EP1344945A2 - Ventilkombination - Google Patents

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EP1344945A2
EP1344945A2 EP03090044A EP03090044A EP1344945A2 EP 1344945 A2 EP1344945 A2 EP 1344945A2 EP 03090044 A EP03090044 A EP 03090044A EP 03090044 A EP03090044 A EP 03090044A EP 1344945 A2 EP1344945 A2 EP 1344945A2
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EP
European Patent Office
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valve
combination according
laminar
bores
valve combination
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EP03090044A
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English (en)
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EP1344945A3 (de
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Hartmut Schopenhauer
Friedrich Wiggers
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ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
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Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
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    • F15B2211/6054—Load sensing circuits having valve means between output member and the load sensing circuit using shuttle valves

Definitions

  • the invention relates to a valve combination for a low-noise and controllable Hydraulic control according to the preamble of claim 1, in particular for low noise Speed control of the flow rate of liquid media of hydraulic drives, e.g. Cylinders and engines - with heavily changing load pressures at the consumers and with strongly changing system pressures, such as. B. in storage systems.
  • the valve combination is particularly suitable for ship rudder systems and similar hydraulic systems.
  • the invention is based on generally known control valves in which a piston or a slide can be displaced in a cylindrical bore in a housing, inlet and outlet spaces arranged in the housing being connected or interrupted.
  • proportional valves are usually combined with a pressure compensator and, if necessary, with a load holding valve.
  • a pressure compensator for speed control, proportional valves are usually combined with a pressure compensator and, if necessary, with a load holding valve.
  • a load holding valve is known from DE 195 47 687. If, for example, a cylinder is operated with a low load pressure and at the same time with a high system pressure, the excess supply of energy must be reduced in such a way that the flow rate in the proportional control valve remains constant despite the changing differential pressure.
  • EP 0 253 322 B1 describes a low-noise proportional valve in which the energy is dissipated in the disc piston of the proportional valve itself.
  • Another such valve is known from US 3,880,399.
  • the flow rate is highly viscosity-dependent. Since the valve piston adjusts to a position determined by the control current and thus also to fixed flow cross sections, changing flow and system pressure conditions and viscosity changes due to temperature fluctuations inevitably result in different flow rates.
  • the object of the invention is to improve the solutions known from the prior art, in which case a valve combination had to be developed which made it possible to use hydraulic drives, such as, for example, cylinders and motors, even with strongly changing load pressures at the consumers and with strongly changing system pressures, for example in Storage systems, controllable and at the same time quiet to operate. It is important to design the energy reduction in such a way that on the one hand the noise-reducing effect is achieved at the point of greatest energy reduction and on the other hand the proportional valve works independently of viscosity. Ultimately, the background for this is the extremely high requirements in submarine construction, with the desire to move almost silently (signature-free) under water, especially since low noise is an essential criterion for a submarine.
  • the present valve combination accordingly consists of a pressure compensator, a load-holding valve and a proportional valve, the pistons of which are arranged axially displaceably in bores of one or more housings which contain the inlet and outlet spaces.
  • the proportional valve is equipped with a hollow piston, the load holding valve and the pressure compensator for reducing the main part of the excess energy being provided with pistons with laminar disk stacks.
  • the connecting sections in the pistons of the pressure compensator and the load holding valve on the outlet side consist of a large number of radial slots and on the inlet side of eccentrically arranged axial channels, the medium entering the inlet chamber through the axial holes in the laminar disc stack and radially exits through the slots in the drain chamber.
  • the combination of hollow piston and laminar disc piston according to the invention is achieved that the energy reduction takes place in such a way that on the one hand the noise-reducing Effect of the laminar discs at the point of greatest energy loss - namely in the pressure compensator and in the load holding valve - is achieved and on the other hand, the proportional valve is regulated with a small residual energy reduction can work regardless of the changing viscosity.
  • considerable noise minimization is achieved controllability achieved.
  • the known from the prior art Proportional valve with disc piston is quiet in itself, but not adjustable. The controllability was achieved with a valve combination, however, the noise reduction was canceled.
  • the invention Accordingly, a teaching is presented that has a noise-reducing effect for the various Rule and tax cases enabled.
  • valve combination With the valve combination according to the invention the entire range in terms of pressure and viscosity changes covered.
