EP0853731B1 - Elektrohydraulische steuerventilanordnung - Google Patents

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EP0853731B1
EP0853731B1 EP96933364A EP96933364A EP0853731B1 EP 0853731 B1 EP0853731 B1 EP 0853731B1 EP 96933364 A EP96933364 A EP 96933364A EP 96933364 A EP96933364 A EP 96933364A EP 0853731 B1 EP0853731 B1 EP 0853731B1
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EP
European Patent Office
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control valve
piston
main control
servo control
valve
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EP96933364A
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Eckehart Schulze
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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
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0435—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being sliding valves
    • 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
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/10—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor in which the controlling element and the servomotor each controls a separate member, these members influencing different fluid passages or the same passage
    • 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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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
    • Y10T137/86606—Common to plural valve motor chambers
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    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
    • Y10T137/86614—Electric

Definitions

  • the invention relates to an electrohydraulic control valve arrangement for controlling the pressure medium inflow and outflow to and from a linear or rotary hydraulic motor, with a main control valve designed as a 3-position valve, one in a hole in its housing in an alternative Has directions between the deflectable pistons, the maximum amounts in alternative functional positions I and II of the main control valve released cross sections of Flow paths correspond to those with increasing deflection the piston from a (functionally neutral) center position 0 released continuously, essentially proportional to deflection and accordingly when the piston approaches its central position can be reduced, the piston deflections using an electro-hydraulic pilot valve arrangement, which is controlled electrically by means of alternative pressurization and relief of two control chambers of the main control valve are controllable.
  • Such an electro-hydraulic Control valve assembly is the well-known proportional valve ("The hydraulic trainer", Vogel publishing house, Würzburg, 1st edition 1978, pages 143 to 145), in a typical Training as a 4/3-way valve as the main control valve and two by means of a proportional magnet, one for Actuating force proportional to current generated, controllable Pressure control valves as a pilot valve arrangement includes through which the control chambers of the main control valve with pressure can be acted upon and relieved of pressure.
  • the object of the invention is therefore a control valve arrangement of the type mentioned at the outset to improve that a largely hysteresis-free control of the main control valve and also a more sensitive response of the Control valve assembly is achieved overall.
  • an electrohydraulic overflow control valve which with electromechanically controllable position setpoint specification and mechanical position feedback feedback works.
  • this control principle includes the overrun control valve one in one with the housing of the main control valve fixed connection block arranged housing element, that is movable in a pressure-tight manner with respect to this connection block, and in turn movable in a pressure-tight manner in the housing element arranged piston element, one of these elements serves as a setpoint specification element, which by means of a controllable electric motor in alternative directions for execution incremental deflections to the other element is drivable, which in turn as an actual position feedback element serves that with the piston of the main control valve non-positively coupled, and thus for execution with the deflections of the setpoint specification element same-direction wake movements can be driven.
  • the control valve arrangement mediates at least the following functionally advantageous properties, for the explanation of which it is assumed that the setpoint specification element of the overrun control valve, its piston and as a position actual value feedback element whose the piston is coaxial surrounding sleeve-shaped housing element are used, wherein the piston by means of a stepper motor as a setpoint specification motor driven rack and pinion, the same time acts as a reduction gear for incremental execution Deflections in relation to the sleeve-shaped housing element of the follow-up control valve is drivable and the sleeve-shaped Housing element of the follow-up control valve - free of play - is motionally coupled to the piston of the main control valve, in such a way that its deflections correspond to those of the setpoint input piston follow, with the sleeve-shaped housing element in turn with the piston of the main control valve over a Gear can be motion-coupled with a defined Implementation ratio deflections of the main control valve piston in correlated follow-up movements of the
  • the overrun control valve regardless of the sense of change of the setpoint specification and that of the piston position of the main control valve in each case then in its functionally neutral middle position, if equality the actual position of the main control valve piston with their Setpoint is given by stepper motor-controlled displacement of the setpoint specification piston of the overrun control valve has been scheduled.
  • the increments of the incremental deflections of the setpoint input piston of the follow-up control valve are electronic easily controllable and in terms of their amount definable within wide limits, so that a sufficiently finely graduated, quasi-continuous adjustability of the main control valve to the required flow cross-sections is possible. Problems with the known Proportional valve from a "hum" (dither current) modulation resulting from magnetic excitation currents occur at the In principle, the control valve arrangement according to the invention does not.
  • claims 2 and 3 are alternative designs the control valve assembly specified, in which the respective position feedback element of the overrun control valve rigidly connected to the piston of the main control valve can be and so far a structurally particularly simple Structure of the control valve assembly is given.
  • the main control valve of the control valve assembly as Rotary slide valve and the overrun control valve as a linear one Slider valve be formed, then a gear device is provided the azimuthal deflections of the piston of the main control valve in linear displacements of the Feedback element of the follow-up control valve is implemented.
  • Valve spring arrangement For the setpoint specification element of the overrun control valve in the non-activated state of the setpoint input motor in with the neutral central position of the main control valve piston linked setpoint default position urgent Valve spring arrangement are characterized by the features of claims 11 to 13 configurations that can be used alternatively or in combination specified, which are particularly useful if the Follow-up control valve of the control valve arrangement as a linear one Slider valve is formed while by the features of claims 14 and 15 designs of a functionally Valve spring arrangement are specified that are special for a follow-up control valve designed as a rotary slide valve the control valve assembly are suitable.
  • Control valve assembly includes one by hydraulic Pressure-actuated main control valve, designated overall by 11, through alternative pressurization and relief in control chambers 12 and 13 from his illustrated Home position 0 in alternative functional positions I and II is switchable, as well as a pilot valve with a total 14 designated follow-up control valve that with electrical controllable specification of the target position of the piston 16 of the Main control valve 11 and mechanical feedback of the actual position of the piston 16 works.
  • control valve assembly 10 as the circuit diagram representation of Fig. La removable, for operating control of a rotary hydraulic motor 17 is used, its alternative directions of rotation - clockwise and counterclockwise - the alternative functional positions I and II assigned to the main control valve 11 are, the speed of the motor by the him on the Main control valve 11 fed and discharged volume flow of the hydraulic operating medium is adjustable.
  • FIG. 1a The one shown in FIG. 1, designated 0 in FIG. 1a
  • the basic position of the main control valve 11 is at a standstill assigned to the rotary hydraulic motor 17.
  • the main control valve 11 is designed as a linear slide valve, whose piston 16 in the direction of the central longitudinal axis 18 one extending between the control chambers 12 and 13 Housing bore 19 can be pushed back and forth, where relevant end positions between impact End pieces 21 and 22 of the piston 16 with these in each case opposite end walls 23 and 24 of the control chambers 12 and 13 are marked.
  • the main control valve 11 is designed as a 4/3-way valve, in its illustrated basic position 0 with the pressure outlet a pressure supply unit, not shown, connected P supply port 26 and one with the unpressurized Storage tank of the pressure supply unit connected T-return connection 27 both against an A control connection 28 as well as against a B control connection 29 of the main control valve, through their alternative pressurization and relief the drive control of the consumer 17 takes place, shut off are.
  • a pressure supply unit not shown
  • P supply port 26 and one with the unpressurized Storage tank of the pressure supply unit connected T-return connection 27 both against an A control connection 28 as well as against a B control connection 29 of the main control valve
  • the main control valve 11 is designed as a proportional valve, with the increasing deflection of its piston 16 whose center position corresponding to the basic position 0, each according to the direction of this deflection, which in the alternative Function positions I and II released flow paths 31 and 32 or 33 and 34 with increasingly larger cross sections are released, each in the end positions of the piston reached their maximum values.
  • the main control valve 11 is used to achieve these functions in the usual way as follows:
  • This inner one Bore section 19 ' forms the radially outer, housing-fixed Limitation of an annular space 51 that with the P-supply connection of the main control valve 11 in constantly communicating Connection is established.
  • This annular space 51 is axially movable through the adjacent ring end faces of the through the central piston rod 42 interconnected central Piston flanges 37 and 38 limited to the outer Edges of their adjacent ring end faces on the piston side, form inner control edges 52 and 53, the axial Distance equal to that of the inner control edges 44 and 46 the A control groove 47 and the B control groove 48 are from each other.
  • the A control groove 47 and the B control groove 48 of the valve housing 49 close each one through the radially inner edge of their axially outer groove flank marked, outer control edge 54 or 56 to bore sections 19 ′′ or 19 ′′, which are fixed to the housing form radial boundaries of annular spaces 57 and 58, communicating with one another via a housing channel 59 connected and common to the return port 27 of the main control valve 11 are connected.
  • the one with the unpressurized reservoir of the supply unit connected T-ring spaces 57 and 58 are through the end flanges 36 and 39 of the piston 16 of the main control valve 11 against the control chambers 12 and 13 delimited movable pressure-tight.
  • the amounts in the alternative flow positions I and II released cross sections of the flow paths 31 and 32nd and 33 and 34 of the main control valve 11 are by means of Guide-up control valve 14 adjustable, by means of which the Pressurization and relief of the control chambers 12 and 13 of the main control valve 11 are controllable.
  • the overrun control valve 14 is in the particular embodiment shown in largely structural analogy to the main control valve 11 designed as a linear slide valve that with parallel course of the central longitudinal axis 68 to the central Longitudinal axis 18 of the main control valve 11 is arranged.
  • overrun control valve 14 mediates the function of 4/3-way valve, for which a total of 66 Piston and its housing 99, apart from cross-sectional dimensions and a larger axial distance from the central Piston flanges 87 and 88, between which there is the P-ring space 101 of the follower control valve 14 extends the same configuration piston-side control edges 102,103,111 and 112 as well Control edges 94,96,104 and 106 provided on the housing is, as with the main control valve 11.
  • the housing 99 of the follow-up control valve 14 is as one outside cylindrical sleeve formed in one with the central Longitudinal axis 68 of the follower valve 14 coaxial bore 113 of a housing block 114 which is fixed to the housing 49 of the main control valve 11 is connected, sliding pressure-tight is guided back and forth.
  • the A control connection 78 is the one shown in FIG. 1 on the right Control chamber 13 of the main control valve connected during the B control port 79 of the follower valve 14 with the left Control chamber 12 of the main control valve 11 is connected.
  • the relevant connection channels are designated 116 and 117 respectively.
  • the piston 66 of the follow-up control valve 14 has one through valve springs 118 and 119 centered center position, which the Setpoint specification position for the basic position shown of the piston 16 of the main control valve 11, which has a schematically indicated bridge 121 with the housing 99 of the Follow-up control valve 14 is connected in a non-displaceable manner.
  • This assignment of the basic positions 0 of the overrun control valve 14 and the main control valve 11 is by the precision the manufacture and, if necessary, the adjustability the mechanical connection between the main control valve piston 16 and the piston 66 of the follow-up control valve 14 and the adjustability of the basic position of the valve piston 66 of the Follow-up control valve 14 reached.
  • the adjustability in this regard the piston position is shown in Fig. 1 by a Set screw 122 indicated, by means of which a support block 123, on which one valve spring 118 is supported on the housing side, is axially displaceable while the other valve spring 119 on an opposite end wall 124 of the Follow-up control valve 14 containing housing block 114 axially is supported.
  • the piston 66 is at its one end, as shown in FIG. 1, on the right with a slim, rod-shaped, the right valve spring 119 centrally penetrating extension 126 provided by a central bore 127 of the end wall 124 passes through and is designed as a rack 128 at its free end, with their teeth the drive pinion 129 of an electric Stepper motor 131 is in mesh-free engagement.
  • the stepper motor 131 is electronic by output pulses Control unit 132 for performing incremental rotary movements can be controlled in the possible alternative directions of rotation.
