EP0092064B1 - Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils - Google Patents

Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils Download PDF

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EP0092064B1
EP0092064B1 EP83102910A EP83102910A EP0092064B1 EP 0092064 B1 EP0092064 B1 EP 0092064B1 EP 83102910 A EP83102910 A EP 83102910A EP 83102910 A EP83102910 A EP 83102910A EP 0092064 B1 EP0092064 B1 EP 0092064B1
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EP
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pressure
regulating
spring
piston
engaged
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EP0092064A2 (de
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Reiner Bartholomäus
Michel Rivolier
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Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Mannesmann Rexroth AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
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    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
    • Y10T137/86614—Electric
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87169—Supply and exhaust
    • Y10T137/87193—Pilot-actuated
    • Y10T137/87209—Electric

Definitions

  • the invention relates to a double-acting actuator with the features specified in the preamble of claim 1 and 4, respectively.
  • the object on which the invention is based is to design the actuating device of the type described at the outset in such a way that the proportional adjustment of the actuating piston and thus of the sliding body is achieved by means of a reduced construction outlay for the pilot valve device.
  • the pilot valve device consists of two three-way pressure reducing valves, both of which are connected in parallel to the pressure medium source and to the tank.
  • the pressure of the pressure medium source has no influence on the accuracy and proportionality of the adjustment path.
  • the pressure compensation takes place through the compensation spring, which is adjusted so that the adjusting force acting on the sliding body is the same regardless of whether the annular surface or the circular surface of the actuating piston is pressurized.
  • actuating devices according to the invention are suitable both for actuating the spool of directional valves, but also of other valves and in particular also for actuating the pistons of variable pumps.
  • a spool 10 is slidably disposed in a housing bore 11 of a valve housing 12.
  • the pressure medium paths to and from a consumer are not shown.
  • an actuating piston 14 is fastened, which has a larger diameter than the spool 10.
  • the actuating piston 14 divides two control spaces 16 and 17 from the housing 15.
  • the pressure in the control chamber 16 is controlled by a three-way pressure reducing valve 18 and the pressure in the control chamber 17 by a three-way pressure reducing valve 19.
  • the pressure in the control chamber 17 acts on the circular surface 20 of the actuating piston 14, while the pressure in the control chamber 16 acts on the annular surface 21 of the actuating piston, which results from the difference between the outer diameter of the actuating piston and the diameter of the piston slide 10.
  • a compensating spring 24 is supported at one end on a stop of the housing 12 and at the other end on a spring plate 25 which is pressed against a housing stop 26 by the spring 24, as a result of which the actuating piston 14 supported on the spring plate and thus the piston slide 10 is pressed into the starting position shown.
  • a return spring 27 is provided, one end of which is also supported on the spring plate 25 and the other end of which is supported on a spring holder 28 which, in the starting position shown, is supported on a collar 29 of the piston slide 10 and on the stop of the housing 12 .
  • FIG 2 is a section through one of the Three-way pressure reducing valves 18 and 19 shown.
  • This consists of a proportional magnet 30, the plunger 31 of which acts in a known manner on a piston 32 which works against a compression spring 33.
  • the pressure at the pressure connection 34 which is connected to the control chamber 16 or the control chamber 17, is set in a current-dependent manner by exciting the proportional magnet 30.
  • the plunger 31 of the magnet armature displaces the control piston 32 against the compression spring 33. Pressure medium then flows from the one with a Pressure medium source connected port 35 to port 34.
  • the three-pressure reducing valve 19 is actuated, the pressure in the space 17 acts on the circular surface 20 and the piston slide 10 is displaced upwards, the return spring also being compressed again, in addition to the return spring, but also the compensating spring 24, which is located on the housing stop 12 supports.
