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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung,
die Wasser als Arbeitsströmungsmittel
verwendet, und insbesondere auf ein hydraulisches Steuerventil,
welches eine Flußrate
und/oder den Druck von Wasser als Arbeitsströmungsmittel steuert.
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Bis
jetzt ist in Systemen, die Strömungsmittel als
Druckmedium verwenden, um Bewegungsleistung zu übertragen und zu steuern, Mineralöl weithin als
das Arbeitsströmungsmittel
verwendet worden. Wenn jedoch Mineralöl als Arbeitsströmungsmittel verwendet
wird, tauchen Probleme auf, wie beispielsweise eine Umweltverschmutzung
aufgrund einer Ölleckage
und Feuergefahr. Im Gegensatz zu solchen hydraulischen Systemen,
die Mineralöl
verwenden, sind in den letzten Jahren Hydrauliksysteme vorgeschlagen
worden, die klares Wasser als Arbeitsströmungsmittel verwenden. Solche
Systeme werden auch in praktische Anwendung gebracht.
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Da
jedoch die Eigenschaften von Wasser beträchtlich anders als jene von
Mineralöl
sind, kann kein Hydrauliksystem realisiert werden, welches Wasser
verwendet, indem man einfach das Öl in einem herkömmlichen Öl-Hydrauliksystem
durch Wasser ersetzt. Da Wasser weniger Schmierung bietet als Öl, tauchen
Probleme auf, wie beispielsweise Fressen oder übermäßige Reibung zwischen gleitenden
Gliedern von hydraulischen Vorrichtungen. Weiterhin tauchen derartige
Probleme auf, wie beispielsweise die Korrosion der Vorrichtung,
die Erzeugung von Mikroorganismen im Wasser und das Faulen oder
Umkippen des Wassers selbst.
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Um
entsprechend ein Wasser-Hydrauliksystem zu realisieren, müssen Probleme
gelöst
werden, die Wasser innewohnen, wie beispielsweise jene, die oben
beschrieben werden, während
man die grundlegende mechanische Konstruktion des Öl-Hydrauliksystems
so weit wie möglich
beibehält.
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Im
allgemeinen sind bei Steuerventilen, die in herkömmlichen Wasser-Hydrauliksystemen
eingesetzt werden, und insbesondere bei Kolbensteuerventilen, bei
denen eine hochpräzise
Positionierung und besonders gute Verschiebbarkeit erforderlich sind,
zwei Arten von Ventilen eingesetzt worden. Die erste Art verwendet
Materialien, die Selbstschmierungseigenschaften für die gleitenden
Glieder besitzen. Ein solches Ventil hat die gleiche Struktur wie herkömmliche Öl-Hydrauliksteuerventile
und gestatten die Anwendung von Wasser durch Auswahl eines geeigneten
Materials für
deren gleitende Glieder. Die zweite Bauart ist ein Steuerventil,
bei dem bewirkt wird, daß die
gleitenden Glieder sanft mittels einer gezwungenen Wasserschmierung
zum Gleiten gebracht werden, wie beispielsweise in der Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 5-42563 gezeigt.
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Nun
wird ein herkömmliches
proportionales Wasser-Hydrauliksteuerventil unter Verwendung von Materialien
beschrieben, die Selbstschmierungseigenschaften besitzen, und zwar
mit Bezug auf 7. Das proportionale Wasser-Hydrauliksteuerventil 1 weist
einen Flußratensteuerabschnitt
(A), einen Kolbenantriebsmechanismus (B) und einen Verschiebungsdetektionsabschnitt
(C) auf, die miteinander in Reihe verbunden sind.
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Der
Flußratensteuerabschnitt
(A) weist einen Ventilkörper 2 auf,
weiter eine Hülse 3,
die mit Anschlüssen
und Kanälen
für Arbeitsströmungsmittel versehen
sind, und die innerhalb des Ventilkörpers 2 festgelegt
sind, und einen Kolben 4, der innerhalb der Hülse 3 gleitet.
Die Flußrichtung
des Wassers wird umgeschaltet durch Verschiebung des Kolbens 4 aus seiner
neutralen Position zu einer Richtung oder zur anderen innerhalb
der Hülse 3.
Ebenfalls kann die Flußrate
oder der Druck des Wassers eingestellt werden durch genaue Positionierung
des Kolbens 4 und dadurch durch Einstellung des Öffnungsverhältnisses
(das heißt
der Ventilöffnung)
des Kanals von einem Versorgungsanschluß 7 zu einem Steueranschluß 8.