  • a significant advantage of the present invention continues to exist in being completely independent of the most varied on the hydraulic drives acting environmental conditions, the other actuators pull, and regardless of the current pressure level in the storage system the hydraulic system (a minimum pressure is required), by equipping the pressure compensator and the load holding valve with laminar disks, the pressure drop between the individual discs and not at Exit occurs, the control and regulation of the drives as quiet as possible.
  • the goal of minimizing noise emissions With known solutions, the simultaneously regulated flow can only be used for certain Achieve situations.
  • the axial channels of the disks are formed by different bores on different pitch circle diameters and the radial outlet slots are designed with the same or variable width by turning off the disk thickness up to the inner bores.
  • the slot width can be generated and / or varied by spacing disks between dislodged disks.
  • the radial outlet slots are designed with the same or variable width by milling down to the holes.
  • the stack of disks has the same or different slot widths between the disks, depending on the characteristic requirements. The sum of all cross-sections enables a laminar flow of the medium in the stack of laminar discs, the pressure drop not occurring at the transition from the slots to the outlet space, but in the slots between the individual discs.
  • the slot width can be generated and / or varied by spacing disks between disks that have not been turned off.
  • a piston or slide is created which consists of a large number of joined parts and which can have extremely narrow connecting spaces, but in which the flow flows essentially in a laminar manner.
  • the connecting sections of the piston of the proportional valve on the outlet side consist of a large number of differently sized radial bores arranged in several parallel rows on the piston circumference and on the inlet side of at least two central axial bores.
  • Pressure compensator, load holding valve and proportional valve are piped together as separate components or combined to form a common control block.
  • the control block preferably consists of nodular cast iron or also of other materials, for example of non-magnetic materials.
  • the invention described below represents a valve combination - consisting of pressure compensator 1, proportional control slide 2 and load holding valve 3, the aim of which is to operate hydraulic drives - for example cylinders and motors - at the same time in a quiet and controllable manner, and that with strongly changing load pressures at the consumers and at strong changing system pressures such as in storage systems.
  • the invention is based on a generally known structure of a controller, as can be seen in FIG. 1.
  • the three components of the control system can be piped together as separate components, as shown schematically in FIG. 1a, or else combined to form a common control block, as shown in FIG. 1b.
  • the control blocks can be made from the commonly used nodular cast iron as well as from a - magnetic materials for special requirements.
  • Figure 2 shows the piston 4 of the pressure compensator 1 or the load-holding valve 3 with laminar disks 6.
  • Figure 3 shows a laminar disk 6a in version A.
  • Figure 4 shows a laminar disk 6b in version B.
  • Figure 5 shows the flow direction of a laminar disk stack 6 made of laminar disks 6a Version A. The arrows indicate the flow of the medium flowing through.
  • FIG. 6 shows the proportional valve 2 with a hollow piston 5.
  • FIG. 5 shows the direction of flow through the laminar disk stack 6. It is important for the flow that the medium enters the inlet space 7 through the axial bores 8 in the disk stack 6 and exits radially through the gaps 9 into the outlet space 10.
  • the example of a laminar disc 6a is shown, in which the axial channels are formed by different bores 8 on different pitch circle diameters, the radial outlet gaps 9 can be designed with variable width by turning off the disc thickness up to the inner bores.
  • the gap width can also be generated or varied by spacers between laminar disks that have not been turned.
  • 4 shows a disc variant 6b, in which the gaps 9 are produced by milling up to the bores 8.
  • the disk stack 6 can also be designed in such a way that different gap widths result between the individual disks.
  • the piston of the proportional valve (FIG. 6), on the other hand, is designed as a hollow piston 5, in which the connection between the respective inlet and outlet connections is made via radial bores 5b in the piston and the axial bores 5a and 5a '.
  • radial bores 5b in the piston
  • 5a ' from P to A or from A to T.
  • the bores 5b can have different diameters and are arranged in several parallel rows on the piston circumference to ensure the required flow cross-section.
  • the bores result in a smaller wetted surface with turbulent flow, which means that the flow coefficient and thus the flow rate become independent of the oil viscosity and therefore only depend on the pressure difference at the main control piston.
  • the pressure difference is determined by the setting of the preload on the spring 11 of the pressure compensator 1. In order to remain quiet in the bores despite the turbulent flow, the pressure difference at the control piston 5 is set correspondingly low at approximately 4 bar.

