebt die Feder die beiden Teile des Schiebers auseinander, um damit die Überlappungszustände (lap conditions) zu ändern und einen wohldefinierten Ausfallsicherungszustand herbeizuführen. Das Regelventil gemäß der US-A-4 617 967 weist jedoch im Vorsteuerventil eine Anordnung von Zulässen in Anpassung an die geteilte Schieberanordnung auf, wobei die Zulaßanordnungen tatsächlich zu der normalen Anordnung umgekehrt sind, so daß der übliche einzige Speisezulaß der Tankzulaß ist und die üblichen beiden Tankzulässe die Speisezulässe bilden, wobei diese durch einen Durchgang (gallery) oder eine Schleife gekoppelt sind. Die Tankschleife in einem Ventil weist normalerweise einen niedrigen Nenndruck auf, so daß bei Beaufschlagung mit dem Speisedruck eine Ventilkörperverformung auftreten kann, sofern nicht - selbstverständlich - der Ventilkörper mit dem begleitenden Nachteil erhöhter Fertigungskosten verstärkt wird oder ist. Wenn der normale, zentrale Druckspeisezulaß bei einer geteilten Schieberanordnung benutzt wird, wie in der US-A-4 617 967 offenbart, muß - wiederum mit erhöhten Fertigungskosten - ein Umschaltblock verwendet werden.
  • Gegenstand dieser Erfindung ist ein elektrisch betätigtes, zweistufiges hydraulisches Steuer(schieber)ventil, umfassend eine Hauptstufe mit einem Haupt(steuer)schieber, auf letzteren wirkende Zentrierfedern, eine Vorsteuerstufe mit einem Vorsteuerschieber und zwei die jeweiligen Enden des Vorsteuerschiebers zum Steuern der Betriebsstellung des letzteren beaufschlagende Solenoide, welchen Solenoiden durch Rückstellfedern entgegengewirkt wird, die auch auf die jeweiligen Enden des Vorsteuerschiebers wirken, wobei die Vorsteuerstufe Tankzulaßmittel, ein Speisezulaßmittel und zwei Versorgungszulässe aufweist und der Vorsteuerschieber zwei Teile und eine zwischen die beiden Teile eingeschaltete Feder umfaßt, welche Feder die beiden Teile in einer Richtung axial zum Vorsteuerschieber auseinanderzudrängen vermag, so daß bei einer Deaktivierung der Solenoide die Teile des Vorsteuerschiebers sich unter der Wirkung der Feder (voneinander) trennen, um eine (Zwischen-)Verbindung zwischen den Vorsteuer-Versorgungszulässen und den Tankzulaßmitteln herzustellen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Tankzulaßmittel zwei Tankzulässe, zwischen denen die beiden Versorgungszulässe angeordnet sind, umfassen und daß das Speisezulaßmittel zwei Speisezulässe umfaßt, die zwischen den Versorgungzulässen angeordnet und um einen solchen Betrag voneinander beabstandet sind, daß zumindest im Normalbetrieb des Vorsteuerventils keiner der Speisezulässe die Enden der beiden Teile des Vorsteuerschiebers, die durch Betätigung der Solenoide in Berührung miteinander gehalten sind oder werden, "sieht" (bzw. Zugang dazu hat).
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 definiert.
  • Vorzugsweise sind die beiden Speisezulässe durch Anordnung einer Hülse, in welcher der Vorsteuerschieber verschiebbar geführt ist, aus einem einzigen Speisezulaß gebildet, welche Hülse mit mindestens zwei beabstandeten Öffnungen versehen ist, die so angeordnet sind, daß sie mit dem Speisezulaß in Verbindung stehen und diesen in zwei Teile unterteilen; die Öffnungen sind um einen solchen Betrag voneinander beabstandet, daß im Normalbetrieb des Vorsteuerventils keiner der Speisezulässe die Enden der durch die Solenoide in gegenseitiger Berührung gehaltenen beiden Teile des Vorsteuerschiebers "sieht". Bei dieser Anordnung kann ein Standard- Vorsteuerventilgehäuse mit dem herkömmlichen einzigen Druckspeisezulaß versehen sein.
  • Vorteilhaft "sieht" kein Speisezulaß (keiner der Speisezulässe) die Enden des Vorsteuerschiebers in irgendeiner Betriebsart des Ventils.
  • Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes zweistufiges Proportionalregelventil ist im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
  • Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung der Ausführungsform und
  • Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung des Vorsteuerventils bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
  • Gemäß den Zeichnungen umfaßt das zweistufige Proportionalregelventil ein(e) Vorsteuerstufe oder -ventil 1 und ein(e) Hauptstufe oder -ventil 2. Die (schematisch dargestellte) Hauptstufe 2 umfaßt einen Körper 3, in welchem ein Steuer-Schieber 4 einer überlappten (overlapped) Konstruktion verschiebbar geführt ist. Der Körper weist zwei Endkammern 5 und 6 auf, denen vom Vorsteuerventil 1 Druckfluid über jeweilige Leitungen oder Bohrungen 7 bzw. 8 zuführbar ist. Zwei Zentrierfedern 9 beaufschlagen die jeweiligen Enden des Schiebers 4 in üblicher Weise.
  • Wie spezifisch aus Fig. 2 der Zeichnungen hervorgeht, ist das Vorsteuerventil 1 von einer Null-Überlappungskonstruktion (zero lapped construction), und es weist einen Körper 11 aut, in welchem ein Steuer-Schieber 12, der aus zwei voneinander trennbaren, durch eine Feder 15 auseinandergedrängten Teilen 13, 14 besteht, verschiebbar geführt ist. Jedes Teil 13, 14 des Vorsteuerschiebers 12 weist eine Durchgangsbohrung 16 und eine Senkung 17 an den benachbarten Enden der beiden Teile auf, in welche Senkungen die jeweiligen Enden der Feder 15 eingesetzt sind. Das Außenende jedes Schieber-Teils 13, 14 wird von einer Zentrier- oder Rückstellfeder 18 beaufschlagt, deren Kennung und Vorspannung (preload) ausreichen, um die Wirkung der Zentrierfedern 18 zu überwinden. Die Zentrierfedern 18 sind in jeweiligen Endkammern 19 aufgenommen und wirken (stützen sich ab) zwischen einem Ende der Kammer und einer Scheibe 21. Das Außenende jeder Durchgangsbohrung 16 ist mit einer Radialbohrung 22 verbunden, die in allen Stellungen des Vorsteuerschiebers mit dem betreffenden Behälter- oder Tankzulaß 23, 24 in Verbindung steht; die Tankzulässe sind dabei durch einen Durchgang oder Schleife 25 (d.h. Überbrückung) miteinander verbunden. Im Körper 11 vorgesehene Bohrungen 20 verbinden die Endkammern 19 mit einem Behälter bzw. Tank.
  • Dabei ist ein zentraler Druck- oder Speisezulaß 26 vorgesehen; an jeder Seite desselben ist je ein Versorgungszulaß 27 und 28 angeordnet, die ihrerseits zwischen den Tankzulässen 23 und 24 angeordnet sind. Der Druckzulaß 26 ist tatsächlich durch eine Hülse 29, die in die Bohrung des Vorsteuerkörpers 11 eingesetzt ist und durch Federscheiben 31 in ihrer Lage gehalten wird, in zwei Zulässe 26a, 26b unterteilt. Ersichtlicherweise weist die Hülse 29 mit den Tankzulässen 23 und 24 sowie den Versorgungszulässen 27 und 28 fluchtende Öffnungen auf.
  • Der Vorsteuerschieber 12 weist einen zusammengesetzten zentralen Ringsteg 32 auf, der aus den benachbarten Enden 32a und 32b der Schieber-Teile 13 bzw. 14 gebildet ist. Der Vorsteuerschieber 12 ist mit Endringstegen 33 an den jeweiligen Schieber-Teilen 13 und 14 sowie mittleren Ringstegen 34 versehen, die in der Null-Stellung des Ventils angeordnet sind, um einen Null-Überlappungszustand zwischen den Versorgungszulässen 27 und 28 sowie den zugeordneten Tankzulässen 23 und 24 herzustellen.
  • Die Außenenden der Vorsteuerschieberventil-Teile 13 und 14 weisen jeweils einen dünneren Endabschnitt 35 zur Bildung einer Stufe, an welcher die zugeordnete Scheibe 21 anliegt, auf. Die Enden der Hülse 29 bilden Anschläge 36 für die Scheiben 21, um damit den Betriebsbereich des Vorsteuerschiebers 12 zu begrenzen. Die Endkammern 19 sind aus einer Ausnehmung 37 im Ventilkörper 11 und einer Ausnehmung 38 in einem Gehäuse 41 eines Solenoids 39, das auf herkömmliche Weise unter Abdichtung am Ende des Schieberventilgehäuses angebracht ist, gebildet. Jedes Solenoid 39 weist einen Schubstift 42 auf, der mit dem betreffenden dünneren Abschnitt 35 des Vorsteuerschiebers 12 in Berührung steht.