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Der
Kolbenantriebsmechanismus (B) setzt einen elektromagnetischen proportionalen
Elektromagneten 10 ein, der eine Antriebskraft proportional zu einem
dorthin gelieferten Strom erzeugt. Ein Ende des Stößels 11 innerhalb
des proportionalen Elektromagneten 10 ist mit dem Kolben 4 des
Flußratensteuerabschnittes
(A) verbunden, so daß die
von dem Proportionalelektromagneten 10 erzeugte Kraft direkt
auf den Kolben 4 übertragen
wird.
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Ein
Kern 13 des Verschiebungssensors 12 ist mit dem
anderen Ende des Stößels 11 des
Proportionalelektromagneten 10 verbunden, um einen sich axial
erstreckenden Teil von und integral mit dem Kolben 4 und
dem Stößel 11 zu
bilden, wobei somit die Position des Kolbens 4 detektiert
werden kann, indem die Position des Kerns 13 abgefühlt wird.
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Der
Kolben 4 wird durch eine Feder 5 nach links gedrückt, die
am äußeren Ende
des Kolbens 4 vorgesehen ist. Daher wird in 7 der
Kolben 4 nach rechts bewegt, indem ein Strom zu dem Proportionalelektromagneten 10 geliefert
wird, und wird mit der Kraft der Feder 5 nach links bewegt,
indem man den Strom reduziert, der zum Elektromagneten 10 geliefert
wird. Die Steuerung der Position des Kolbens 4 wird mittels
einer Rückkoppelungssteuerung unter
Verwendung eines Referenzsignals und eines Ist-Positionssignals
des Kolbens 4, das durch den Verschiebungssensor 12 detektiert
wird, ausgeführt.
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Der
Kolben 4 und die Hülse 3 werden
aus Materialien mit Selbstschmierungseigenschaften gebildet, wie
beispielsweise Wolframcarbit, Zirkonoxyd, Aluminiumoxyd usw., oder
alternativ können
deren Oberflächen
mit solchen Materialien beschichtet sein.
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Bei
dem Wasser-Hydrauliksteuerventil 1 der oben beschriebenen
Konstruktion werden die Ablauflöcher
oder Kanäle 6,
die zu einem Rückleitungsanschluß 9 geführt werden,
in Verbindung mit den Kammern Cl und Cr vorgesehen, die an beiden
Seiten des Kolbens 4 des Ventilkörpers 2 vorgesehen
sind, so daß der
Inhalt der Kammern Cl und Cr sich durch Bewegung des Kolbens 4 innerhalb
der Hülse 3 verändern kann.
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Somit
fließt
das Wasser, welches in die Kammern Cl und Cr gefüllt wurde, auf beiden Seiten
des Kolbens 4 des oben beschriebenen herkömmlichen Wasser-Hydrauliksteuerventils 1 in
eine Kammer und fließt
aus der anderen Kammer über
den Ablaufkanal 6 durch Bewegung des Kolbens 4.
Jedoch fließt
das Wasser, welches in den Ablaufkanal 6 aus den Kammern
Cl und Cr geflossen ist, zurück
in die Kammern Cl und Cr aus dem Ablaufkanal 6, wenn der
Kolben 4 sich in der entgegengesetzten Richtung bewegt.
Somit gibt es keinen konstanten Fluß durch die Kammern Cl und
Cr. Daher tauchen Probleme in diesen Teilen auf, wie beispielsweise
die Erzeugung von Mikroorganismen und das Faulen von Wasser, und zwar
aufgrund der Schwierigkeit, das Wasser, welches in die Kammern Cl
und Cr eingefüllt
wurde, durch frisches Wasser zu ersetzen.
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Weiterhin
wird die Leistung des elektromagnetischen proportionalen Elektromagneten 10,
der als Kolbenantriebsmechanismus dient, aufgrund der Wärme verringert,
die von dem Elektromagneten erzeugt wird.
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Bezüglich des
Standes der Technik sei hingewiesen auf das US-Patent 5 186 213
und ebenfalls auf FR 2529635A.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein proportionales Wasser-Hydrauliksteuerventil nach Anspruch
1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein proportionales Wasser-Hydrauliksteuerventil
vorzusehen, welches die Erzeugung von Mikroorganismen und das Faulen
des Wassers innerhalb des Steuerventils verhindern kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein proportionales
Wasser-Hydrauliksteuerventil vorzusehen, welches eine Veränderung
der Eigenschaften des elektromagnetischen proportionalen Elektromagneten
zum An trieb des Ventilkolbens aufgrund der Temperaturveränderung
des Elektromagneten verhindern kann, während es die obigen Ziele erfüllt.