  • the compensating spring 24 must be dimensioned such that it compensates for the difference in the actuating forces, which is caused by the fact that the same pressure applied to differently sized shelves acts on the circular surface 20 and on the annular surface 21 of the actuating piston 14.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment, in which a piston slide 10 is also connected to an actuating piston 14, which divides a control chamber 17 from a control chamber 16. Each control room is in turn connected to a three-way pressure reducing valve or 19.
  • a return spring 27 is in turn arranged between the actuating piston 14 and the piston slide 10, which is supported at one end on the spring plate 25 already described and at its other end on a spring holder 28. A compensation spring is not provided.
  • the different actuating forces are compensated for by the circuit of the three-way pressure reducing valves 18 and 19 shown in FIG. 4.
  • the actuating piston 14 and the control chambers 16 and 17 are shown schematically in FIG. 4, and the connections of the three-way pressure reducing valves are shown in FIG 2 provided reference numerals. If the three-way pressure reducing valve 18 is actuated, the connections 35 and 34 are connected to one another, so that pressure medium enters the control chamber 16 and displaces the actuating piston 14 to the right, the displaced volume flowing to the tank connection 36 of the three-way pressure reducing valve 38.
  • the three-way pressure reducing valve 19 is actuated, pressure medium passes from the connection 35 via 34 into the control chamber 17 as well as via the branch line 40 and the connections 36 and 34 of the non-actuated pressure reducing valve 38 into the control chamber 16.
  • the annular surface 21 relates to the circular surface 20 as 1: 2, the actuating forces on the actuating piston 14 are the same at the same pressures of the pressure medium controlled by the three-way pressure reducing valves 18 or 19.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4 angegebenen Merkmalen.
  • Es ist bekannt (DE-A-3 043 935), zur einseitigen Betätigung eines Ventilschiebers an diesem einen Stellkolben zu befestigen, dessen unterschiedliche Stellflächen von einer Vorsteuereinrichtung mit Druckmittel beaufschlagt sind. Dabei ist der Kolbenstangenraum des Stellkolbens über eine Drossel und ein Druckreduzierventil an eine Druckmittelquelle angeschlossen und der Kolbenraum über ein Druckventil einerseits mit dem kolbenstangenseitigen Raum und über ein zweites Druckventil mit einem Tank verbunden. Die Druckventile sind somit hintereinander geschaltet. Das Druckreduzierventil hält den Steuerdruck konstant, um entsprechend dem die Druckventile ansteuernden elektrischen Signal eine proportionale Verstellung des Stellkolbens und damit des Schiebekörpers zu erzielen.
  • Es ist auch bekannt (DE-B-2 112 813 und DE-A-2 533 829), den kolbenstangenseitigen und kolbenseitigen Raum des Stellkolbens über Schaltventile mit einer Druckmittelquelle bzw. einem Tank zu verbinden. Dabei wird die Position des Stellkolbens mittels eines Wegaufnehmers elektrisch abgegriffen und dieser Wert zusammen mit einem Sollwert einer elektrischen Regeleinrichtung zur Betätigung der Schaltventile zugeführt. Die Verstellung des Schiebekörpers erfolgt somit über eine elektrische Rückführung.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Betätigungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß die proportionale Verstellung des Stellkolbens und damit des Schiebekörpers durch einen verringerten Bauaufwand für die Vorsteuerventileinrichtung erzielt wird.
  • Eine erste Lösung der genannten Aufgabe besteht aus den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen. Demnach besteht die Vorsteuerventileinrichtung aus zwei Dreiwege-Druckreduzierventilen, die beide parallel an die Druckmittelquelle und an den Tank angeschlossen sind. Der Druck der Druckmittelquelle hat keinen Einfluß auf die Genauigkeit und die Proportionalität des Verstellweges. Der Druckausgleich erfolgt durch die Ausgleichsfeder, die so abgestimmt ist, daß die auf den Schiebekörper wirkende Verstellkraft unabhängig davon gleich ist, ob die Ringfläche oder die Kreisfläche des Stellkolbens mit Druck beaufschlagt wird. Ein erheblicher Vorteil ist auch darin zu sehen, daß beide Dreiwege-Druckreduzierventile völlig identisch aufgebaut sind und bei gleichen Signalen für deren Magnetantrieb den gleichen Druck einsteuern.