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Abstract

Ventilkombination für eine geräuscharme und regelbare Hydrauliksteuerung, bestehend aus einer Druckwaage, einem Lasthalteventil und einem Proportionalventil, deren Kolben in Bohrungen eines oder mehrerer Gehäuse, welche die Zu- und Ablaufräume enthalten, axial verschiebbar angeordnet sind, wobei das Proportionalventil (2) mit einem Hohlkolben ausgestattet ist und das Lasthalteventil (3) und die Druckwaage (1) zum Abbau des Hauptteils des Energieüberschusses mit Kolben (4)mit Laminarscheibenstapeln (6) versehen sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilkombination für eine geräuscharme und regelbare Hydrauliksteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur geräuscharmen Geschwindigkeitsregelung der Durchflussmenge flüssiger Medien von Hydraulikantrieben, - z.B. Zylinder und Motore - bei stark wechselnden Lastdrücken an den Verbrauchern und bei stark wechselnden Systemdrücken, wie z. B. in Speicheranlagen. Die Ventilkombination ist insbesondere für Schiffsruderanlagen und ähnliche hydraulische Anlagen geeignet.
Die Erfindung geht von allgemein bekannten Steuerventilen aus, bei denen ein Kolben oder ein Schieber in einer zylindrischen Bohrung eines Gehäuses verschiebbar sind, wobei im Gehäuse angeordnete Zu - und Ablaufräume verbunden oder unterbrochen werden. Zur Geschwindigkeitsregelung werden üblicherweise Proportionalventile mit einer Druckwaage und gegebenenfalls mit einem Lasthalteventil kombiniert. Ein solches Ventil ist aus der DE 195 47 687 bekannt.
Wird z.B. ein Zylinder mit geringem Lastdruck und gleichzeitig mit hohem Systemdruck betrieben, muss das Überangebot an Energie gedrosselt werden und zwar derart, dass die Durchflussmenge im Proportionalsteuerventil trotz wechselndem Differenzdruck konstant bleibt. Das Drosseln des Überangebots an Energie erfolgt an den Steuerkanten der Druckwaage und gegebenenfalls des Lasthalteventils, wobei besonders nachteilig ist, dass sich dabei an diesen Steuerkanten eine erhebliche Geräuschabstrahlung einstellt, umso stärker, je größer die Differenz zwischen Last - und Systemdruck ist.
In der EP 0 253 322 B1 wird ein geräuscharmes Proportionalventil beschrieben, in dem der Energieabbau im Scheibenkolben des Proportionalventils selbst erfolgt. Ein weiteres derartiges Ventil ist aus der US 3 880 399 bekannt. Durch die sich in den Laminarscheibenstapeln einstellende laminare Strömung ist die Durchflussmenge jedoch stark viskositätsabhängig.
Da sich der Ventilkolben in eine vom Ansteuerstrom bestimmte Position und somit auch auf fest vorgegebene Strömungsquerschnitte einstellt, ergeben sich bei sich ändernden System - und Lastdruckverhältnissen und auch bei Viskositätsänderungen durch Temperaturschwankungen zwangsläufig auch unterschiedliche Durchflussmengen. Außerdem wird bei sich ändernden Einsatzfällen ( z.B. Einsatz des Verbrauchers bei abweichendem System - oder Lastdruck ) ein spezieller Kolben erforderlich oder die elektrische Ansteuerung des Proportionalventils muss geändert werden. Wird um die Regelbarkeit zu erreichen diesem Ventil eine Druckwaage in bislang üblicher Ausführung (Figur 7) vorgeschaltet, erfolgt der größte Teil des Energieabbaus unter starker Geräuschentwicklung wiederum in der Druckwaage, während sich die geräuschmindernde Wirkung der Laminarscheiben lediglich auf eine geringe Restdruckdifferenz auswirken kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, wobei eine Ventilkombination zu entwickeln war, welche es ermöglicht Hydraulikantriebe, wie z.B. Zylinder und Motore auch bei stark wechselnden Lastdrücken an den Verbrauchern und bei stark wechselnden Systemdrücken wie z.B. in Speicheranlagen, regelbar und gleichzeitig geräuscharm zu betreiben. Dabei kommt es darauf an, den Energieabbau so zu gestalten, dass einerseits die geräuschmindernde Wirkung an der Stelle des größten Energieabbaus erzielt wird und andererseits das Proportionalventil viskositätsunabhängig arbeitet. Hintergrund dafür sind letztendlich die extrem hohen Anforderungen im U-Bootbau, mit dem Wunsch, sich nahezu geräuschlos (signaturfrei) unter Wasser zu bewegen, zumal die Geräuscharmut ein wesentliches Kriterium für ein U-Boot ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Ansprüchen 2 bis 12 enthalten.