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Gemäß des ersten
Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein proportionales Wasser-Hydrauliksteuerventil
vorgesehen, welches folgendes aufweist:
einen Ventilkörper mit
einem Versorgungsanschluß, mit
einem Steueranschluß und
einem Rückleitungsanschluß; weiter
mit einem Kolben, der axial beweglich innerhalb des Ventilkörpers angeordnet
ist, um die Richtung des Arbeitsströmungsmittels und eine Flußrate des
Arbeitsströmungsmittels
zu verändern; weiter
einen direkten Antriebsmechanismus, der direkt elektrische Signale
in eine Antriebskraft umwandelt, um den Kolben zu bewegen, wobei
die Ventilöffnung
des Steuerventils mittels einer proportionalen Steuerung der Verschiebungsgröße des Kolbens
aus seiner neutralen Position zu einer Richtung oder zur anderen
gemäß eines
Eingangssignals gesteuert wird, welches zu dem direkten Antriebsmechanismus geliefert
wird; Kolbenseitenkammern, die auf beiden Seiten des Kolbens vorgesehen
sind, und Ablaufkanäle,
die in Verbindung mit jeder der Kolbenseitenkammern ausgeformt sind;
wobei Wasser als das Arbeitsströmungsmittel
verwendet wird, und wobei ein Fiußdurchlaß vorgesehen ist, um ein unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
in die Kolbenseitenkammern einzuleiten.
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Der
oben erwähnte
direkte Antriebsmechanismus kann vorzugsweise ein elektromagnetischer Proportionalelektromagnet
sein.
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Gemäß eines
zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist der Direktantriebsmechanismus ein
elektromagnetischer Proportionalelektromagnet mit zwei Freiräumen, die
durch einen Stößel getrennt werden,
der axial bewegbar innerhalb des elektromagnetischen Proportionalelektromagneten
vorgesehen ist, wobei einer der Ablaufkanäle in Verbindung mit einem
der zwei Freiräume
des Elektromagneten ausgeformt ist, der auf der entgegengesetzten
Seite des Kolbens des Steuerventils positioniert ist.
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Gemäß eines
dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist das proportionale
Wasser-Hydrauliksteuerventil weiter einen Verschiebungssensor auf,
der mit dem elektromagnetischen Proportionalelektromagneten verbunden
ist, um eine Position des Kolbens zu detektieren, wobei der Sensor
zwei Freiräume
aufweist, die durch einen Kern getrennt werden, der axial bewegbar
innerhalb des Sensors vorgesehen ist, wobei einer der Ablaufkanäle in Verbindung
mit einem der zwei Freiräume
des Sensors ausgeformt ist, der auf der entgegengesetzten Seite des
Kolbens des Steuerventils positioniert ist.
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Gemäß eines
vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird das unter Druck
gesetzte Strömungsmittel
in jede der Kolbenseitenkammern durch eine Zumeßöffnung eingeleitet, die in
dem Flußdurchlaß des Versorgungsanschlusses
des Steuerventils vorgesehen ist.
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Gemäß eines
fünften
Aspektes der vorliegenden Erfindung sind hydrostatische Lager in
dem Ventilkörper
angeordnet und sind innerhalb des Flußdurchlasses positioniert,
der das unter Druck gesetzte Wasser zur Unterstützung des Kolbens liefert,
wobei die zuvor erwähnte
Zumeßöffnung in
jedem der hydrostatischen Lager ausgeformt ist.
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Gemäß eines
sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird bei dem proportionalen
Wasser-Hydrauliksteuerventil des oben beschriebenen fünften Aspektes
eine weitere Zumeßöffnung in
dem Ablaufkanal auf der stromabwärts
liegenden Seite der Zumeßöffnung vorgesehen,
die in dem hydrostatischen Lager auf der entgegengesetzten Seite
des Elektromagneten ausgeformt ist.
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Die
weitere Zumeßöffnung kann
von der Bauart sein, bei der ein Flußwiderstand eingestellt werden
kann.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird bei dem proportionalen
Wasser-Hydrauliksteuerventil des oben beschriebenen fünf ten Aspektes
eine weitere Zumeßöffnung mit
einem gleichen Flußwiderstand
in dem Ablaufkanal auf der stromabwärts liegenden Seite von jeder
Zumeßöffnung vorgesehen,
die in den hydrostatischen Lagern ausgeformt ist.