  • Im Normalbetrieb des Ventils werden beide Solenoide erregt oder aktiviert, um eine Gegentaktwirkung auf den Schieber auszuüben und diesen in der erforderlichen Richtung zu verschieben; dadurch wird wiederum der Schieber 4 der (des) Hauptstufe oder -ventils 2 zum Antreiben einer damit verbundenen Last in der erforderlichen Richtung verschoben. In der Null-Stellung des Vorsteuerschiebers 12 befinden sich die Druckzulässe 26a, 26b in Nullüberlappung (zero lapped) mit den zentralen Ringstegen 32a, 32b, und die mittleren Ringstege 34 stehen in Nullüberlappung (zero lapped) mit den Tankzulässen 23 und 24, so daß die Versorgungszulässe 27 und 28 in der exakten Null-Stellung gegenüber dem Druckzulaß 26 und den Tankzulässen 23, 24 blockiert (versperrt) sind. Wenn ausgenommen wird, daß der Vorsteuerschieber 12 gemäß Fig. 2 nach links verschoben wird, verschiebt sich der zentrale Ringstegabschnitt 32b über den Druckzulaß 26b (hinweg), so daß durch diesen eine Strömung zum Versorgungszulaß 28 und von diesem zur rechten Kammer 6 des Hauptventils 2 stattfinden kann; demzufolge verschiebt das Druckfluid in dieser Kammer den Hauptschieber 4 nach links. Gleichzeitig öffnet der mittlere Ringsteg 34 am Vorsteuerschieber-Teil 13 den Tankzulaß 23 zum Versorgungszulaß 27 und damit die linke Kammer 5 des Hauptventils 2 zum Tank. Wenn der Vorsteuerschieber 12 nach rechts verschoben wird, werden die linke Kammer 5 des Hauptventils 2 unter Druck gesetzt und die rechte Kammer 6 zum Tank entlüftet. Im Normalbetrieb dient die Wirkung der Solenoid-Schubstifte 42 dazu, die beiden Teile 13 und 14 des Vorsteuerschiebers 12 in Berührung miteinander zu halten und dadurch die Trennwirkung der Feder 15 zu überwinden. Ersichtlicherweise "sieht" im Betrieb des Ventils keiner der Druckzulässe 26a und 26b die Verbindung (Trennstelle) zwischen den Schieber-Positionen bzw. -Teilen 13 und 14 bzw. hat Zugang zu denselben; dies ist erforderlich, weil andernfalls der auf diese Verbindung (Trennstelle) wirkende Fluiddruck bestrebt sein würde, die Schieber-Teile voneinander zu trennen.
  • Wenn die Solenoide 39 gewollt oder als Folge eines Ausfalls der elektrischen Stromversorgung (bzw. eines Stromausfalls) deaktiviert werden, üben die Solenoid-Schubstifte 42 keine Schließkraft mehr auf die Vorsteuerschieber-Teile 13 und 14 aus, woraufhin die Feder 15 wirksam wird, um unter Überwindung der Schließwirkung der Zentrierfedern 18 und 19 die Schieber-Teile zu trennen (auseinanderzubewegen).
  • Wenn sich die Schieber-Teile 13 und 14 auseinanderbewegen, blockieren (versperren) oder überlappen die die zentralen Ringstegabschnitte 32a und 32b bildenden benachbarten Innenenden die jeweiligen Druckzulässe 26a bzw. 26b; dabei ist oder wird jeder Versorgungszulaß 27 und 28 mit dem Tank verbunden, weil die mittleren Ringstege 34 die Tankzulässe 23 und 24 nicht mehr blockieren. Dadurch wird jede Endkammer 5 und 6 des Hauptstufenventils 2 schnell mit dem Tank verbunden, wodurch eine schnelle Zentrierung (Mittenpunkteinstellung) des Hauptschiebers 4 bewirkt wird. Wenn sich die Vorsteuerschieber-Teile 13 und 14 auseinanderbewegen, füllt Hydraulikfluid (bzw. -flüssigkeit) den dazwischen gebildeten Spalt; das Fluid, das auf Tankdruck liegt, strömt durch die Durchgangsbohrungen 16 und die Radialbohrungen 22. Aufgrund der Bohrungen 20 zwischen diesen Kammern und der Tank- Schleife oder -Zuleitung 25 liegen die Endkammern 19 ebenfalls auf Tankdruck, wodurch der Vorsteuerventilschieber 12 druckausgeglichen ist. Wenn das Vorsteuerventil seine Normalstellung wieder einnimmt und die beiden Vorsteuerschieber- Teile 13 und 14 durch die Solenoid-Schubstifte 42 wieder in gegenseitige Berührung oder Anlage geschoben werden bzw. sind, wird ersichtlicherweise aufgrund dieser Schließwirkung das Hydraulikfluid wieder über die Durchgangs- und Radialbohrungen 16 bzw. 22 zum Tank zurückgefördert.