  • the main control valve 11 is in its functional position II controllable and to defined values of the opening cross-sections released in this functional position II Flow paths 33 and 34 adjustable.
  • the associated gradation of the opening cross sections of the main control valve 11 in its two functional positions I and II corresponds practically to a continuous change in the opening cross sections of the respective flow paths.
  • valve pistons used as the setpoint specification element 66 of the follower valve 14 attacking valve springs 118 and 119 are designed so that they are not energized State of the stepper motor 131 are able to Overcoming residual holding torque and the valve piston 66 in to bring its neutral middle position, with the result that as long as the pressure supply is working, that too Main control valve returned to its home position 0 becomes.
  • the feedback of the actual value of the position of the piston 16 'of the main control valve 11' is carried out by "Co-rotating" of the basic cylindrical-sleeve-shaped Housing element 99 'of the follow-up control valve 14' around it central longitudinal axis 68 ', the translation being more translational Movements of the main control valve piston 16 'along whose central longitudinal axis 18 in rotary movements of the used as a feedback element housing part 99 'of the follow-up control valve 14 'by positive engagement of one with the sleeve-shaped rotatable housing part 99 'of the follow-up control valve 14 'firmly connected coupling element 143 with a Annular groove 144 of the main control valve piston 16 'takes place, those in the middle area of the relatively elongated piston flange 36 'is arranged, on the one hand, the pressure-tight movable Limitation of the left control chamber 12 and the other also the one - left - pressure tight movable limit of the left T-ring space 57
  • the piston 66 'of the overrun control valve which serves as the setpoint specification element 14 'is rotationally fixed to the output shaft 146 of the stepper motor 131 connected via an external spur gear with an internal straight toothing of the piston 66 ' with this is in mesh-free engagement.
  • the setpoint-setting piston 66 'of the follow-up control valve 14' which is rotatably mounted in a pressure-tight manner in the central through bore 69 'of the sleeve-shaped housing element 99', which in turn is located in the bore 113 'centrally penetrating the connection block 114' of the follow-up control valve 14 ' of the connection block 114 'of the follow-up control valve 14', which is rotatably mounted in a pressure-tight manner about its central longitudinal axis 68 ', is connected in a rotationally fixed manner to a stop angle, generally designated by 147, which between free leg ends 148 and 149 (FIGS.
  • leg spring 151 protrudes leg spring, which is under an azimuthal bias, through which the free leg ends are exposed to oppositely directed azimuthal forces and are urged against opposite stop surfaces of the stop bracket 147.
  • the leg spring 151 is secured against rotation about the central longitudinal axis 68 'and, as a result of this, as well as its pretension, which is sufficient to overcome a holding torque which the stepper motor 131 still exerts in the de-energized state, the effect that the setpoint value Specification piston 66 'in the de-energized state of the stepping motor 131 reaches the defined azimuthal position ⁇ 0 shown in FIGS. 2 and 2a, which is assigned to the neutral central position 0 of the main control valve 11' shown as the setpoint specification position.
  • leg spring 151 and the stop arm 147 functionally the valve springs 118 and 119 of the "linear" Follow-up control valve 14 according to FIG. 1 corresponding reset device 147, 151 of the rotary slide valve control valve 14 'according to FIG. 2 is implemented in more detail as follows:
  • the stop bracket 147 comprises a stable, one section the output shaft 146 of the stepper motor 131 coaxially enclosing Fixing sleeve 152 on its valve side End is provided with an internal spur gear that with a short section of the outer splines of the output shaft 146 of the stepper motor 131 in meshing engagement stands and thereby rotatably connected to this output shaft 146 is.
  • the fixing sleeve 152 is by grub screws 153 against axial displacements with respect to the drive shaft 146 secured.
  • the leg spring 151 has the central axis 68 'of Follower control valve 14 'coaxial windings 158 of the same inner diameter, of the illustrated special embodiment equal to the diameter of bore 113 'of the terminal block 114 'of the follow-up control valve 14'.
  • the central longitudinal axis 162 of the anchor pin and the central longitudinal axis 163 of the stop pin 161 run parallel to the central longitudinal axis 68 'of the follow-up control valve 14 ', with the central longitudinal axis 163 of the Stop pin 161 and the central longitudinal axis 68 'of the follow-up control valve 14 'defines a "middle" radial plane 164 is also in the central longitudinal axis 157 of the stop leg 156 of the stop angle 147 extends, as well also its radial central plane 166, if the central one Piston 66 'of the follow-up control valve 14' in its basic position 0 of the main control valve 11 'assigned setpoint specification position located.
  • the leg spring 151 has four "inner”, self-contained windings 158 in the exemplary embodiment selected for explanation, which run radially from the fixing sleeve 152 of the stop bracket 147 and these each with the enclose a full circumferential angle of 360 ', and on each end of the leg spring an end turn 167 or 168 which, based on the housing-fixed, was marked by the central longitudinal axes 68' and 163 of the follow-up control valve 14 'or the stop pin 161 Radial plane 164 of orientation ⁇ 0 only extends over part of the circumference of inner turns 158. At these terminal partial windings 167 and 168, as can best be seen in FIG. 2a, the radially or approximately radially extending free leg ends 148 and 149 of the leg spring 151 connect with a smooth curvature which corresponds approximately to that of the stop pin 161.
  • One of the central turns between two "complete” turns 158 completely enclosing the fixation sleeve is arranged is within an azimuthal angular range of a total of about 60 ° with a U-shaped, radial bulge 169 provided by the anchor pin 159, the arranged diametrically opposite the stop pin 161 is, the form-fitting encompassing arrangement on the outside Leg spring 151 in the arrangement shown in FIG. 2a against rotation about the central longitudinal axis 68 'of the Follow-up control valve 14 'is secured.
  • the leg spring 151 In the relaxed state shown in FIG. 2b the leg spring 151 corresponding configuration thereof the partial turns 167 and 168 only extend over one - On the running between the free leg ends 148 and 149 Longitudinal median plane 171 related - peripheral area of about 160 °, so that between their free leg ends 148 and 149 a "clear" azimuthal distance of approximately 40 ° remains, i.e. a positive overlap of the terminal partial turns 167 and 168 is not given in the circumferential direction.
  • the setpoint specification piston 66 'of the follow-up control valve 14' in that Orientation that corresponds to the home position 0 of the Main control valve 11 'is assigned required azimuthal
  • the torsion spring 151 is impressed by preloading that these are pulled out during assembly in the in Fig. 2a Is presented in the configuration shown in the lines the outer, terminal partial turns 167 and 168, radially passing within the stop pin 161, on a circumferential area due to its diameter overlap and with their radial free Leg ends 148 and 149 each face away from each other Support the sides of the stop pin 161 on this - azimuthally.
  • the stepping motor 131 is positioned with the orientation of its stop angle 147 in which the stop leg 156 of the stop angle 147 radially outside the stop pin 161 engages between the free leg ends 148 and 149 of the partial windings 167 and 168 and is fixed in this position on the housing block 114 'of the follow-up control valve 14', which results in the radial orientation ⁇ 0 of the radial plane 164 of the stop angle 147, which with the output shaft of the stepper motor 131 is non-rotatably connected, the basic position 0 of the follow-up control valve 14 and
  • the overrun control valve 14 ' is designed so that it through a controllable rotation of its by means of the stepping motor 131 central valve piston 66 'in the direction of arrow 172 of Fig. 2a, i.e. seen in the direction of arrow 173 of Fig.
  • the main control valve is in an analogous manner 11 'by stepper motor controlled azimuthal rotation of the central piston 66 'of the follow-up control valve 14' in the direction of arrow 174 of FIG. 2a into its functional position II controllable, in which its valve piston 16 'related to its neutral center position 0, a deflection "after right "experienced with the azimuthal deflection of the central Follow-up control valve piston 66 'correlates monotonously is.
  • the main control valve 11 'and the wake control valve 14' of the control valve arrangement 10 'according to FIG. 2 are coordinated with one another in such a way that the maximum deflections ⁇ 1max and ⁇ 2max of the piston 16' of the main control valve 11 'in the sense of taking up the functional position I or II Azimuthal deflections ⁇ 1max or ⁇ 2max of the piston 66 'in the direction of arrows 172 and 174 of FIG. 2a correspond, which are each 30 °, as in FIG. 2a due to the azimuthal orientations ⁇ 1max and ⁇ 2max of the radial central plane 166 represents the stop angle 147 of the follow-up control valve 14 '.
  • the movement of the piston 16 'into translatory movements of the piston 16' in the direction of the central longitudinal axis 18 of the main control valve 11 'into rotational "feedback" movements of the sleeve-shaped feedback element 99' of the follow-up control valve 14 ' is as a slimmer, from the annular end edge 176 of the sleeve-shaped housing part 99 'of the follow-up control valve 14' is formed, provided at its end with a spherical head 177 rod 178, the central longitudinal axis 179 of which runs parallel to the central longitudinal axis 68 'of the follow-up control valve.
  • the diameter of the spherical head 177 of the coupling element 143 corresponds, apart from an undersize of a few hundredths of a millimeter, to the clear width of the annular groove 144 of the piston 16 ', into which the coupling element 143 projects radially or approximately radially.
  • the thickness of the rod-shaped part 178 of the coupling element 143 is smaller than the diameter of its spherical head 177.
  • This tensioning device 18 comprises a helical spring 183 which is under tension, on an azimuthal region which is slightly smaller than that of the total swivel range ⁇ 1max - ⁇ 2max of the sleeve-shaped housing part 99 'of the follow-up control valve 14' to a complementary angle of 360 °, from an outer, concave groove 184 of an only slightly extended in the axial direction, from the central bore 113 'of the connection block 114' to the main control valve 11 'protruding end portion 186 (Fig. 2) of the sleeve-shaped housing part 99 'is received.
  • the radius of curvature of this groove 184 is slightly larger than that of the spring coils, which are received by this concave groove 184 with a radially inner 180 ° region and are supported at the bottom thereof.
  • the short end section 186 of the sleeve-shaped housing part 99 'of the follow-up control valve 14' used as a mechanical feedback element passes through one relative to the central bore 113 'of the connection block 114' of the follow-up control valve 14 ', in which the sleeve-shaped housing part 99' is arranged so that it can be rotated in a pressure-tight manner over sections of its length , Extended bore step 187, the diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the helical spring 183, the radial clear width of the annular gap 188 remaining between the bore step 187 and the outer circumferential surface of the end section 186 of the sleeve-shaped housing part 99 'carrying the helical spring 183 being smaller than that Diameter of the individual spring coils
  • the central valve piston 66 ' is in that of the end portion 186 of the sleeve-shaped housing part 99 'on the azimuthal range of approximately 300 ° coaxially enclosed, from the central bore 113 'of the terminal block 114' to Main control valve 11 'exiting area a stop pin 189 firmly inserted, the radial one-sided in the "free" Annular gap region 188 'protrudes, the azimuthal width by the azimuthal distance of radial end faces 191 and 192 is determined, which extends in the axial direction over the depth - axial extension - of the end section carrying the coil spring 183 186 of the sleeve-shaped housing part 99 'of the follow-up control valve 14 'extend.
  • the design of the sleeve-shaped housing part 99 'of the follow-up control valve 14' and the orientation of the stop pin 189 which is fixedly connected to the setpoint specification piston 66 'of the follow-up control valve 14' are coordinated with one another in such a way that the position setpoint value and actual position value of the Piston 16 'of the main control valve 11' corresponding to the central position 0 of the follow-up control valve 14 ', the radial plane containing the central longitudinal axis 193 of the stop pin 189 and the central longitudinal axis 68' of the follow-up control valve 14 'bisects the angle ⁇ by the radial end faces 191 and 192 of the helical spring 183 enclose supporting end portion 186 of the sleeve-shaped housing part 99 '.