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Die
weitere Zumeßöffnung kann
von der Bauart sein, bei der ein Flußwiderstand eingestellt werden
kann.
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Unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
wird über
einen Strömungsmitteldurchlaß in die
Kammern auf beiden Seiten des Kolbens eingeleitet, wo Wasser, welches
als Arbeitsströmungsmittel
dient, dazu tendiert, stehen zu bleiben, und wird dann zum Tank über die
Ablaufkanäle
zurückgeleitet.
Somit wird das Wasser, welches die Kammern füllt, konstant durch frisches
Wasser ersetzt, wodurch die Erzeugung von Mikroorganismen und das
Faulen des Wassers verhindert wird, wobei der Ersatz des Wassers
weiter Staub usw. zur Außenseite
des Ventils ausstößt, um dadurch
die Ansammlung von solchen Fremdmaterialien zu verhindern. Ebenfalls
absorbiert das Wasser die Wärme,
die von dem Elektromagneten erzeugt wird, was eine Kühlung dafür vorsieht,
und wodurch eine Veränderung
der Elektromagneteigenschaften verhindert wird, die aus Temperaturveränderungen herrühren.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlicher,
wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird,
in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele
gezeigt sind.
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1 ist
eine Längsschnittansicht
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils
gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine Längsschnittansicht
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils
gemäß des zweiten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung,
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3 ist
eine Längsschnittansicht
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils
gemäß des dritten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung,
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4 ist
eine Längsschnittansicht
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils
gemäß des vierten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung,
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5 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches den Druck beschreibt, der auf die verschiedenen
Teile des Steuerventils aufgebracht wird, und zwar in dem Fall,
wo ein hydrostatisches Lager verwendet wird,
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6 ist
eine Längsschnittansicht
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils
gemäß des fünften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, und
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7 ist
eine Längsschnittansicht
eines herkömmlichen
proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils.
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1 veranschaulicht
ein erstes Ausführungsbeispiel
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. In 1 besteht das
Hydrauliksteuerventil 1 aus einem Ventilkörper 2, weiter
einer Hülse 3,
die innerhalb des Ventilkörpers 2 festgelegt
ist, aus einem Kolben 4, der verschiebbar innerhalb der
Hülse 3 angeordnet
ist, aus einem elektromagnetischen Proportionalelektromagneten 10,
der mit dem Ventilkörper 2 verbunden
ist und auf den Kolben 4 in axialer Richtung drückt, weiter
aus einer Feder 5, die zwischen dem rechten Ende des Kolbens 4 und
dem Ventilkörper 2 angeordnet
ist, und die der Kraft entgegenwirkt, die von dem elektromagnetischen
Proportionalelektromagneten 10 erzeugt wird, und aus einem
Verschiebungssensor 12, der mit dem Elektromagneten 10 verbunden
ist, um die Verschiebung des Kolbens 4 zu detektieren.
Eine Vielzahl von Anschlüssen,
beispielsweise ein Versorgungsanschluß 7, Steueranschlüsse 8 und
ein Rückleitungsanschluß 9 zum
Umschalten des Kanals des gelieferten Wassers sind in dem Ventilkörper 2 und der
Hülse 3 vorgesehen.
Der Kolben 4 wird aus der neutralen Position zur einen
Richtung oder zur anderen gleitend innerhalb der Hülse 3 verschoben
und schaltet den Kanal des Arbeitsströmungsmittels um. Das Öffnungsverhältnis (Ventilöffnung)
des Kanals wird kontinuierlich verändert durch Positionierung des
Kolbens 4 an einer willkürlichen Position innerhalb
der Hülse 3,
wobei somit die Flußrichtung
verändert
wird und eine kontinuierliche Steuerung einer Flußrate oder
des Druckes gestattet wird.
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Das
Innere des elektromagnetischen Proportionalelektromagneten 10 zum
Drücken
des Kolbens 4 in axialer Richtung und des Verschiebungssensors 12 ist
in Kontakt mit dem Wasser. Entsprechend sind diese Glieder aus einem
rostfreien Material als Gegenmaßnahmen
gegen Rost gemacht, wie beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder
Plastik.