Die vorliegende Ventilkombination besteht demnach aus einer Druckwaage, einem Lasthalteventil und einem Proportionalventil, deren Kolben in Bohrungen eines oder mehrerer Gehäuse, welche die Zu- und Ablaufräume enthalten, axial verschiebbar angeordnet sind. Das Proportionalventil ist erfindungsgemäß mit einem Hohlkolben ausgestattet, wobei das Lasthalteventil und die Druckwaage zum Abbau des Hauptteils des Energieüberschusses mit Kolben mit Laminarscheibenstapeln versehen sind. Besonders wichtig ist dabei, dass die Verbindungsabschnitte in den Kolben bei der Druckwaage und beim Lasthalteventil auf der Ablaufseite aus einer Vielzahl von radialen Schlitzen und auf der Zulaufseite aus außermittig angeordneten axialen Kanälen bestehen, wobei das Medium vom Zulaufraum durch die axialen Bohrungen im Laminarscheibenstapel eintritt und radial durch die Schlitze in den Ablaufraum austritt.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von Hohlkolben und Laminarscheibenkolben wird erreicht, das der Energieabbau derart erfolgt, dass einerseits die geräuschmindernde Wirkung der Laminarscheiben an der Stelle des größten Energieabbaus - nämlich in der Druckwaage und im Lasthalteventil- erzielt wird und andererseits das Proportionalventil mit einem kleinen Restenergieabbau geregelt unabhängig von der sich unter Umständen ändernden Viskosität arbeiten kann. Mit der vorliegenden Lösung wird eine erhebliche Geräuschminimierung bei gleichzeitiger Regelbarkeit erreicht. Das aus dem Stand der Technik bekannte Proportionalventil mit Scheibenkolben ist für sich allein zwar geräuscharm, aber nicht regelbar. Mit einer Ventilkombination wurde zwar die Regelbarkeit erreicht, dabei wurde jedoch die Geräuschminderung aufgehoben. Mit der Erfindung wird demnach eine Lehre vorgestellt, die eine geräuschmindernde Wirkung für die verschiedenen Regel- und Steuerfälle ermöglicht. Mit der erfindungsgemäßen Ventilkombination wird der gesamte Bereich in Bezug auf Druck- und Viskositätsänderungen abgedeckt. Ein erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht weiterhin darin, dass völlig unabhängig von den verschiedensten auf die Hydraulikantriebe einwirkenden Umweltbedingungen, die jeweils andere Stellkräfte nach sich ziehen, und unabhängig von der augenblicklichen Druckhöhe in der Speicheranlage des Hydrauliksystems (ein erforderlicher Minimaldruck wird vorrausgesetzt), durch die Ausstattung der Druckwaage und des Lasthalteventils mit Laminarscheiben, wobei der Druckabfall zwischen den einzelnen Scheiben und nicht am Austritt erfolgt, die Steuerung und Regelung der Antriebe so geräuscharm wie möglich erfolgen kann. Das Ziel der geringstmöglichen Geräuschabstrahlung bei gleichzeitig geregeltem Durchfluss lässt sich bei bekannten Lösungen nur für bestimmte Situationen erreichen. Diese tritt jedoch nur ein, wenn sowohl der erforderliche Lastdruck den der Stellzylinder benötigt, als auch der Druck im Hydrauliksystem den "Idealpunkt" einnehmen, was in der Praxis quasi nie der Fall ist. Im Ergebnis liegt deshalb eine wesentlich höhere Geräuschabstrahlung vor als bei der erfindungsgemäßen Lösung.
In einer bevorzugten Ausführung werden die axialen Kanäle der Scheiben durch unterschiedliche Bohrungen auf verschiedenen Teilkreisdurchmessern gebildet und die radialen Austrittsschlitze sind durch Abdrehen der Scheibendicke bis zu den inneren Bohrungen mit gleicher oder variabler Breite gestaltet.