  • This angle ⁇ is chosen to be sufficiently large that the central piston 66 'can be rotated clockwise and counterclockwise with respect to the sleeve-shaped housing part 99' in relation to the illustrated central position of the stop pin 189 by the maximum actuation angles ⁇ 1max and ⁇ 2max , without this backlash-free engagement with the piston 16 'of the main control valve 11' could be canceled.
  • One end 194 of the helical spring 183 is at the free end section 189 'of the stop pin 189 attached while the other end 196 in the immediate vicinity of the radial end face 192, fixed to the sleeve-shaped housing part 99 ' whose azimuthal distance from the stop pin 189 is seen about the azimuthal in the direction of the spring 183 Alignment corresponds.

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Steuerventil-anordnung zur Steuerung des Druckmittel-Zustromes und -Abflusses zu und von einem linearen oder rotatorischen Hydromotor, mit einem als 3-Stellungs-Ventil ausgebildeten Hauptsteuerventil, das einen in einer Bohrung seines Gehäuses in alternativen Richtungen zwischen Endstellungen auslenkbaren Kolben hat, die maximalen Beträgen in alternativen Funktionsstellungen I und II des Hauptsteuerventils freigegebener Querschnitte von Durchflußpfaden entsprechen, die mit zunehmender Auslenkung des Kolbens aus einer (funktionsneutralen) Mittelstellung 0 stetig, im wesentlichen auslenkungsproportional freigegeben und bei Annäherung des Kolbens an seine Mittelstellung entsprechend reduziert werden, wobei die Kolbenauslenkungen mittels einer elektrohydraulischen Vorsteuer-Ventilanordnung, die elektrisch sollwert-geführt ist, durch alternative Druckbeaufschlagung und -Entlastung zweier Steuerkammern des Hauptsteuerventils steuerbar sind. Eine derartige elektrohydraulische Steuerventilanordnung ist das allgemein bekannte Proportionalventil ("Der Hydrauliktrainer", Vogel-Verlag, Würzburg, 1. Auflage 1978, Seiten 143 bis 145), das in einer typischen Ausbildung ein als 4/3-Wege-Ventil als Hauptsteuerventil und zwei mittels je eines Proportionalmagneten, der eine zur Stromstärke proportionale Betätigungskraft erzeugt, steuerbare Druck-Regelventile als Vorsteuer-Ventilanordnung umfaßt, über die die Steuerkammern des Hauptsteuerventils mit Druck beaufschlagbar und druck-entlastbar sind.
Das bekannte Proportionalventil ist aufgrund seines insoweit geschilderten Aufbaus mit zumindest den folgenden Nachteilen behaftet:
Aufgrund stets vorhandener Reibung zwischen den Magnet-Ankern und Gehäuselementen der Druckregelventile ist deren Ansprechverhalten hysterese-behaftet, so daß einem definierten Wert des Erregerstromes nicht auch in eindeutiger Weise ein bestimmter Öffnungsquerschnitt des Hauptsteuerventils zugeordnet ist. Derartige Reibungseffekte wirken sich im Sinne der Vergrößerung eines Nachlauffehlers zwischen Soll- und Ist-Position des Hauptsteuerventilkolbens umso stärker aus, je geringer die zeitliche Rate ist, mit der der Erregerstrom der Vorsteuerventile geändert wird, um einen erwünschten Zeitverlauf der jeweiligen Ventileinstellung zu erzielen. Zwar können extreme Auswirkungen solcher Hysterese-Effekte dadurch einigermaßen wirkungsvoll vermieden werden, daß der Erregerstrom des jeweils angesteuerten Proportionalmagneten zeitperiodisch variiert wird, derart, daß sein zeitlicher Mittelwert einer effektiven Stromstärke entspricht, mit der die gewünschte Anker-Auslenkung verknüpft ist, die wiederum zu einem Vorsteuerdruck führt, der eine erwünschte Positionierung des Hauptsteuerventilkolbens ergeben soll. Der Anker eines solchermaßen angesteuerten Vorsteuerventils wird dadurch ständig in Bewegung gehalten, so daß der im Vergleich zur Gleitreibung höhere Wert der Haftreibung praktisch nicht wirksam werden kann und insoweit die Auslenkung des angesteuerten Ankers stets unter den günstigeren Nebenbedingungen der Gleitreibung möglich ist. Gleichwohl muß auch bei dieser Art der Vorsteuerung in Kauf genommen werden, daß die Ist-Position des Hauptsteuerventilkolbens, einen durch den "Mittelwert" des Erregerstroms des Proportionalmagneten vorgegebenen Sollwert nur relativ träge erfolgt, da weitgehende Übereinstimmung von Soll- und Ist-Position erst nach einigen Periodendauern der periodischen Erregerstrom-Änderungen gegeben sein kann, die diesem durch Überlagerung eines zwischen Extremwerten variierenden Wechselstromes mit einem den einzusteuernden Positions-Sollwert korrelierten Gleichstrom aufgeprägt werden. Für die in praxi nutzbaren Periodendauern des "Dither"-Stromes, der die periodischen Positions-Änderungen des Vorsteuerventil-Ankers bewirkt, von 10 bis 20 ms, bedeutet dies, daß sich - zeitlich gemittelte - Gleichheit von Ist- und Sollwert der Position des Hauptsteuerventilkolbens erst nach etwa 1/20 bis 1/5 s ergeben kann, was für zahlreiche Bedarfsfälle zu lange ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Dither-Amplitude des Erregerstromes mit dessen zur Einstellung eines bestimmten Öffnungsquerschnittes von Durchfluß-Pfaden des Hauptsteuerventils erforderlichem Mittelwert vergleichbar ist, d.h. in Fällen, in denen das Hauptsteurventil mit relativ kleinen Öffnungsquerschnitten seiner Durchflußpfade betrieben werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuerventilanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine weitestgehend hysteresefreie Ansteuerung des Hauptsteuerventils und auch ein sensibleres Ansprechverhalten der Steuerventilanordnung insgesamt erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Hiernach ist als elektrohydraulische Vorsteuerventilanordnung ein elektrohydraulisches Nachlauf-Regelventil vorgesehen, das mit elektromechanisch steuerbarer Positions-Sollwert-Vorgabe und mechanischer Positions-Istwert-Rückmeldung arbeitet. Zur Realisierung dieses Regelungsprinzips umfaßt das Nachlauf-Regelventil ein in einem mit dem Gehäuse des Hauptsteuerventils fest verbundenen Anschlußblock angeordnetes Gehäuseelement, das gegenüber diesem Anschlußblock druckdicht beweglich ist, sowie ein seinerseits in dem Gehäuseelement druckdicht beweglich angeordnetes Kolbenelement, wobei das eine dieser Elemente als Sollwert-Vorgabeelement dient, das mittels eines steuerbaren Elektromotors in alternativen Richtungen zur Ausführung inkrementaler Auslenkungen gegenüber dem anderen Element antreibbar ist, das seinerseits als Positions-Istwert-Rückmeldeelement dient, das mit dem Kolben des Hauptsteuerventils kraft-formschlüssig bewegungsgekoppelt und dadurch zur Ausführung mit den Auslenkungen des Sollwert-Vorgabeelements gleichsinniger Nachlaufbewegungen antreibbar ist. Desweiteren ist das Nachlaufregelventil mit einer Ventilfederanordnung versehen, die im nicht angesteuerten Zustand des Sollwert-Vorgabe-Motors, erforderlichenfalls gegen ein noch vorhandenes Rest-Haltemoment dieses Motors, das Sollwert-Vorgabeelement auf die der funktionsneutralen Mittelstellung des Hauptsteuerventils zugeordnete Sollwert-Vorgabe-Position einstellt bzw. zurückstellt.
Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung vermittelt zumindest die folgenden funktionell vorteilhaften Eigenschaften, zu deren Erläuterung angenommen sei, daß als Sollwert-Vorgabe-Element des Nachlaufregelventils dessen Kolben und als Positions-Istwert-Rückmeldeelement dessen den Kolben koaxial umgebendes hülsenförmiges Gehäuseelement genutzt seien, wobei der Kolben mittels eines von einem Schrittmotor als SollwertVorgabe-Motor angetriebenen Zahnstangentrieb, der gleichzeitig als Untersetzungsgetriebe wirkt, zur Ausführung inkrementaler Auslenkungen gegenüber dem hülsenförmigen Gehäuseelement des Nachlaufregelventils antreibbar ist und das hülsenförmige Gehäuseelement des Nachlaufregelventils - spielfrei - mit dem Kolben des Hauptsteuerventils bewegungsgekoppelt ist, derart, daß seine Auslenkungen denjenigen des Sollwert-Vorgabe-Kolbens folgen, wobei das hülsenförmige Gehäuseelement seinerseits mit dem Kolben des Hauptsteuerventils über ein Getriebe bewegungsgekoppelt sein kann, das mit einem definierten Umsetzungsverhältnis Auslenkungen des Hauptsteuerventilkolbens in damit korrelierte Nachlaufbewegungen des hülsenförmigen Gehäuseelements des Nachlaufregelventils umsetzt. Entsprechend dieser Funktion gelangt somit das Nachlaufregelventil, unabhängig vom Änderungssinn der Sollwert-Vorgabe und demjenigen der Kolbenposition des Hauptsteuerventils jeweils dann in seine funktionsneutrale Mittelstellung, wenn Gleichheit der Ist-Position des Hauptsteuerventilkolbens mit deren Sollwert gegeben ist, der durch schrittmotor-gesteuerte Verschiebung des Sollwert-Vorgabekolbens des Nachlaufregelventils eingesteuert worden ist. Hierdurch sind Hysterese-Effekte der einleitend erläuterten Art, weitestgehend vermeidbar. Die Schrittweiten der inkrementalen Auslenkungen des Sollwert-Vorgabe-Kolbens des Nachlaufregelventils sind elektronisch auf einfache Weise steuerbar und hinsichtlich ihres Betrages in weiten Grenzen definiert vorgebbar, so daß eine hinreichend fein abgestufte, quasi-kontinuierliche Einstellbarkeit des Hauptsteuerventils auf die erforderlichen Durchflußquerschnitte möglich ist. Probleme, die bei dem bekannten Proportionalventil aus einer "Brumm" (Dither-Strom)-Modulation von Magnet-Erregerströmen resultieren, treten bei der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung prinzipiell nicht auf.
Durch die Ventilfederanordnung des Nachlaufregelventils, die dessen Sollwert-Vorgabekolben, sobald eine Ansteuerung desselben mittels des Sollwert-Vorgabe-Motors aufgehoben ist, in die der neutralen Mittelstellung des Hauptsteuerventils zugeordnete Sollwert-Vorgabeposition zurückstellt, wird auf einfache Weise erreicht, daß ein mittels der erfindungsgemäßen Steuer-Ventilanordnung gesteuerte hydraulische Antriebseinheit mit dem Abschalten der Sollwert-Vorgabe-Steuerung in einen sicheren Zustand gelangt, auch wenn die Betriebsdruckquelle weiterhin in Betrieb ist.
Durch die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind alternative Gestaltungen der Steuerventilanordnung angegeben, bei denen das jeweilige Positions-Rückmeldeelement des Nachlauf-Regelventils starr mit dem Kolben des Hauptsteuerventils verbunden sein kann und insoweit ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau der Steuerventilanordnung gegeben ist.