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Wenn
ein Signal für
die Referenzposition des Kolbens 4 von dem Eingangsanschluß eingegeben wird,
wird ein Abweichungssignal von dem Referenzpositionssignal und dem
Ist-Kolbenpositionssignal erzeugt, welches von dem Verschiebungssensor 12 zurückgeleitet
wird, und dieses Abweichungssignal wird in die Steuervorrichtung 14 des
Proportionalelektromagneten 10 eingegeben. Die Steuervorrichtung 14 verstärkt direkt
das Abweichungssignal und integriert das Abweichungssignal und liefert
den Erregungsstrom für
den Elektromagneten 10, um einen Ausgleich zu der elastischen
Kraft der Feder herzustellen, was somit den Kolben 4 in
der Referenzposition positioniert. Die obige Anordnung ist nicht
speziell anders als jene eines herkömmlichen Wasser-Hydrauliksteuerventils,
welches oben mit Bezug auf 7 dargelegt
wurde.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
das Steuerventil 1 derart angeordnet, daß der Kolben 4,
der Stößel 11 des
Proportionalelektromagneten 10 und der Kern 13 des
Verschiebungssensors 12 sequentiell verbunden sind, daß weiter
die Ablaufkanäle 6 in
Verbindung mit den Kammern Cl und Cr auf beiden Seiten des Kolbens 4 des
Ventilkörpers 2 ausgeformt
sind, und daß der
Flußdurchlass 16 vorgesehen
ist, um unter Druck gesetztes Wasser von dem Versorgungsanschluß 7 des
Steuerventils 1 zu jeder der Kammern Cl und Cr über eine
Zumeßöffnung 15 einzuleiten.
Die Ablaufkanäle 6 sind
durch einen Rücklaufanschluß 9 verbunden.
Somit wird näle 6 sind
durch einen Rücklaufanschluß 9 verbunden.
Somit wird ein konstanter Fluß von
Wasser gebildet durch Einleitung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel,
da der Druck Ps stromaufwärts
des Flußdurchlasses 16,
der Druck Pc, Pr innerhalb der Kammern und der Druck Pt in dem Rücklaufanschluß 9 sequentiell
geringer wird.
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Die
Zumeßöffnung 15 wird
in dem Flußdurchlaß 16 vorgesehen,
um zu verhindern, daß ein übermäßiger Fluß des Wassers
in die Kammern Cl und Cr auf beiden Seiten des Kolbens eingeleitet wird.
Um die Erzeugung von Mikroorganismen und das Verfaulen des Wassers
in dem Ventil zu verhindern, muß das
Wasser konstant fließen,
jedoch ist eine sehr geringe Flußrate ausreichend. Ebenfalls durch
Vorsehen der Zumeßöffnung 15 wird
der gelieferte Druck nicht direkt auf die Kammern Cl und Cr auf
beiden Seiten des Kolbens aufgebracht, so daß jede Kammer auf einem niedrigen
Druck gehalten werden kann. Somit müssen der Verschiebungssensor 12,
der Elektromagnet 10, der Ventilkörper 2 usw. nicht
für den
hohen Druck ausgelegt werden.
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2 veranschaulicht
ein zweites Ausführungsbeispiel
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils gemäß der vorliegenden
Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
ist einer der Ablaufkanäle 6 in
Verbindung mit einem Raum Cl der zwei Räume ausgeformt, die durch einen
Stößel 11 innerhalb
des Elektromagneten 10 geformt sind, wobei ein Raum Cl
auf der gegenüberliegenden
Seite des Kolbens 4 ist. Durch Ausformen des Ablaufkanals 6 in dieser
Weise fließt
Wasser, welches durch den Flußdurchlaß 16,
die Kammer Cl am Ende des Kolbens 4, weiter durch das Innere
des Elektromagneten 10, der den Raum Cl aufweist, und zum
Ablaufkanal 6 läuft.
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Indem
man bewirkt, daß das
Wasser durch das Innere des Elektromagneten 10 läuft, verhindert dies
nicht nur die Erzeugung von Mikroorganismen und das Verfaulen von
Wasser innerhalb des Elektromagneten 10 und des Ventilkörpers 2,
sondern gestattet ebenfalls, daß das
Wasser die Wärme
aufnimmt, die von dem Elektromagneten 10 erzeugt wird,
und dadurch den E lektromagneten 10 kühlt. Die Menge der Wärme, die
von dem Elektromagneten 10 erzeugt wird, ist groß, da der
Elektromagnet 10 konstant eine Kraft gegen die Kraft der
Feder 5 erzeugt. Es ist bekannt, daß eine Temperaturveränderung
des Elektromagneten 10 die Linearität der Kraft reduziert, die
dadurch erzeugt wird. Entsprechend kann durch Kühlung des Elektromagneten 10 der
Elektromagnet 10 auf einer niedrigen Temperatur gehalten
werden, und die Temperaturänderung
davon kann auf einem niedrigen Niveau gehalten werden, was somit
gestattet, daß die
Steuerventilleistung stabil gehalten wird.