  • Eine zweite erfindungsgemäße Lösung der genannten Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Von den Dreiwege-Druckreduzierventilen werden sowohl die Ringfläche als auch die Kreisfläche des Stellkolbens beaufschlagt. Da das Flächenverhältnis von Ringfläche zur Kreisfläche 1:2 beträgt, erfolgt der Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte auf rein hydraulischem Wege, so daß die Ausgleichsfeder in Wegfall geraten kann. Die Verstellkräfte in beiden Bewegungsrichtungen des Schiebekörpers sind somit gleich.
  • Die erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtungen eignen sich sowohl zum Betätigen der Kolbenschieber von Wegeventilen, aber auch von anderen Ventilen und insbesondere auch zum Betätigen der Kolben von Verstellpumpen. il
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1 eine Schnittansicht einer Betätigungsvorrichtung für den Kolbenschieber eines Wegeventils,
    • Figur 2 eine Schnittansicht durch ein Dreiwege-Druckreduzierventil
    • Figur 3 eine Schnittansicht durch eine Betätigungsvorrichtung in abgeänderter Ausführung mit hydraulischem Ausgleich und
    • Figur 4 ein Schaltschema der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform.
  • Gemäß Figur 1 ist ein Kolbenschieber 10 in einer Gehäusebohrung 11 eines Ventilgehäuses 12 verschiebbar angeordnet. Die Druckmittelwege zu und von einem Verbraucher sind nicht dargestellt. An einer Verlängerung 13 des Kolbenschiebers 10 ist ein Stellkolben 14 befestigt, der einen größeren Durchmesser als der Kolbenschieber 10 aufweist. Der Stellkolben 14 teilt im Gehäuse 15 zwei Steuerräume 16 und 17 ab. Der Druck im Steuerraum 16 wird von eines Dreiwege-Druckreduzierventil 18 und der Druck im Steuerraum 17 von einen Dreiwege-Druckreduzierventil 19 eingesteuert.
  • Der Druck im Steuerraum 17 wirkt auf die Kreisfläche 20 des Stellkolbens 14, während der Druck im Steuerraum 16 auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens wirkt, die sich aus der Differenz des Außendurchmessers des Stellkolbens zum Durchmesser des Kolbenschiebers 10 ergibt.
  • Eine Ausgleichsfeder 24 stützt sich mit ihrem einen Ende an einem Anschlag des Gehäuses 12 und mit ihrem anderen Ende an einem Federteller 25 ab, der von der Feder 24 an einen Gehäuseanschlag 26 angsdrückt ist, wodurch der am Federteller abgestützte Stellkolben 14 und damit der Kolbenschieber 10 in die dargestellte Ausgangslage gedrückt ist. Zusätzlich zur Ausgleichsfeder 24 ist eine Rückführfeder 27 vorgesehen, deren eines Ende ebenfalls am Federteller 25 abgestützt ist und deren anderes Ende an einem Federhalter 28 abgestützt ist, der in der dargestellten Ausgangslage an einem Bund 29 des Kolbenschiebers 10 und am Anschlag des Gehäuses 12 abgestützt ist.