Alternativ hierzu kann jedoch, wie gemäß Anspruch 4 vorgesehen, das Hauptsteuerventil der Steuerventilanordnung als Drehschieberventil und das Nachlaufregelventil als lineares Schieberventil ausgebildet sein, wobei dann eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist, die azimutale Auslenkungen des Kolbens des Hauptsteuerventils in lineare Verschiebungen des Rückmeldeelements des Nachlaufregelventils umsetzt.
Für die durch die Merkmale des Anspruchs 5 umrissene, konstruktiv einfache und bevorzugte Gestaltung der Steuerventil-anordnung, bei der das Hauptsteuerventil als lineares Schieberventil ausgebildet ist und das Nachlaufregelventil als Drehschieberventil, dessen Istwert-Rückmeldeelement über eine Koppeleinrichtung, die lineare Auslenkungen des Kolbens des Hauptsteuerventils in azimutale Auslenkungen des Istwert-Rückmeldeelements des Nachlaufregelventils umsetzt, mit dem Hauptsteuerventilkolben bewegungsgekoppelt ist, wobei das Sollwert-Vorgabeelement des Nachlaufregelventils drehfest mit der Abtriebswelle des elektrischen Sollwert-Vorgabe-Motors verbunden ist, sind durch die Merkmale der Ansprüche 6, 7 und 8 vorteilhaft einfache Gestaltungen der Koppeleinrichtung angegeben, über die das Positions-Istwert-Rückmeldeelement des Nachlaufregelventils mit dem Kolben des Hauptsteuerventils bewegungsgekoppelt ist. Eine in Kombination hiermit vorgesehene Verspanneinrichtung, durch die Spielfreiheit der Bewegungskopplung zwischen dem Kolben des Hauptsteuerventils und dem Istwert-Rückmeldeelement des Nachlaufregelventils erzielbar ist, ist in bevorzugter, technisch einfacher und raumsparender Gestaltung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 realisiert.
Für die das Sollwert-Vorgabeelement des Nachlaufregelventils im nicht angesteuerten Zustand des Sollwert-Vorgabemotors in die mit der funktionsneutralen Mittelstellung des Hauptsteuerventilkolbens verknüpfte Sollwert-Vorgabeposition drängende Ventilfederanordnung sind durch die Merkmale der Ansprüche 11 bis 13 alternativ oder in Kombination nutzbare Ausgestaltungen angegeben, die insbesondere zweckmäßig sind, wenn das Nachlaufregelventil der Steuerventilanordnung als lineares Schieberventil ausgebildet ist, während durch die Merkmale der Ansprüche 14 und 15 Gestaltungen einer funktionsentsprechenden Ventilfederanordnung angegeben sind, die besonders für ein als Drehschieber-Ventil ausgebildetes Nachlaufregelventil der Steuerventilanordnung geeignet sind.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier spezieller Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1
ein erstes Ausführungsbeispiel einer die Funktion eines Proportionalventils vermittelnden Steuerventilanordnung mit einem als lineares Schieberventil ausgebildeten Hauptsteuerventil und einem ebenfalls als lineares Schieberventil ausgebildeten Nachlaufregelventil als Vorsteuerventil, in schematisch vereinfachter Längsschnittdarstellung;
Fig. 1a
ein hydraulisches Schaltbild zur Erläuterung der Funktion der Steuerventilanordnung gemäß Fig. 1;
Fig. 2
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zur Steuerventilanordnung gemäß Fig. 1 funktionsanalogen Steuer-ventilanordnung mit einem als lineares Schieberventil ausgebildeten Hauptsteuerventil und einem als Drehschieberventil ausgebildeten Nachlaufregelventil, in einer der Fig. 1 entsprechenden Schnittdarstellung;
Fig. 2a
eine Ventilfederanordnung des Nachlaufregelventils gemäß Fig. 2 durch die dieses im nicht angesteuerten Zustand des Sollwert-Vorgabemotors in diejenige Konfiguration gelangt, die der Sollwert-Ansteuerung der neutralen Mittelstellung des Hauptsteuerventils entspricht, teilweise im Schnitt längs der Linie IIa-IIa der Fig. 2;
Fig. 2b
eine Schenkelfeder der Ventilfederanordnung gemäß Fig. 2a in deren entspanntem Zustand, in vereinfachter perspektivischer Darstellung und
Fig. 2c
einen Schnitt längs der Linie IIc-IIc der Fig. 2 zur Erläuterung einer spielfreie Bewegungskopplung des Kolbens des Hauptsteuerventils mit dem Istwert-Rückmeldeelement des Nachlaufregelventils der Steuerventilanordnung gemäß Fig. 2 vermittelnden Verspanneinrichtung.
Die in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete elektrohydraulische Steuerventil-Anordnung umfaßt ein durch hydraulischen Druck betätigbares, insgesamt mit 11 bezeichnetes Hauptsteuerventil, das durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung in Steuerkammern 12 und 13 aus seiner dargestellten Grundstellung 0 in alternative Funktionsstellungen I und II umschaltbar ist, sowie als Vorsteuerventil ein insgesamt mit 14 bezeichnetes Nachlauf-Regelventil, das mit elektrisch steuerbarer Vorgabe der Soll-Position des Kolbens 16 des Hauptsteuerventils 11 und mechanischer Rückmeldung der Ist-Position des Kolbens 16 arbeitet.
Zum Zweck der Erläuterung sei angenommen, daß die Steuerventilanordnung 10, wie der Schaltbilddarstellung der Fig. la entnehmbar, zur Betriebssteuerung eines Rotations-Hydromotors 17 eingesetzt ist, dessen alternativen Drehrichtungen - Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn - die alternativen Funktionsstellungen I und II des Hauptsteuerventils 11 zugeordnet sind, wobei die Drehzahl des Motors durch den ihm über das Hauptsteuerventil 11 zugeleiteten und abgeführten Volumenstrom des hydraulischen Betriebsmediums einstellbar ist.
Die in der Fig. 1 dargestellte, in der Fig. 1a mit 0 bezeichnete Grundstellung des Hauptsteuerventils 11 ist dem Stillstand des Rotationshydromotors 17 zugeordnet.
Das Hauptsteuerventil 11 ist als lineares Schieberventil ausgebildet, dessen Kolben 16 in Richtung der zentralen Längsachse 18 einer sich zwischen den Steuerkammern 12 und 13 erstreckenden Gehäusebohrung 19 hin- und herverschiebbar ist, wobei diesbezügliche Endstellungen durch Anschlagwirkung zwischen Endstücken 21 und 22 des Kolbens 16 mit diesen jeweils gegenüberliegenden Stirnwänden 23 bzw. 24 der Steuerkammern 12 und 13 markiert sind.
Das Hauptsteuerventil 11 ist als 4/3-Wege-Ventil ausgebildet, in dessen dargestellter Grundstellung 0 ein mit dem Druckausgang eines nicht dargestellten Druckversorgungsaggregats verbundener P-Versorgungsanschluß 26 und ein mit dem drucklosen Vorratsbehälter des Druckversorgungsaggregats verbundener T-Rücklaufanschluß 27 sowohl gegen einen A-Steueranschluß 28 als auch gegen einen B-Steueranschluß 29 des Hauptsteuerventils, durch deren alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung die Antriebssteuerung des Verbrauchers 17 erfolgt, abgesperrt sind. In der zur Erläuterung gewählten Gestaltung des Hauptsteuerventils gelangt dieses bei einer durch Druckbeaufschlagung der gemäß der Darstellung der Fig. 1 rechten Steuerkammer 13 und Druckentlastung der linken Steuerkammer 12 erzielbaren Verschiebung seines Kolbens 16 nach links in seine Funktionsstellung I, in der der P-Versorgungsanschluß 26 des Hauptsteuerventils 11 über einen Durchflußpfad 31, mit dem A-Steueranschluß 28 und der T-Rücklaufanschluß 27 über einen weiteren Durchflußpfad 32 mit dem B-Steueranschluß 29 des Hauptsteuerventils 11 verbunden sind; durch Druckbeaufschlagung der linken Steuerkammer 12 und Druckentlastung der rechten Steuerkammer 13 des Hauptsteuerventils 11 gelangt dieses, ausgehend von der dargestellten Grundstellung 0, in seine Funktionsstellung II, in der über einen ersten Durchflußpfad 33 der P-Versorgungsanschluß 26 mit dem B-Steueranschluß 29 verbunden ist und über einen zweiten Durchflußpfad 34 der T-Rücklaufanschluß 27 des Hauptsteuerventils 11 mit dessen A-Steueranschluß 28 verbunden sind.
Das Hauptsteuerventil 11 ist als Proportionalventil ausgebildet, bei dem mit zunehmender Auslenkung seines Kolbens 16 aus dessen der Grundstellung 0 entsprechender Mittelposition, je nach Richtung dieser Auslenkung, die in den alternativen Funktionsstellungen I und II freigegebenen Durchflußpfade 31 und 32 bzw. 33 und 34 mit zunehmend größeren Querschnitten freigegeben sind, die in den Endstellungen des Kolbens jeweils ihre Maximalwerte erreicht.
Zur Erzielung dieser Funktionen ist das Hauptsteuerventil 11 in gängiger Weise wie folgt ausgebildet:
Die Gehäusebohrung 19 des Hauptsteuerventils 11, in der dessen Kolben 16 mit Kolbenflanschen 36,37,38 und 39 druckdicht verschiebbar geführt ist, die paarweise durch Kolbenstangen 41,42 und 43, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige der Ventilbohrung 19 fest miteinander verbunden sind, hat einen zentralen Abschnitt 19', der sich zwischen gehäuseseitigen Steuerkanten 44 und 46 erstreckt, die durch die bohrungsseitigen Ränder einander benachbarter Wangen von Steuernuten 47 und 48 des Ventilgehäuses 49 gebildet sind, die mit je einem der Steueranschlüsse 28 und 29 des Hauptsteuerventils 11 in ständig kommunizierender Verbindung stehen. Dieser innere Bohrungsabschnitt 19' bildet die radial äußere, gehäusefeste Begrenzung eines Ringraumes 51, der mit dem P-Versorgunganschluß des Hauptsteuerventils 11 in ständig kommunizierender Verbindung steht. Dieser Ringraum 51 ist axial beweglich durch die einander benachbarten Ringstirnflächen der durch die mittlere Kolbenstange 42 miteinander verbundenen zentralen Kolbenflansche 37 und 38 begrenzt, die mit den äußeren Rändern ihrer einander benachbarten Ringstirnflächen kolbenseitige, innere Steuerkanten 52 und 53 bilden, deren axialer Abstand gleich demjenigen der inneren Steuerkanten 44 und 46 der A-Steuernut 47 und der B-Steuernut 48 voneinander ist.
Die A-Steuernut 47 und die B-Steuernut 48 des Ventilgehäuses 49 schließen über je eine durch den radial inneren Rand ihrer axial äußeren Nutflanke markierte, äußere Steuerkante 54 bzw. 56 an Bohrungsabschnitte 19'' bzw. 19"' an, welche gehäusefeste radiale Begrenzungen von Ringräumen 57 und 58 bilden, die über einen Gehäusekanal 59 miteinander kommunizierend verbunden und gemeinsam an den Rücklaufanschluß 27 des Hauptsteuerventils 11 angeschlossen sind.