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3 veranschaulicht
ein drittes Ausführungsbeispiel
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird einer der Ablaufkanäle 6 in
Verbindung mit einem Raum Cl der zwei Räume ausgeformt, die von einem
Kern 13 getrennt werden, der innerhalb des Verschiebungssensors vorgesehen
ist, wobei der eine Raum Cl auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 4 ist.
Entsprechend fließt
Wasser konstant durch das Innere des Elektromagneten und dem Verschiebungssensor 12, der
mit einem Ende des Kolbens 4 verbunden ist, was somit die
Erzeugung von Mikroorganismen und das Verfaulen oder Umkippen in
den Räumen
innerhalb des Sensors 12 und des Elektromagneten 10 zusätzlich zu
den Kammern Cl und Cr des Ventils verhindert.
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4 veranschaulicht
ein viertes Ausführungsbeispiel
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils gemäß der vorliegenden
Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
werden die hydrostatischen Lager 17 auf der Hülse 3 so
ausgeformt, daß sie
in Verbindung mit dem Flußdurchlaß 16 sind,
wodurch der Kolben 4 in einer berührungsfreien Weise unterstützt wird,
und zwar durch Einleitung des unter Druck gesetzten Wassers, welches
von der Pumpe durch den Versorgungsanschluß zu den hydrostatischen Lagern 17 geliefert
wird und indem man es weiter auf den Kolben 4 über eine
Zumeßöffnung 18 aufbringt,
die in den hydrostatischen Lagern 17 ausgeformt ist. Durch
Anwendung von solchen hydrostatischen Lagern 17 kann der
Kolben 4 sanft innerhalb der Hülse 3 bewegt werden,
auch wenn man Wasser mit schlechten Schmierungseigenschaften als
Arbeitsströmungsmittel
verwendet.
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Wasser,
welches in den hydrostatischen Lagern 17 fließt, die
in der Hülse 3 ausgeformt
sind, läuft
durch den Spalt zwischen dem Kolben 4 und der Hülse 3 und
wird in zwei Flüsse
aufgeteilt, d. h. einen Fluß oder
einen einwärts
gerichteten Fluß zum
Rücklaufanschluß 9 der
Hülse 3,
und den anderen Fluß oder
auswärts
gerichteten Fluß zu
den Kammern Cl und Cr auf beiden Seiten des Kolbens 4.
Wasser, welches zu den Kammern Cl und Cr auf beiden Seiten des Kolbens 4 geflossen
ist, läuft
durch die Ablaufkanäle 6,
die in Verbindung mit der Kolbenendkammer ausgeformt sind, und durch
den Raum innerhalb des Elektromagneten 10 und fließt heraus
zum Rücklaufanschluß 9.
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Auch
wenn nun hydrostatische Lager verwendet werden, fließt nun,
außer
wenn Ablaufkanäle in
Verbindung mit beiden Kammern vorgesehen werden, das Wasser nicht
aus den hydrostatischen Lagern zu beiden Kammern nach außen, sondern
fließt vielmehr
nach innen zum Tankanschluß oder
zum Rücklaufanschluß 9.
Wenn somit die Ablaufkanäle nicht
vorgesehen sind, wird die Veränderung
der Kapazität
von beiden Kammern aufgrund der Bewegung des Kolbens zugelassen,
indem das Wasser in und aus beiden Kammern durch den Spalt zwischen dem
Kolben 4 und der Hülse 3 fließt. Dies
wird verursacht, weil der Spalt zwischen dem Kolben und der Hülse so geformt
ist, daß er
relativ breit ist, da es nötig
ist, ein gewisses Ausmaß an
Fluß zu
haben, um die Effekte der hydrostatischen Lager zu erreichen.
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Wenn
man entsprechend nur den Betrieb des Steuerventils berücksichtigt,
sind solche Kanäle nicht
notwendigerweise erforderlich. Jedoch ist es wichtig, daß ein konstanter
Fluß von
den hydrostatischen Lagern zu den Kammern auf beiden Seiten des
Kolbens gebildet wird, indem man die Ablaufkanäle vorsieht, um mit den Problemen
fertig zu werden, wie beispielsweise der Erzeugung von Mikroorganismen,
das Verfaulen des Wassers usw..