  • In Figur 2 ist ein Schnitt durch eine der Dreiwege-Druckreduzierventile 18 bzw. 19 dargestellt. Diese besteht aus einem Proportionalmagnet 30, dessen Stößel 31 in bekannter Weise auf einen Kolben 32 wirkt, der gegen eine Druckfeder 33 arbeitet. Die Einstellung des Druckes am Druckanschluß 34, der mit dem Steuerraum 16 bzw. dem Steuerraum 17 verbunden ist, erfolgt stromabhängig durch Erregen des proportionalmagneten 30. Der Stößel 31 des Magnetankers verschiebt den Steuerkolben 32 gegen die Druckfeder 33. Druckmittel strömt dann von dem mit einer Druckmittelquelle verbundenen Anschluß 35 zum Anschluß 34. Übersteigt die Summe der Kräfte von Ausgangsdruck x Kolbenfläche + Federkraft die dem Magnetstrom proportionale Magnetkraft, so wird der Kolben 32 in Richtung auf seine Ausgangslage zurückgeführt, so daß vom Anschluß 34 ein Teil des Druckmittels so lange zum Tankanschluß 36 abfließen kann, bis am Kolben 32 Kraftgleichgewicht herrscht.
  • Wird auf diese Weise durch Ansteuern des Dreiwege-Druckreduzierventils 18 Druckmittel in den Raum 16 geleitet, das auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens 14 wirkt, so wird der Kolbenschieber 10 nach unten verschoben, wobei nur die Rückführfeder 27 zusammengedrückt wird, da der Federteller 25 am Gehäuseanschlag 26 festgehalten ist. Die Ausgleichsfeder 24 bleibt wirkungslos.
  • Wird dagegen das Drei-Druckreduzierventil 19 betätigt, so wirkt der Druck im Raum 17 auf die Kreisfläche 20 und wird der Kolbenschieber 10 nach oben verschoben, wobei ebenfalls wieder die Rückführfeder zusammengedrückt wird, zusätzlich zur Rückführfeder aber auch die Ausgleichsfeder 24, die sich am Gehäuseanschlag 12 abstützt. Die Ausgleichsfeder 24 muß so bemessen sein, daß sie den Unterschied der Stellkräfte ausgleicht, der dadurch hervorgerufen wird, daß der eingesteuerte gleiche Druck auf unterschiedlich große Stellflächen nämlich einmal auf die Kreisfläche 20 und zum anderen auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens 14 wirkt.
  • In Figur 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt, in der ebenfalls ein Kolbenschieber 10 mit einem Stellkolben 14 verbunden ist, der einen Steuerraum 17 von einem Steuerraum 16 abteilt. Jeder Steuerraum ist wiederum an ein Dreiwege-Druckreduzierventil bzw. 19 angeschlossen. Im Steuerraum 16 ist zwischen dem Stellkolben 14 und dem Kolbenschieber 10 wiederum eine Rückführfeder 27 angeordnet, die sich mit einem Ende an dem bereits geschilderten Federteller 25 und mit ihrem anderen Ende an einem Federhalter 28 abstützt. Eine Ausgleichsfeder ist nicht vorgesehen.
  • Vielmehr erfolgt der Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte durch die in Figur 4 dargestellte Schaltung der Dreiwege-Druckreduzierventile 18 und 19. In Figur 4 sind der Stellkolben 14 und die Steuerräume 16 und 17 schematisch dargestellt, und sind die Anschlüsse der Dreiwege-Druckreduzierventile mit den in Figur 2 verwendeten Bezugszeichen versehen. Wird das Dreiwege-Druckreduzierventil 18 betätigt, so werden die Anschlüsse 35 und 34 miteinander verbunden, so daß Druckmittel in den Steuerraum 16 gelangt und den Stellkolben 14 nach rechts verschiebt, wobei das verdrängte Volumen zum Tankanschluß 36 des Dreiwege-Druckreduzierventils 38 abfließt.
  • Wird dagegen das Dreiwege-Druckreduzierventil 19 betätigt, so gelangt Druckmittel vom Anschluß 35 über 34 sowohl in den Steuerraum 17 als auch über die Zweigleitung 40 und den Anschluß 36 und 34 des nichtangesteuerten Druckreduzierventils 38 in den Steuerraum 16. Verhält sich die Ringfläche 21 zur Kreisfläche 20 wie 1: 2, so sind bei gleichen von der Dreiwege-Druckreduziertventilen 18 oder 19 eingesteuerten Drücken des Druckmittels die Stellkräfte am Stellkolben 14 gleich groß.