Die in Richtung der zentralen Längsachse 18 der Gehäusebohrung 19 gemessenen lichten Weiten der A-Steuernut 47 und der B-Steuernut 48 des Hauptsteuerventil-Gehäuses 49 entsprechen den axialen Dicken der beiden zentralen Kolbenflansche 37 und 38 des Hauptsteuerventil-Kolbens 16, deren einander abgewandte Ringstirnflächen mit ihren radial äußeren Rändern axial äußere Steuerkanten 61 und 62 bilden, die in der dargestellten Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 11 ebenso wie die axial inneren Steuerkanten 52 und 53 der inneren Kolbenflansche 37 und 38 in Null-Überdeckung mit den gehäuseseitigen Steuerkanten 54 und 56 bzw. 44 und 46 stehen, so daß in dieser Grundstellung 0 beide mit dem drucklosen Vorratsbehälter des Druckversorgungsaggregats ständig kommunizierend verbundene Ringräume 57 und 58 gegen die gehäuseseitigen Steuernuten 47 und diese ihrerseits gegen den zentralen, mit dem P-Versorgungsanschluß 26 kommunizierend verbundenen Ringraum 51 des Hauptsteuerventils abgesperrt sind.
Die mit dem drucklosen Vorratsbehälter des Versorgungsaggregats verbundenen T-Ringräume 57 und 58 sind durch die Endflansche 36 und 39 des Kolbens 16 des Hauptsteuerventils 11 gegen dessen Steuerkammern 12 und 13 druckdicht beweglich abgegrenzt.
Wird in die gemäß der Darstellung der Fig. 1 rechte Steuerkammer 13 Druck eingekoppelt und die linke Steuerkammer 12 druckentlastet, wodurch der Kolben 16 des Hauptsteuerventils 11 eine Verschiebung nach links erfährt, so gelangt das Hauptsteuerventil in eine der Funktionsstellung I entsprechende Anordnung der kolbenseitigen und der gehäuseseitigen Steuerkanten, d.h. die A-Steuernut 47 in kommunizierende Verbindung mit dem unter dem hohen Druck stehenden Ringraum 51 und die B-Steuernut 48 in kommunizierende Verbindung mit dem rechten T-Ringraum 56.
Durch eine Druckbeaufschlagung der linken Steuerkammer 12 und -entlastung der rechten Steuerkammer 13 gelangt das Hauptsteuerventil 11 in seine Funktionsstellung II, in der die A-Steuernut 47 mit dem linken T-Ringraum 57 und die B-Steuernut 48 mit dem zentralen P-Ringraum 51 kommunizierend verbunden sind.
Die Beträge der in den alternativen Durchflußstellungen I und II freigegebenen Querschnitte der Durchflußpfade 31 und 32 bzw. 33 und 34 des Hauptsteuerventils 11 sind mittels des Nachlaufregelventils 14 einstellbar, mittels dessen die Druckbeaufschlagung und -entlastung der Steuerkammern 12 und 13 des Hauptsteuerventils 11 steuerbar sind. Das Nachlaufregelventil 14 ist beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel in weitgehender baulicher Analogie zu dem Hauptsteuerventil 11 als lineares Schieberventil ausgebildet, das mit parallelem Verlauf der zentralen Längsachse 68 zur zentralen Längsachse 18 des Hauptsteuerventils 11 angeordnet ist. Auch das Nachlauf-Regelventil 14 vermittelt die Funktion eines 4/3-Wege-Ventils, für dessen insgesamt mit 66 bezeichneten Kolben und dessen Gehäuse 99, abgesehen von Querschnittsabmessungen und eines größeren axialen Abstandes der zentralen Kolbenflansche 87 und 88, zwischen denen sich der P-Ringraum 101 des Nachlauf-Regelventils 14 erstreckt, dieselbe Konfiguration kolbenseitiger Steuerkanten 102,103,111 und 112 sowie gehäuseseitiger Steuerkanten 94,96,104 und 106 vorgesehen ist, wie bei dem Hauptsteuerventil 11. Dasselbe gilt sinngemäß für alle diejenigen Elemente des Nachlauf-Regelventils 14, die in den Fig. 1 sowie la mit Bezugszeichen belegt sind, die gegenüber denjenigen Bezugszeichen, mit denen die schon erläuterten Bau- und Funktionselemente des Hauptsteuerventils 11 belegt sind, um 50 erhöht sind, so daß bezüglich der Beschreibung der mit den erhöhten Bezugszeichen versehenen Elemente des Nachlaufregelventils 14 auf die Beschreibung des Hauptsteuerventils 11 verwiesen werden kann, um insoweit Wiederholungen zu vermeiden.
Das Gehäuse 99 des Nachlaufregelventils 14 ist als eine außen zylindrische Hülse ausgebildet, die in einer mit der zentralen Längsachse 68 des Nachlaufregelventils 14 koaxialen Bohrung 113 eines Gehäuseblocks 114, der fest mit dem Gehäuse 49 des Hauptsteuerventils 11 verbunden ist, druckdicht gleitend hin- und herverschiebbar geführt ist.
Der A-Steueranschluß 78 ist mit der gemäß Fig. 1 rechten Steuerkammer 13 des Hauptsteuerventils verbunden, während der B-Steueranschluß 79 des Nachlaufregelventils 14 mit der linken Steuerkammer 12 des Hauptsteuerventils 11 verbunden ist. Die diesbezüglichen Anschlußkanäle sind mit 116 bzw. 117 bezeichnet.
Der Kolben 66 des Nachlaufregelventils 14 hat eine durch Ventilfedern 118 und 119 zentrierte Mittelstellung, welche die Sollwert-Vorgabe-Position für die dargestellte Grundstellung des Kolbens 16 des Hauptsteuerventils 11 ist, der über eine schematisch angedeutete Brücke 121 mit dem Gehäuse 99 des Nachlaufregelventils 14 verschiebefest verbunden ist.
Diese Zuordnung der Grundstellungen 0 des Nachlaufregelventils 14 und des Hauptsteuerventils 11 wird durch die Präzision der Fertigung sowie gegebenenfalls die Justierbarkeit der mechanischen Verbindung zwischen dem Hauptsteuerventilkolben 16 und den Kolben 66 des Nachlaufregelventils 14 sowie der Justierbarkeit der Grundstellung des Ventilkolbens 66 des Nachlaufregelventils 14 erreicht. Die diesbezügliche Justierbarkeit der Kolben-Position ist in der Fig. 1 durch eine Stellschraube 122 angedeutet, mittels derer ein Stützblock 123, an dem sich die eine Ventilfeder 118 gehäuseseitig abstützt, axial verschiebbar ist, während die andere Ventilfeder 119 an einer gegenüberliegenden Stirnwand 124 des das Nachlaufregelventils 14 enthaltenden Gehäuseblocks 114 axial abgestützt ist.
Der Kolben 66 ist an seinem einen, gemäß Fig. 1 rechten Ende mit einem schlanken, stangenförmigen, die rechte Ventilfeder 119 zentral durchsetzenden Fortsatz 126 versehen, der durch eine zentrale Bohrung 127 der Endstirnwand 124 hindurchtritt und an seinem freien Ende als Zahnstange 128 ausgebildet ist, mit deren Zahnung das Antriebsritzel 129 eines elektrischen Schrittmotors 131 in spielfrei kämmendem Eingriff steht.
Der Schrittmotor 131 ist durch Ausgangsimpulse einer elektronischen Steuereinheit 132 zur Ausführung inkrementaler Drehbewegungen in den möglichen alternativen Drehrichtungen ansteuerbar.
Durch eine Ansteuerung des Schrittmotors 131 in dem durch den Pfeil 133 repräsentierten Drehsinn (+) ϕ1 erfährt der Ventilkolben 66 des Nachlaufregelventils 14, bezogen auf die dargestellte Grundstellung 0 eine mit diesem Winkelbetrag ϕ1 korrelierte Auslenkung ε1, gemäß der Darstellung der Fig. 1 nach links, wodurch die der Funktionsstellung I des Nachlauf-regelventils entsprechende Konfiguration seines Ventilkolbens 66 und seiner Gehäusehülse 99 erzielt wird, mit der Folge, daß über den A-Steueranschluß 78 des Nachlaufregelventils 14 Druck in die rechte Steuerkammer 13 des Hauptsteuerventils 11 eingekoppelt wird und dessen linke Steuerkammer 12 über den B-Steueranschluß 79 des Nachlaufregelventils 14 druckentlastet wird. Der Hauptsteuerventilkolben 16 und das mit diesem verschiebefest verbundene, hülsenförmige Ventilgehäuse 99 des Nachlaufregelventils 14 erfahren dadurch ebenfalls eine der Auslenkung ε1 des Kolbens 66 des Nachlaufregelventils 14 folgende Auslenkung "nach links", die zum Stillstand kommt, sobald sich für den Kolben 66 und das hülsenförmige Gehäuse 99 des Nachlaufregelventils 14 wieder die der dargestellten Grundstellung 0 entsprechende Konfiguration ergibt, d.h. der Hauptsteuerventilkolben 16 dieselbe Auslenkung ε1 zur Einnahme der Funktionsstellung I des Hauptsteuerventils 11 ausgeführt hat, wie der Kolben 66 des Nachlaufregelventils, der durch die elektrisch eingesteuerte Vorgabe des Sollwertes entsprechend ausgelenkt worden war.
Auf analoge Weise ist das Hauptsteuerventil 11 in seine Funktionsstellung II steuerbar und auf definierte Werte der Öffnungsquerschnitte der in dieser Funktionsstellung II freigebebenen Durchflußpfade 33 und 34 einstellbar.
Der A-Steueranschluß 78 und der B-Steueranschluß 79 des Nachlaufregelventils 14 sowie dessen P-Versorgungsanschluß 76 und dessen T-Rücklaufanschluß 77 münden innerhalb von flachen Ringnuten 134 und 136 bzw. 137 und 138 des Gehäuseblocks 114, die mit dem A-Anschlußkanal 116 und dem B-Anschlußkanal 117 bzw. dem P-Versorgungsanschluß 76" und dem T-Rücklaufanschluß 77" des feststehenden Gehäuseblocks 114 in kommunizierender Verbindung stehen und in axialer Richtung "beidseits" der der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 11 zugeordneten Mittelstellung des hülsenförmigen Gehäuses 99 des Nachlaufregelventils so weit ausgedehnt sind, daß ihre jeweilige Anschlußverbindung mit den Ventilräumen 101,107 und 108 in sämtlichen möglichen Auslenkungspositionen des Gehäuses 99 gewährleistet ist.
In einer typischen Auslegung der Steuerventilanordnung 10 entsprechen den maximalen Auslenkungen ε1max und ε2max des Kolbens 66 des Nachlaufregelventils 14 aus seiner federzentrierten Mittelstellung, mit denen auch entsprechende maximale Auslenkungen des Hauptsteuerventilkolbens 16 und des mit diesem fest verbundenen Nachlaufregelventilgehäuses 99 verknüpft sind, jeweils 90°-Drehungen des Antriebsritzels 129 des Schrittmotors 131 im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn, wobei diese 90'-Drehungen, gesteuert durch die elektronische Steuereinheit 132 in jeweils 100 inkrementale Schritte gleichen Betrages unterteilt sind. Die hiermit verknüpfte Abstufbarkeit der Öffnungsquerschnitte des Hauptsteuerventils 11 in seinen beiden Funktionsstellungen I und II entspricht praktisch einer kontinuierlichen Veränderbarkeit der Öffnungsquerschnitte der jeweiligen Durchflußpfade.
Die an dem als Sollwert-Vorgabeelement ausgenutzten Ventilkolben 66 des Nachlaufregelventils 14 angreifenden Ventilfedern 118 und 119 sind so ausgelegt, daß sie im nicht bestromten Zustand des Schrittmotors 131 in der Lage sind, dessen Rest-Haltemoment zu überwinden und den Ventilkolben 66 in dessen neutrale Mittelstellung zu bringen, mit der Folge, daß, so lange die Druckversorgung in Funktion ist, auch das Hauptsteuerventil in seine Grundstellung 0 zurückgeführt wird. Um diese Position des Hauptsteuerventilkolbens 16 auch bei ausgefallener Druckversorgung zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn auch die Grundstellung 0 des Hauptsteuerventilkolbens 16 und mit diesem diejenige des Ventilgehäuses 99 des Nachlaufregelventils 14 durch Ventilfedern 141 und 142 des Hauptsteuerventils 11, die erheblich schwächer ausgelegt sein können als die Ventilfedern 118 und 119 des Nachlaufregelventils 14, federzentriert ist.