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Wenn
jedoch die hydrostatischen Lager 17 verwendet werden und
der Ablaufkanal 6 in Verbindung mit dem Raum Cl von den
zwei Räumen
gebildet wird, die durch den Stößel 11 des
Proportionalelektromagneten 10 aufgeteilt werden, wirkt
der Spalt zwischen dem Stößel 11 und
dem Elektromagneten 10 als Drossel oder Widerstand, und
eine abgeleitete Kraft kann auf den Kolben 4 aufgebracht
werden. Dies kommt daher, daß der
Druck auf der Seite des Elektromagneten 10 des Kolbens 4 größer wird
als der Druck auf der Seite der Feder 5. Dieser Vorgang wird
im Folgenden mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Wenn
man bewirkt, daß das
unter Druck gesetzte Wasser von dem Flußdurchlaß 16 durch den Ablaufkanal 6 läuft, der
in Verbindung mit dem Raum Cl des Elektromagneten 10 ausgeformt
ist, und zwar zum Rücklaufanschluß 9,
kann die Erzeugung von Mikroorganismen, das Verfaulen des Wassers
und die Ansammlung von Staubpartikeln usw. verhindert werden, und
weiterhin wird der Elektromagnet 10 gekühlt. Das unter Druck gesetzte
Wasser, welches aus den hydrostatischen Lagern 17 fließt, läuft durch
den Spalt 20 zwischen dem Kolben 4 und der Hülse 3.
Da in diesem Fall der Fluß des
Wassers zu sowohl den Kammern Cl, als auch Cr durch diesen Spalt 20 eingeschränkt wird,
gibt es keinen übermäßigen Fluß. Entsprechend
können
die Effekte der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnt wurden,
mit einem geringfügigen
Fluß erreicht
werden, indem man den Spalt 20 zwischen dem Kolben 4 und
der Hülse 3 einstellt,
auch wenn die hydrostatischen Lager 17 verwendet werden.
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5 ist
ein Diagramm, welches den Druck erklärt, der auf verschiedene Teile
des Steuerventils aufgebracht wird, wenn die hydrostatischen Lager verwendet
werden. Das unter Druck gesetzte Wasser von dem Versorgungsanschluß wird aufgeteilt
und fließt
zu den hydrostatischen Lagern 17, die beide Enden des Kolbens 4 unterstützen, läuft durch
die Zumeßöffnungen 18 in
den Lagern und fließt
aus dem Spalt 20 zwischen dem Kolben 4 und der
Hülse 3.
Wasser, welches aus jedem Spalt herausgeflossen ist, fließt auf eine
Seite nach innen zum Tankanschluß 9 und auf der anderen
Seite nach außen
zu den Kammern Cl und Cr auf beiden Seiten des Kolbens. Wasser,
welches in die Kammer Cr auf der Federseite geflossen ist, fließt zu dem
Ablaufkanal 6, der direkt mit dem Tankanschluß 9 verbunden
ist, und Wasser, welches zu der Kammer Cl auf der Elektromagnetseite
geflossen ist, fließt
zum Ablaufkanal 6 über
den Spalt zwischen der Außenfläche des
Stößels 11 und
der Innenwand des Elektromagneten 10. Jedoch sieht dieser
Spalt eine Drossel oder einen Widerstand vor und hebt den Druck
in der Kammer Cl auf der Seite des Elektromagneten 10 des
Kolbens 4 an, was die Kraft verursacht, die den Kolben 4 in
der Richtung zur Feder 5 hin drückt. In dem Fall, daß eine solche
unausgeglichene Kraft aufgrund der Druckdifferenz auf beiden Seiten
des Kolbens 4 die Federkraft überwindet, verschwindet dann
die Kraft, um den Kolben 4 zur Seite des Elektromagneten 10 zu drücken. Entsprechend
taucht die Situation auf, wo der Kolben 4 nicht an einer
zufälligen
Position positioniert werden kann, und insbesondere an einer Position,
die zur Seite des Elektromagneten 10 verschoben ist.
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Eine
solche Druckdifferenz kann eliminiert werden, wenn man den Spalt,
der zwischen dem Kolben 4 und der Hülse 3 geformt ist,
so macht, daß er einen
großen
Widerstand auf der Seite des Elektromagneten 11 hat und
den kleinen Widerstand auf der Seite der Feder 5 hat, d.
h. durch Verengung der Größe des Spaltes
auf der Seite des Elektromagneten 11 und durch Erweiterung
davon auf der Seite der Feder 5. Ebenfalls kann die Druckdifferenz
auf beiden Enden des Kolbens 4 verringert werden, indem
man eine Zumeßöffnung 19 in
dem Ablaufkanal 6 auf der Seite der Feder 5 vorsieht.