Claims (4)

1. Doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung zur Verstellung eines durch eine Rückführfeder (27) in eine mittlere Neutralstellung zentrierten Schiebekörpers (10), insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils, mit einem Stellkolben (14) mit unterschiedlichen Stellflächen (20, 21), die zur beidseitigen Verstellung aus der Neutralstellung mittels einer aus zwei elektromagnetisch betätigten Druckventilen bestehenden Vorsteuerventileinrichtung (18, 19) mit Druckmittel beaufschlagbar sind, wobei die Vorsteuerventileinrichtung mit einer Druckmittelquelle (P) und einem Tank (T) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Druckventile als Dreiwege-Druckreduzierventile (18,19) ausgebildet und parallel zueinander an die Druckmittelquelle (P) und den Tank (T) angeschlossen sind, daß zur Verstellung jeweils nur eine der Stellflächen (20, 21) druckbeaufschlagt und die andere druckentlastet ist, und daß die kleinere Stellfläche (21) von einer Ausgleichsfeder (24) zum Ausgleich der durch die unterschiedlichen Stellflächen ausgeübten ungleichen Stellkräfte beaufschlagt ist.
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsfeder (24) mit einem Ende am Gehäuse (12) und mit dem anderen Ende auf einem Federteller (25) abgestützt ist, der in der Neutralstellung sowohl an dem Stellkolben (14) als auch an einem Gehäuseanschlag (26) anliegt, daß bei Beaufschlagung der kleineren Stellfläche (21) der Federteller (25) weiter am Gehäuseanschlag (26) anliegt und der Stellkolben (14) vom Federteller (25) abhebt, und daß bei Beaufschlagung der größeren Stellfläche (20) der Federteller (25) durch den Stellkolben (14) vom Gehäuseanschlag (26) entgegen der Kraft der Ausgleichsfeder (24) abgehoben wird.
3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Ausgleichsfeder (24) die Rückführfeder (27) angeordnet ist, die mit einem Ende am Federteller (25) und mit dem anderen Ende an einem Federhalter (28) abgestützt ist, der in der Neutralstellung sowohl am Schiebekörper (10) als auch am Gehäuse (12) anliegt, daß bei Beaufschlagung der kleinen Stellfläche (21) der Federhalter (28) vom Gehäuse (12) abhebt und bei Beaufschlagung der größeren Stellfläche (20) der Federhalter (28) sich am Gehäuse (12) abstützt.
4. Doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung zur Verstellung eines durch eine Rückführfeder (27) in eine mittlere Neutralstellung zentrierten Schiebekörpers (10), insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils, mit einem Stellkolben (14) mit unterschiedlichen Stellflächen (20, 21), die zur beidseitigen Verstellung aus der Neutralstellung mittels einer aus zwei elektromagnetisch betätigten Druckventilen bestehenden Vorsteuerventileinrichtung (18,19) mit Druckmittel beaufschlagbar sind, wobei beide Stellflächen druckbeaufschlagt sind und die Vorsteuerventileinrichtung mit einer Druckmittelquelle (P) und einem Tank (T) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Druckventile als Dreiwege-Druckreduzierventile (18, 19) ausgebildet und parallel zueinander an die Druckmittelquelle (P) angeschlossen sind, und daß zum Ausgleich der durch die im Verhältnis 1:2 unterschiedlichen Stellflächen (20, 21) ausgeübten ungleichen Stellkräfte der Tankanschluß (36) des die kleinere Stellfläche (21) beaufschlagenden Druckreduzierventils (18) mit dem Stellkolbenanschluß (34) des die größere Stellfläche (20) beaufschlagenden. Druckreduzierventils (19) verbunden ist.
EP83102910A 1982-04-21 1983-03-24 Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils Expired EP0092064B1 (de)

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EP0092064A3 EP0092064A3 (en) 1984-07-25
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