Die in der Fig. 2, auf deren Einzelheiten nunmehr verwiesen sei, als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellte, insgesamt mit 10' bezeichnete Steuerventilanordnung ist funktionell der Steuerventilanordnung 10 gemäß Fig. 1 weitestgehend analog und unterscheidet sich von dieser im wesentlichen nur durch die Gestaltung des Nachlauf-Regelventils 14' als Drehschieberventil und die hierdurch bedingte Gestaltung des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11', die die Bewegungskopplung desselben mit dem Positions-Istwert-Rückmeldeelement 99' des Nachlauf-Regelventils 14' vermittelt.
Soweit für Elemente der Fig. 2 dieselben Bezugszeichen angegeben sind wie für anhand der Fig. 1 beschriebene Elemente, soll dies den Verweis auf deren anhand der Fig. 1 gegebene Beschreibung beinhalten. Durch die Verwendung von Bezugszeichen, die mit einem (') versehen sind, hinsichtlich der Ziffer jedoch mit Bezugszeichen anhand der Fig. 1 beschriebener Bau- und Funktionselemente der Steuerventilanordnung 10 identisch sind, soll auf deren Bau- und/oder Funktionsanalogie hingewiesen werden.
Bei dem Nachlauf-Regelventil 14' der Steuerventilanordnung 10' gemäß Fig. 2 erfolgt die Einsteuerung des Sollwertes der Position des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' durch Drehen seines zentralen Kolbens 66' um die zentrale Längsachse 68' des Nachlauf-Regelventils 14', das mit zur zentralen Längsachse 18 des Hauptsteuerventils 11' rechtwinkligem Verlauf seiner zentralen Längsachse 68' an das Hauptsteuerventil 11' angesetzt ist. Die Rückmeldung des Istwertes der Position des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' erfolgt durch "Mit-Drehen" des der Grundform nach zylindrisch-hülsenförmigen Gehäuseelements 99' des Nachlauf-Regelventils 14' um dessen zentrale Längsachse 68', wobei die Umsetzung translatorischer Bewegungen des Hauptsteuerventilkolbens 16' entlang dessen zentraler Längsachse 18 in rotatorische Bewegungen des als Rückmeldeelement genutzten Gehäuseteils 99' des Nachlauf-Regelventils 14' durch formschlüssigen Eingriff eines mit dem hülsenförmigen drehbaren Gehäuseteil 99' des Nachlauf-Regelventils 14' fest verbundenen Koppelelements 143 mit einer Ringnut 144 des Hauptsteuerventilkolbens 16' zustande kommt, die im mittleren Bereich des relativ langgestreckten Kolbenflansches 36' angeordnet ist, der zum einen die druckdicht bewegliche Begrenzung der linken Steuerkammer 12 und zum anderen auch die eine - linke - druckdicht bewegliche Begrenzung des linken T-Ringraumes 57 des Hauptsteuerventils 11' bildet.
Der als Sollwert-Vorgabelement dienende Kolben 66' des Nachlauf-Regelventils 14' ist drehfest mit der Abtriebswelle 146 des Schrittmotors 131 verbunden, die über eine äußere Geradverzahnung mit einer inneren Geradverzahnung des Kolbens 66' mit diesem in spielfrei kämmendem Eingriff steht.
Der Sollwert-Vorgabekolben 66' des Nachlauf-Regelventils 14', der in der zentral durchgehenden Bohrung 69' des Hülsenförmigen Gehäuseelements 99' druckdicht drehbar gelagert ist, das seinerseits in der den Anschlußblock 114' des Nachlauf-Regelventils 14' zentral durchsetzenden Bohrung 113' des Anschlußblocks 114' des Nachlauf-Regelventils 14' um dessen zentrale Längsachse 68' druckdicht drehbar gelagert ist, ist drehfest mit einem insgesamt mit 147 bezeichneten Anschlagwinkel verbunden, der zwischen freie Schenkelenden 148 und 149 (Fig. 2a und 2b) einer insgesamt mit 151 bezeichneten Schenkelfeder hineinragt, die unter einer azimutalen Vorspannung steht, durch die die freien Schenkelenden einander entgegengesetzt gerichteten azimutalen Kräften ausgesetzt sind und gegen einander abgewandte Anschlagflächen des Anschlagwinkels 147 gedrängt werden. Die Schenkelfeder 151 ist gegen ein Verdrehen um die zentrale Längsachse 68' gesichert und vermittelt dadurch, sowie durch ihre Vorspannung, die ausreichend ist, um ein im stromlosen Zustand des Schrittmotors 131 von diesem noch entfaltetes Haltemoment zu überwinden, die Wirkung, daß der Sollwert-Vorgabe-Kolben 66' im stromlosen Zustand des Schrittmotors 131 in die in den Fig. 2 und 2a dargestellte, definierte azimutale Position ϕ0 gelangt, die der dargestellten, neutralen Mittelstellung 0 des Hauptsteuerventils 11' als Sollwert-Vorgabe-Position zugeordnet ist.
Die durch die Schenkelfeder 151 und den Anschlagarm 147 gebildete, funktionell den Ventilfedern 118 und 119 des "linearen" Nachlaufregelventils 14 gemäß Fig. 1 entsprechende Rückstelleinrichtung 147, 151 des Drehschieber-Nachlaufregelventils 14' gemäß Fig. 2 ist mehr im einzelnen wie folgt realisiert:
Der Anschlagwinkel 147 umfaßt eine stabile, einen Abschnitt der Abtriebswelle 146 des Schrittmotors 131 koaxial umschließende Fixierungshülse 152, die an ihrem ventilseitigen Ende mit einer inneren Geradverzahnung versehen ist, die mit einem kurzen Abschnitt der äußeren Geradverzahnung der Abtriebswelle 146 des Schrittmotors 131 in kämmendem Eingriff steht und dadurch drehfest mit dieser Abtriebswelle 146 verbunden ist. Die Fixierungshülse 152 ist durch Madenschrauben 153 gegen axiale Verrückungen gegenüber der Antriebswelle 146 gesichert. Vom motorseitigen, flanschförmig ausgebildeten Rand 153' der Befestigungshülse 152 des Anschlagwinkels 147 geht dessen einer, radialer flachstab-förmig ausgebildeter Schenkel 154 aus, an dessen radial äußeres Ende mit zu dem radialen Schenkel 154 rechtwinkligem, zum Ventil hin weisendem Verlauf ein rundstabförmiger Anschlagschenkel 156 des Anschlagwinkels anschließt, wobei die zentrale Achse 157 dieses Anschlagschenkels 156 parallel zur zentralen Längsachse 68' des Nachlaufregelventils 14' verläuft.
Die Schenkelfeder 151 hat mit der zentralen Achse 68' des Nachlauf-Regelventils 14' koaxiale Windungen 158 gleichen Innendurchmessers, der beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel gleich dem Durchmesser der Bohrung 113' des Anschlußblocks 114' des Nachlauf-Regelventils 14' ist.
Radial außerhalb des von den Windungen 158 der Schenkelfeder 151 umschlossenen kreiszylindrischen Bereiches sind in bezüglich der zentralen Längsachse 68' des Nachlauf-Regelventils diametraler Anordnung ein Ankerzapfen 159 und ein Anschlagzapfen 161 mit kreisrundem Querschnitt vorgesehen, die beide von einer dem 131 Motor bzw. dem Anschlagwinkel 147 zugewandten Stirnseite des Anschlußblocks 114' des Nachlaufregelventils 14' abstehen. Die zentrale Längsachse 162 des Ankerzapfens und die zentrale Längsachse 163 des Anschlagzapfens 161 verlaufen parallel zur zentralen Längsachse 68' des Nachlauf-Regelventils 14', wobei durch die zentrale Längsachse 163 des Anschlagzapfens 161 und die zentrale Längsachse 68' des Nachlauf-Regelventils 14' eine "mittlere" Radialebene 164 definiert ist, in der auch die zentrale Längsachse 157 des Anschlagschenkels 156 des Anschlagwinkels 147 verläuft, sowie auch dessen radiale Mittelebene 166, wenn sich der zentrale Kolben 66' des Nachlauf-Regelventils 14' in seiner der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 11' zugeordneten Sollwert-Vorgabe-Position befindet.
Die Schenkelfeder 151 hat, wie auch der Detaildarstellung der Fig. 2b entnehmbar ist, bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel vier "innere", in sich geschlossene Windungen 158, die von der Fixierungshülse 152 des Anschlagwinkels 147 in radialem Abstand verlaufen und diese jeweils mit dem vollen Umfangswinkel von 360' umschließen, sowie an jeder Stirnseite der Schenkelfeder eine End-Windung 167 bzw. 168, die sich, bezogen auf die gehäusefeste, durch die zentralen Längsachsen 68' und 163 des Nachlauf-Regelventils 14' bzw. des Anschlagzapfens 161 markierte Radialebene 164 der Orientierung ϕ0 nur über einen Teil des Umfangs der inneren Windungen 158 erstrecken. An diese endständigen Teilwindungen 167 und 168 schließen, wie am besten der Fig. 2a entnehmbar ist, mit glatter Krümmung, die etwa derjenigen des Anschlagzapfens 161 entspricht, die radial oder annähernd radial verlaufenden freien Schenkelenden 148 und 149 der Schenkelfeder 151 an.
Eine der zentralen Windungen, die zwischen zwei "kompletten", die Fixierungshülse vollständig umschließenden Windungen 158 angeordnet ist, ist innerhalb eines azimutalen Winkelbereichs von insgesamt etwa 60° mit einer U-förmigen, radialen Ausbuchtung 169 versehen, durch deren den Ankerzapfen 159, der dem Anschlagzapfen 161 diametral gegenüberliegend angeordnet ist, außenseitig formschlüssig umgreifende Anordnung die Schenkelfeder 151 in der in der Fig. 2a dargestellten Anordnung gegen ein Verdrehen um die zentrale Längsachse 68' des Nachlaufregelventils 14' gesichert ist.
In dem in der Fig. 2b dargestellten, dem entspannten Zustand der Schenkelfeder 151 entsprechenden Konfiguration derselben erstrecken sich die Teilwindungen 167 und 168 nur über einen - auf die zwischen den freien Schenkelenden 148 und 149 verlaufende Längsmittelebene 171 bezogenen - Umfangsbereich von etwa 160°, so daß zwischen ihren freien Schenkelenden 148 und 149 ein "lichter" azimutaler Abstand von etwa 40° verbleibt, d.h. eine positive Überlappung der endständigen Teilwindungen 167 und 168 in Umfangsrichtung nicht gegeben ist.
Die für die bestimmungsgemäße Funktion der Schenkelfeder 151, nämlich im stromlosen Zustand des Schrittmotors 131 den Sollwert-Vorgabe-Kolben 66' des Nachlauf-Regelventils 14' in diejenige Orientierung zu drehen, die der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 11' zugeordnet ist, erforderliche azimutale Vorspannung wird der Schenkelfeder 151 dadurch aufgeprägt, daß diese bei der Montage in die in der Fig. 2a in ausgezogenen Linien dargetellte Konfiguration gebracht wird, in der sich die äußeren, endständigen Teilwindungen 167 und 168, radial innerhalb des Anschlagzapfens 161 an diesem vorbeitretend, auf einem durch dessen Durchmesser bedingten Umfangsbereich überlappen und mit ihren radial verlaufenden freien Schenkelenden 148 und 149 sich jeweils an einander abgewandten Seiten des Anschlagzapfens 161 an diesem - azimutal - abstützen.