In diesem Fall ist die Größe der Zumeßöffnung 19 in
vorteilhafter Weise so ausgewählt,
daß sie
den gleichen Widerstand hat, wie jener des Spaltes, der in dem Elektromagneten 11 geformt
ist, oder die Spalte, die in den Elektromagneten 11 und
dem Verschiebungssensor 12 ausgeformt sind. Die Zumeßöffnung 19 kann
derart gebildet werden, daß der
Widerstand davon variabel ist. Indem der Widerstand variabel ist,
kann der Druck auf der Seite der Feder 5 auf einen geeigneten
Wert eingestellt werden, während
man den Druck auf der Seite des Elektromagneten 11 überprüft.
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6 veranschaulicht
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
des proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventils gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Lagereffekte der hydrostatischen Lager 17 eingestellt
werden können,
indem man Zumeßöffnungen 19 in
den Ablaufkanal 6 von den Kammern Cl und Cr auf beiden
Seiten des Kolbens des Ventilkörpers 2 vorsieht.
D. h., die Lastkapazität
mit genügend Rahmen
wird zuvor für
die hydrostatischen Lager 17 ausgewählt, und einstellbare Zumeßöffnungen 19 werden
in den Ablaufkanälen 6 von
den Kammern Cl und Cr auf beiden Seiten des Kolbens vorgesehen. Durch
Einstellung des Widerstandes dieser Zumeßöffnungen 19, so daß der gleiche
Druck auf beiden Seiten des Kolbens 4 erreicht wird und
der Wasserfluß ausreicht,
um die hydrostatische Lagerung zu bewirken, kann der Lagereffekt
mit einem minimalen Fluß erreicht
werden, und gleichzeitig kann die Erzeugung von Mikroorganismen
und das Verfaulen des Wassers innerhalb der Kammern Cl und Cr auf beiden
Seiten des Kolbens verhindert werden.
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Zusätzlich zu
den oben beschriebenen proportionalen Wasser-Hydrauliksteuerventilen, die den Flußratensteuerabschnitt,
den Kolbenantriebsmechanismus und den Verschiebungsdetektionsabschnitt
aufweisen, gibt es andere Bauarten, die Elektromagneten aufweisen,
die auf beiden Seiten des Flußratensteuerabschnittes
vorgesehen sind, die als Bauart mit doppelseitigem Elektromagneten
bekannt sind. Auch bezüglich
des Direktantriebsmechanismus zusätzlich zu den oben erwähnten elektromagnetischen
Proportionalelektromagneten gibt es andere Bauarten von solchen
Kombinationen eines Servomotors und einer Kugelgewindespindel, Kombinationen
von einer Piezovorrichtung und einem Hebel usw.. Die vorliegende
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Konstruktion des Steuerventils
eingeschränkt,
sondern kann auf ein Steuerventil angewandt werden, welches eine
andere Konstruktion besitzt, wie beispielsweise Bauarten mit doppelseitigem Elektromagneten
usw..
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Gemäß dem Wasser-Hydrauliksteuerventil gemäß der vorliegenden
Erfindung, welches so aufgebaut ist, wie oben beschrieben, wird
ein Flußdurch laß gebildet,
um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
in die Kammern auf beiden Seiten des Kolbens einzuleiten, was anfällig für das Stehenbleiben
von Wasser ist, welches als das Arbeitsströmungsmittel dient, und Ablaufkanäle werden
in Verbindung mit diesen Kammern gebildet. Daher wird die Wasserfüllung der
Kammern kontinuierlich durch frisches Wasser ersetzt, wodurch die
Erzeugung von Mikroorganismen und das Faulen des Wassers verhindert
wird, und wodurch Staub usw. aus dem Ventil ausgestoßen wird.
Ebenfalls nimmt das Wasser die Wärme auf,
die von dem Elektromagneten erzeugt wird, und fließt nach
außen,
um den Elektromagneten zu kühlen,
so daß eine
Veränderung
der Elektromagneteigenschaften aufgrund der Temperaturveränderung verhindert
werden kann.
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Es
sei bemerkt, daß die
Ziele und Vorteile der Erfindung mittels irgendeiner kompatiblen
Kombination oder mehrerer Kombinationen innerhalb des Umfangs der
beigefügten
Ansprüche
erreicht werden kann.