  • Ersichtlicherweise "sieht" (bzw. hat Zugang) weder in der normalen Betriebsart noch in der Ausfallsicherungsbetriebsart des Ventils einer der Speise- oder Druckzulässe 26a, 26b die (zu den) Enden der Schieber-Teile 13, 14, die normalerweise durch die Feder 15 in gegenseitiger Anlage gehalten werden.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung von Konstruktion und Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform geht hervor, daß mit der vorliegenden Erfindung ein normales, Nullüberlapptes (zero lapped) Vorsteuerventil mit bezüglich der Anordnung von Druck-, Tank- und Versorgungszulässen herkömmlicher Konstruktion bereitgestellt wird, wobei jedoch durch die Unterteilung des Versorgungszulasses in zwei Versorgungszulässe eine schnelle und zuverlässige Ausfallsicherungsoperation stattfinden kann; hierdurch wird der Konflikt zwischen der für Normalbetrieb erforderlichen Null-Überlappung (zero lap) und der Unterüberlappung (underlap) für Ausfallsicherungsoperation ausgeschaltet. Die vorliegende Erfindung gewährleistet mithin einen bedeutsamen technischen Fortschritt.

Claims (5)

1. Elektrisch betätigtes, zweistufiges hydraulisches Steuer(schieber)ventil, umfassend eine Hauptstufe (2) mit einem Haupt(steuer)schieber (4), auf letzteren wirkende Zentrierfeder (9), eine Vorsteuerstufe (1) mit einem Vorsteuerschieber (12) und zwei die jeweiligen Enden des Vorsteuerschiebers zum Steuern der Betriebsstellung des letzteren beaufschlagende Solenoide (39), welchen Solenoiden durch Rückstellfedern (18) entgegengewirkt wird, die auch auf die jeweiligen Enden des Vorsteuerschiebers wirken, wobei die Vorsteuerstufe Tankzulaßmittel (23, 24), ein Speisezulaßmittel (26) und zwei Versorgungszulässe (27, 28) aufweist und der Vorsteuerschieber zwei Teile (13, 14) und eine zwischen die beiden Teile eingeschaltete Feder (15) umfaßt, welche Feder die beiden Teile in einer Richtung axial zum Vorsteuerschieber auseinanderzudrängen vermag, so daß bei einer Deaktivierung der Solenoide die Teile des Vorsteuerschiebers sich unter der Wirkung der Feder (voneinander) trennen, um eine (Zwischen-)Verbindung zwischen den Vorsteuer-Versorgungszulässen und den Tankzulaßmitteln herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankzulaßmittel zwei Tankzulässe (23, 24), zwischen denen die beiden Versorgungszulässe (27, 28) angeordnet sind, umfassen und daß das Speisezulaßmittel (26) zwei Speisezulässe (26a, 26b) umfaßt, die zwischen den Versorgungszulässen (27, 28) angeordnet und um einen solchen Betrag voneinander beabstandet sind, daß zumindest im Normalbetrieb des Vorsteuerventils keiner der Speisezulässe (26a, 26b) die Enden der beiden Teile des Vorsteuerschiebers, die durch Betätigung der Solenoide in Berührung miteinander gehalten sind oder werden, "sieht" (bzw. Zugang dazu hat).
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schieber-Teil (13, 14) an (in) dem dem anderen Abschnitt benachbarten Ende eine Federkammer (17) aufweist und ein Durchgang (16, 22) von einer Kammer oder beiden Kammern (17) durch den Schieber (12) zu einer Position am Schieber, die ständig mit einem der Tankzulässe oder beiden Tankzulässen (23, 24) in Verbindung steht, vorhanden ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Speisezulässe (26a, 26b) durch Anordnung einer Hülse (29), in welcher der Vorsteuerschieber (12) verschiebbar geführt ist, aus einem einzigen Speisezulaß (26) gebildet sind, welche Hülse mit mindestens zwei beabstandeten Öffnungen (26a, 26b) versehen ist, die so angeordnet sind, daß sie mit dem Speisezulaß in Verbindung stehen und letzteren in zwei Teile unterteilen.
4. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerventilschieber (12) einen zusammengesetzten, aus den benachbarten Enden (32a, 32b) der beiden Vorsteuerventilschieber-Teile (13, 14) gebildeten zentralen Ringsteg (32) aufweist, wobei die beiden Ringstege oder Enden (32a, 32b) in Null-Überlappung (zero lapped) zu den beiden Speisezulässen (26a, 26b) und zwei mittlere Ringstege (34) in Null-Überlappung zu den beiden Tankzulässen (23, 24) stehen.
5. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kein Speisezulaß (26a, 26b) in irgendeiner Betriebsart des Ventils die in gegenseitiger Berührung gehaltenen Enden der beiden Teile (13, 14) "sieht" (bzw. Zugang dazu hat).
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