Nachdem diese Konfiguration der Schenkelfeder 151 eingestellt ist und die der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 11' entsprechende Stellung seines Kolbens 16' sowie die damit verknüpfte Position des Rückmeldeelements 99' des Nachlauf-Regelventils 14' und auch die mit der Grundstellung 0 des Nachlauf-Regelventils 14' verknüpfte azimutale Position seines Sollwert-Vorgabe-Kolbens 66' eingestellt sind, was montagetechnisch mit nicht erläuterungsbedürftigen Mitteln ohne weiteres möglich ist, wird der Schrittmotor 131 mit derjenigen Orientierung seines Anschlagwinkels 147 angesetzt, in der der Anschlagschenkel 156 des Anschlagwinkels 147 radial außerhalb des Anschlagzapfens 161 zwischen die freien Schenkelenden 148 und 149 der Teilwindungen 167 und 168 eingreift und in dieser Position an dem Gehäuseblock 114' des Nachlauf-Regelventils 14' festgelegt, wodurch die radiale Orientierung ϕ0 der Radialebene 164 des Anschlagwinkels 147, der mit der Abtriebswelle des Schrittmotors 131 drehfest verbunden ist, der Grundstellung 0 des Nachlauf-Regelventils 14 und damit auch des Hauptsteuerventils 11' funktionsgerecht zugeordnet ist.
Das Nachlauf-Regelventil 14' ist so ausgebildet, daß es durch eine mittels des Schrittmotors 131 steuerbare Drehung seines zentralen Ventilkolbens 66' in Richtung des Pfeils 172 der Fig. 2a, d.h., gesehen in Richtung des Pfeils 173 der Fig. 2, im Uhrzeigersinn in seine Funktionsstellung I gelangt, in welcher die rechte Steuerkammer 13 des Hauptsteuerventils 11' über den A-Steueranschluß 78' des Nachlauf-Regelventils 14' mit Druck beaufschlagt ist und die linke Steuerkammer 12 des Hauptsteuerventils 11' über den B-Steueranschluß 79' des Nachlauf-Regelventils 14' druckentlastet ist, mit der Folge, daß auch das Hauptsteuerventil 11' mit einer mit der azimutalen Auslenkung des zentralen Kolbens 66' des Nachlauf-Regelventils 14' verknüpften axialen Auslenkung gegenüber der Grundstellung seines Ventilkolbens 16' in seine Funktionsstellung I gesteuert wird. Auf analoge Weise ist das Hauptsteuerventil 11' durch schrittmotorgesteuerte azimutale Drehung des zentralen Kolbens 66' des Nachlaufregelventils 14' in Richtung des Pfeils 174 der Fig. 2a in seine Funktionsstellung II steuerbar, in der sein Ventilkolben 16', bezogen auf dessen neutrale Mittelstellung 0, eine Auslenkung "nach rechts" erfährt, die mit der azimutalen Auslenkung des zentralen Nachlauf-Regelventilskolbens 66' monoton korreliert ist.
Das Hauptsteuerventil 11' und das Nachlauf-Regelventil 14' der Steuerventilanordnung 10' gemäß Fig. 2 sind so aufeinander abgestimmt, daß den maximalen Auslenkungen ε1max und ε2max des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' im Sinne der Einnahme der Funktionsstellung I oder II azimutale Auslenkungen ϕ1max oder ϕ2max des Kolbens 66' in Richtung der Pfeile 172 bzw. 174 der Fig. 2a entsprechen, die jeweils 30° betragen, wie in der Fig. 2a durch die azimutalen Orientierungen ϕ1max und ϕ2max der radialen Mittelebene 166 des Anschlagwinkels 147 des Nachlauf-Regelventils 14' repräsentiert.
Das zur Umsetzung translatorischer, in Richtung der zentralen Längsachse 18 des Hauptsteuerventils 11' erfolgender Bewegungen des Kolbens 16' in rotatorische "Rückmelde"-Bewegungen des hülsenförmigen Rückmeldeelements 99' des Nachlauf-Regelventils 14' vorgesehene Koppelelement 143 ist als schlanker, vom kreisringförmigen Stirnrand 176 des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' des Nachlauf-Regelventils 14' ausgehender, an seinem Ende mit einem kugelförmigen Kopf 177 versehener Stab 178 ausgebildet, dessen zentrale Längsachse 179 parallel zur zentralen Längsachse 68' des Nachlaufregelventils verläuft. Der Durchmesser des kugelförmigen Kopfes 177 des Koppelelements 143 entspricht, abgesehen von einem Untermaß von einigen hundertstel Millimetern der lichten Weite der Ringnut 144 des Kolbens 16', in die das Koppelelement 143 radial oder annähernd radial hineinragt. Die Dicke des stabförmigen Teils 178 des Koppelelements 143 ist kleiner als der Durchmesser seines kugelförmigen Kopfes 177. Der radiale Abstand r der zentralen Längsachse 179 des Koppelelements 143 von der zentralen Längsachse 68' des Nachlaufregelventils 14', der allgemein mit der Beziehung r ≥ εmax/sin (ϕmax) genügen muß, wenn gilt, daß εmax = ε1max = ε2max und ebenso ϕmax = ϕ1max = ϕ2max, hat bei dem zur Erläuterung gewählten Beispiel den Wert r = 2 εmax.
Der radiale Abstand rmax, in dem die zentrale Längsachse 68 des Nachlauf-Regelventils 14' von der zentralen Längsachse 18 des Hauptsteuerventils verläuft, ist durch die Beziehung rm = r-(r2 - εmax 2 ) / 2 gegeben.
Bei dieser Anordnung des Nachlaufregelventils 14' und des Hauptsteuerventils 11' zueinander sind die Beträge, um die der kugelförmige Kopf 77 des Koppelelements 143 gegenüber der zentralen Längsachse 18 des Hauptsteuerventils 11' enthaltenden, parallel zur zentralen Längsachse 68' des Nachlauf-Regelventils 14' verlaufenden Längsmittelebene des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' in alternativen Richtungen - "nach oben oder unten" ausgelenkt werden kann, einander gleich, so daß sich in jeder azimutalen Position des hülsenförmigen Rückmeldelements 99' des Nachlauf-Regelventisl 14' eine annähernd zentrale Anordnung des kugelförmigen Kopfes des Koppelelements 143 in der Ringnut 144 des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' ergibt.
Um die für eine präzise Funktion der Steuerventilanordnung 10' geeignete Spielfreiheit der Bewegungskopplung zwischen dem Kolben 16' des Hauptsteuerventils 11' und dem hülsenförmigen Gehauseteil 99' des Nachlauf-Regelventils 14' zu erzielen, ist eine die Funktion einer Torsionsfeder vermittelnde, insgesamt mit 181 bezeichnete Verspanneinrichtung vorgesehen, die auf das hülsenförmige Gehäuseelement 99' des Nachlaufregelventils 14' ein an dem zentralen Kolben 66', der drehfest mit der Abtriebswelle 146 des Schrittmotors 131 verbunden ist, azimutal abgestütztes Drehmoment ausübt, aufgrund dessen der Kopf 177 des mit dem hülsenförmigen Gehäuseelement 99' drehfest verbundenen Koppelelements 143 zuverlässig in Anlage mit der einen Nutwange 182 der Ringnut 144 des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' gehalten ist. Diese Verspanneinrichtung 181, zu deren Erläuterung auch auf die Fig. 2c Bezug genommen sei, umfaßt eine unter Zugvorspannung stehende Wendelfeder 183, die auf einem azimutalen Bereich, der etwas kleiner ist als der zu dem Gesamt-Schwenkbereich ϕ1max - ϕ2max des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' des Nachlaufregelventils 14' zu 360° komplementäre Winkel, von einer äußeren, konkaven Rille 184 eines in axialer Richtung nur wenig ausgedehnten, aus der zentralen Bohrung 113' des Anschlußblocks 114' zum Hauptsteuerventil 11' hin herausragenden Endabschnitts 186 (Fig. 2) des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' aufgenommen ist. Der Krümmungsradius dieser Rille 184 ist geringfügig größer als derjenige der Feder-Wendeln, die mit einem radial inneren 180°-Bereich von dieser konkaven Rille 184 aufgenommen und an deren Grund abgestützt sind. Der kurze Endabschnitt 186 des als mechanisches Rückmeldelemement genutzten hülsenförmigen Gehäuseteils 99' des Nachlaufregelventils 14' durchsetzt eine gegenüber der zentralen Bohrung 113' des Anschlußblocks 114' des Nachlaufregelventils 14', in der das hülsenförmige Gehäuseteil 99' auf Abschnitten ihrer Länge druckdicht gleitend drehbar angeordnet ist, erweiterte Bohrungsstufe 187, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Wendelfeder 183, wobei die radiale lichte Weite des zwischen der Bohrungsstufe 187 und der äußeren Mantelfläche des die Wendelfeder 183 tragenden Endabschnitts 186 des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' verbleibenden Ringspalts 188 kleiner ist als der Durchmesser der einzelnen Federwendeln, der bei einer Federdrahtdicke um 0,2 mm ca. 2 mm beträgt. Dadurch ist die Wendelfeder 183 gegen ein axiales Ausrücken aus dem Ringspalt 188 hinreichend gesichert.
In den zentralen Ventilkolben 66' ist in dessen von dem Endabschnitt 186 des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' auf dem azimutalen Bereich von annähernd 300° koaxial umschlossenen, aus der zentralen Bohrung 113' des Anschlußblocks 114' zum Hauptsteuerventil 11' hin austretenden Bereich ein Anschlagstift 189 fest eingesetzt, der einseitig radial in den "freien" Ringspaltbereich 188' hineinragt, dessen azimutale Weite durch den azimutalen Abstand radialer Endstirnflächen 191 und 192 bestimmt ist, die sich in axialer Richtung über die Tiefe - axiale Ausdehnung - des die Wendelfeder 183 tragenden Endabschnitts 186 des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' des Nachlaufregelventils 14' erstrecken.
Die Gestaltung des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' des Nachlaufregelventils 14' und die Orientierung des fest mit dem Sollwert-Vorgabe-Kolben 66' des Nachlaufregelventils 14' verbundenen Anschlagstiftes 189 sind dahingehend aufeinander abgestimmt, daß in der Gleichheit von Positions-Sollwert und Positions-Istwert des Kolbens 16' des Hauptsteuerventils 11' entsprechenden Mittelstellung 0 des Nachlaufregelentils 14' die die zentrale Längsachse 193 des Anschlagstiftes 189 und die zentrale Längsachse 68' des Nachlaufregelventils 14' enthaltende Radialebene den Winkel ø halbiert, den die radialen Endstirnflächen 191 und 192 des die Wendelfeder 183 tragenden Endabschnitts 186 des hülsenförmigen Gehäuseteils 99' miteinander einschließen. Dieser Winkel ø ist hinreichend groß gewählt, daß der zentrale Kolben 66', bezogen auf die dargestellte Mittelstellung des Anschlagstiftes 189 um die maximalen Aussteuerwinkel ϕ1max und ϕ2max im Uhrzeiger- und im Gegenuhrzeigersinn gegenüber dem hülsenförmigen Gehäuseteil 99' verdrehbar ist, ohne daß dessen spielfreier Eingriff mit dem Kolben 16' des Hauptsteuerventils 11' aufgehoben werden könnte.
Das eine Ende 194 der Wendelfeder 183 ist an dem freien Endabschnitt 189' des Anschlagstiftes 189 befestigt, während das andere Ende 196 in unmittelbarer Nähe der radialen Stirnfläche 192, an dem hülsenförmigen Gehäuseteil 99' festgelegt ist, deren azimutaler Abstand von dem Anschlagstift 189, gesehen in der Verlaufsrichtung der Feder 183 etwa deren azimutaler Ausrichtung entspricht.

Claims (15)

  1. Elektrohydraulische Steuerventilanordnung zur Steuerung des Druckmittel-Zustromes und -Abflusses zu und von einem linearen oder rotatorischen Hydromotor (17), mit einem als 3-Stellungs-Ventil ausgebildeten Hauptsteuerventil (11), das einen in einer Bohrung (19) eines Gehäuses in alternativen Richtungen zwischen Endstellungen auslenkbaren Kolben (16) hat, die maximalen Beträgen in alternativen Funktionsstellungen I und II des Hauptsteuerventils freigegebene Querschnitte von Durchflußpfaden entsprechen, die mit zunehmender Auslenkung des Kolbens aus einer funktionsneutralen Mittelstellung stetig, im wesentlichen auslenkungsproportional freigegeben und bei Annäherung des Kolbens an seine Mittelstellung entsprechend reduziert werden, wobei die Kolbenauslenkungen mittels einer elektrohydraulischen Vorsteuer-Ventilanordnung (14), die elektrisch sollwert-geführt ist, durch alternative Druckbeaufschlagung und -Entlastung freier Steuerkammern des Hauptsteuerventils steuerbar sind,
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    a) Als elektrohydraulische Vorsteueranordnung ist ein elektrohydraulisches Nachlauf-Regelventil (14;14') vorgesehen, das mit elektromechanisch steuerbarer Positions-Sollwert-Vorgabe und mechanischer Positions-Istwert-Rückmeldung arbeitet,
    b) das Nachlauf-Regelventil (14;14') umfaßt ein in einem mit dem Gehäuse des Hauptsteuerventils (11;11') fest verbundenen Anschlußblock (114, 114') angeordneten, gegenüber diesem druckdicht beweglichen hülsenförmigen Gehäuseelement (99; 99'), seinerseits druckdicht beweglich angeordnetes Kolbenelement (66;66'), von denen das eine als Sollwert-Vorgabeelement dient, das mittels eines steuerbaren Elektromotors (131) in alternativen Richtungen zur Ausführung inkrementaler Auslenkungen gegenüber dem anderen antreibbar ist, das als Positions-Istwert-Rückmeldeelement dient, das mit dem Kolben (16;16') des Hauptsteuerventils (11; 11') kraft-formschlüssig bewegungsgekoppelt und dadurch zur Ausführung mit den Auslenkungen des Sollwert-Vorgabeelements gleichsinniger Nachlaufbewegungen antreibbar ist;
    c) das Nachlauf-Regelventil (14;14') ist mit einer Ventilfederanordnung (118,119;151) versehen, die im nicht angesteuerten Zustand des Sollwert-Vorgabe-Motors (131) das Sollwert-Vorgabeelement auf die der funktionsneutralen Mittelstellung des Hauptsteuerventils (11;11') zugeordnete Sollwert-Vorgabe-Position einstellt.
  2. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerventil (11) und das Nachlauf-Regelventil (14) als lineare Schieberventile ausgebildet sind, die mit parallelm Verlauf ihrer zentralen Längsachsen (18,68) angeordnet sind, wobei das Rückmeldeelement (99) des Nachlauf-Regelventils (14) axial verschiebefest mit dem Kolben (16) des Hauptsteuerventils (11) verbunden ist und das Sollwert-Vorgabeelement (66) des Nachlauf-Regelventils (14) mittels eines elektrischen Linearantriebes axial hin- und her-verschiebbar ist.
  3. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerventil und das Nachlauf-Regelventil als Drehschieberventile ausgebildet sind, die mit parallelem, vorzugsweise koaxialem, Verlauf ihrer zentralen Längsachsen angeordnet sind, wobei das Rückmeldeelement des Nachlauf-Regelventils (14') drehfest mit dem drehbaren Kolben des Hauptsteuerventils verbunden ist und das Sollwert-Vorgabe-Element des Nachlauf-Regelventils mittels eines elektrischen Rotationsantriebes azimutal in alternativen Richtungen auslenkbar ist.
  4. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerventil als Drehschieberventil ausgebildet ist und das Nachlauf-Regelventil als lineares Schieberventil, und daß eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist, die azimutale Auslenkungen des Kolbens des Hauptsteuerventils in lineare Verschiebungen des Rückmeldeelements des Nachlaufregelventils umsetzt, wobei dessen Sollwert-Vorgabeelement mittels eines elektrischen Linearantriebes axial hin- und her-verschiebbar ist.
  5. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerventil (11') als lineares Schieberventil ausgebildet ist und das Nachlauf-Regelventil (14') als Drehschieberventil, dessen Istwert-Rückmeldeelement (99') über eine Koppeleinrichtung (143,144), die lineare Auslenkungen des Kolbens (16') des Hauptsteuerventils (11') in azimutale Auslenkungen des Istwert-Rückmeldeelements des Nachlauf-Regelventils (14') umsetzt, mit dem Hauptsteuerventilkolben (16') bewegungsgekoppelt ist, und dessen Sollwert-Vorgabeelement (66') drehfest mit der Abtriebswelle (146) des elektrischen Sollwert-Vorgabe-Motors (131) verbunden ist.
  6. Steuerventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachlauf-Regelventil (14') mit zur zentralen Längsachse (18) des Hauptsteuerventils (11') rechtwinkligem Verlauf seiner zentralen Längsachse (68) an das Hauptsteuerventil (11') anmontiert ist, daß als Positions-Istwert-Rückmeldeelement des Nachlauf-Regelventils (14') dessen hülsenförmiges Gehäuseelement (99') ausgenutzt ist, mit dem drehfest ein Koppelelement (143) verbunden ist, das durch formschlüssigen Eingriff mit einem Mitnahmeelement (144) des Hauptsteuerventilkolbens (16') dessen axiale Auslenkungen in azimutale Nachlaufbewegungen des Rückmeldeelements (99') umsetzt.
  7. Steuerventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeelement des Hauptsteuerventilkolbens (16') als Ringnut (144) desselben ausgebildet ist, daß das Koppelelement (143) mit einem rechtwinklig zur zentralen Längsachse (18) des Kolbens (16') und parallel zur zentralen Längsachse (68) des Nachlauf-Regelventils (14') verlaufenden, stabförmig ausgebildeten Endabschnitt in das Mitnahmeelement (144) hineinragt, und daß die Anordnung der Nut (144) am Kolben (16') des Hauptsteuerventils (11') und diejenige des Koppelelements (143) an dem Rückmeldeelement (99') des Nachlauf-Regelventils (14') dahingehend aufeinander abgestimmt sind, daß in der funktionsneutralen Mittelstellung des Hauptsteuerventils (14') die durch die Längsachse des stabförmigen Koppelelement-Abschnitts (143) und die zentrale Längsachse (68') des Nachlauf-Regelventils (14') markierte Ebene rechtwinklig zur zentralen Längsachse (18) des Hauptsteuerventils (11') verläuft.
  8. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Nutwangen der Ringnut (144) angeordnete Eingriffsende des Koppelelements (143) als Kugelkopf (177) ausgebildet ist, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des stabförmigen Endabschnitts und annähernd gleich oder höchstens gleich dem in axialer Richtung gemessenen lichten Abstand der Nutwangen der Ringnut (144) des Hauptsteuerventilkolbens (16') ist.
  9. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verspanneinrichtung (181) vorgesehen ist, die ein zwischen dem hülsenförmigen Gehäuseelement (99') und dem Kolben (66') des Nachlauf-Regelventils (14') permanent wirksames Drehmoment erzeugt, das das Koppelelement (143) in Kraft-Formschlüssiger Anlage mit der einen Nutwange der Ringnut (144) des Kolbens (16') des Hauptsteuerventils (11') drängt und dem Betrage nach kleiner ist als das Haltemoment des Sollwert-Vorgabemotors (131) und auch kleiner als das bei eingeschalteter Druckversorgung durch den Kolben (16') auf das kolbenseitige Gehäuseelement (99') des Nachlauf-Regelventils (14') ausgeübte Rückstellmoment.
  10. Steuerventilanordnung nach Anspruch 9, wobei der Gesamtbetrag ø der azimutalen Auslenkung des Kolbens (66') des Nachlauf-Regelventils (14') gegenüber dem hülsenförmigen Gehäuseelement (99') weniger als 180° ist, vorzugsweise um 90° beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der azimutale Auslenkungsbereich ø durch Anschlagwirkung eines mit dem Kolben (66') fest verbundenen radialen Stiftes mit den azimutalen Begrenzungen eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langlochs des hülsenförmigen Gehäuseelements (99') oder einer stirnseitig angeordneten, randoffenen, sektorförmigen Ausnehmung desselben begrenzt ist, und daß die Verspanneinrichtung eine einerseits am freien Ende des Stiftes und andererseits an dem hülsenförmigen Gehäuseelement (99') festgelegte, unter Zugvorspannung stehende Wendelfedern umfaßt, die auf dem zum Schwenkbereich ø komplementären Umfangsbereich von einer randoffenen Rille des hülsenförmigen Gehäuseelements (99') aufgenommen ist.
  11. Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im nicht-angesteuerten Zustand des Sollwert-Vorgabe-Motors (131) das Sollwert-Vorgabe-Element (66;66') in dessen mit der Mittelstellung (0) des Hauptsteuerventilkolbens (16;16') verknüpfte Sollwert-Vorgabe-Position drängende Ventilfederanordnung zwei vorgespannte Druckfedern (118,119) umfaßt, die in entgegengesetzter Richtung am Sollwert-Vorgabe-Element des Nachlauf-Regelventils oder an einem mit diesem fest verbundenen Teil angreifen.
  12. Steuerventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Druckfedern (118,119) einstellbar ist.
  13. Steuerventilanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannhübe der Ventilfedern (118,119) durch Fesselung der Federn auf denjenigen Betrag begrenzt sind, bei dem die mit der Mittelstellung (0) des Hauptsteuerventilkolbens (16;16') verknüpfte Position des Sollwert-Vorgabe-Elements erreicht ist.
  14. Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im nicht-angesteuerten Zustand des Sollwert-Vorgabe-Motors (131) das Sollwert-Vorgabeelement (66;66') in dessen mit der Mittelstellung des Hauptsteuerventilkolbens (16;16') verknüpfte Sollwert-Vorgabe-Position drängende Ventilfederanordnung eine azimutal vorgespannte, als Wendelfeder, deren Wendungen die zentrale Achse (68) des Nachlauf-Regelventils (14;14') koaxial umgeben, ausgebildete Schenkelfeder (151) umfaßt, die zwei von ihren endständigen Teilwindungen ausgehende, an diese mit radialem oder annähernd radialem Verlauf anschließende freie Schenkelenden umfaßt, zwischen denen ein fest mit dem Anschlußblock (114') des Nachlauf-Regelventils (14') verbundener Anschlagzapfen und ein drehfest mit dem Sollwert-Vorgabe-element verbundener Anschlagschenkel (156) angeordnet sind.
  15. Steuerventilanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der die zentrale Achse des Nachlauf-Regelventils (14') koaxial umgebende Wendungen (158) der Schenkelfeder (151) mit einer Ausbuchtung versehen ist, die einen mit dem Anschlußblock (114') des Nachlauf-Regelventils (14') fest verbundenen, sich parallel zu dessen zentraler Längsachse (68) erstreckenden Anschlagzapfen formschlüssig umgreift.
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