Die Schlitzbreite ist durch Abstandsscheiben zwischen nicht abgedrehten Scheiben erzeugbar und/oder variierbar. Die radialen Austrittsschlitze sind mit gleicher oder variabler Breite durch Ausfräsungen bis zu den Bohrungen gestaltet.
Der Scheibenstapel weist je nach Anforderung an die Charakteristik gleiche oder auch unterschiedliche Schlitzbreiten zwischen den Scheiben auf.
Die Summe aller Querschnitte ermöglicht im Laminarscheibenstapel eine laminare Strömung des Medium, wobei der Druckabfall nicht am Übergang von den Schlitzen zum Austrittsraum, sondern in den Schlitzen zwischen den einzelnen Scheiben erfolgt. In einer anderen Ausführungsform ist die Schlitzbreite durch Abstandsscheiben zwischen nicht abgedrehten Scheiben erzeugbar und/oder variierbar. Auf diese Wiese entsteht ein Kolben oder Schieber, der aus einer Vielzahl zusammengefügter Teile besteht und der äußerst schmale Verbindungsräume besitzen kann, in dem jedoch die Strömung im wesentlichen laminar fließt.
Die Verbindungsabschnitte bestehen beim Kolben des Proportionalventils auf der Ablaufseite aus einer Vielzahl von unterschiedlich großen in mehreren parallelen Reihen am Kolbenumfang angeordneten radialen Bohrungen und auf der Zulaufseite aus mindestens zwei zentrischen axialen Bohrungen.
Druckwaage, Lasthalteventil und Proportionalventil sind als separate Bauteile miteinander verrohrt oder zu einem gemeinsamen Steuerblock zusammengefasst. Der Steuerblock besteht vorzugsweise aus Kugelgraphitguß oder auch aus anderen z.B. aus a- magnetischen Werkstoffen.
Vereinfacht dargestellte, bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den beigefügten Zeichnungen schematisch wiedergegeben.
Es zeigen:
Figur 1:
Schnittdarstellung der Ventilkombination,
Figur 1a:
Ventilkombination in einer Verrohrungsversion,
Figur 1b:
Ventilkombination in Blockbauweise,
Figur 2:
Kolben der Druckwaage bzw. des Lasthalteventils,
Figur 3:
Laminarscheibe in Ausführung A,
Figur 4:
Laminarscheibe in Ausführung B,
Figur 5:
Durchströmungsrichtung der Laminarscheiben,
Figur 6:
Proportionalventil mit Hohlkolben.
Figur 7:
Druckwaage in bislang üblicher Ausführung
Die nachstehend beschriebene Erfindung stellt eine Ventilkombination dar - bestehend aus Druckwaage 1, Proportionalsteuerschieber 2 und Lasthalteventil 3 deren Ziel es ist, Hydraulikantriebe - z.B. Zylinder und Motore - gleichzeitig geräuscharm und regelbar zu betreiben, und das bei stark wechselnden Lastdrücken an den Verbrauchern und bei stark wechselnden Systemdrücken wie z.B. in Speicheranlagen.
Die Erfindung geht von einem allgemein bekannten Aufbau einer Steuerung aus, wie aus Figur 1 ersichtlich.
Die drei Bestandteile der Steuerung können als separate Bauteile miteinander verrohrt werden, wie schematisch in Figur 1a dargestellt, oder aber auch zu einem gemeinsamen Steuerblock zusammengefasst werden wie in Figur 1b gezeigt. Die Steuerblöcke können sowohl aus dem üblicherweise verwendeten Kugelgraphitguß als auch bei besonderen Anforderungen aus a - magnetischen Werkstoffen hergestellt werden. Figur 2 zeigt den Kolben 4 der Druckwaage 1 bzw. des Lasthalteventils 3 mit Laminarscheiben 6. Figur 3 zeigt eine Laminarscheibe 6a in Ausführung A. Figur 4 zeigt eine Laminarscheibe 6b in Ausführung B. Figur 5 zeigt die Durchströmungsrichtung eines Laminarscheibenstapels 6 aus Laminarscheiben 6a der Ausführung A. Die Pfeile geben den Strömungsverlauf des durchströmenden Mediums an. Figur 6 zeigt das Proportionalventil 2 mit Hohlkolben 5.
Das Ziel der Erfindung - ein geräuscharmer und gleichzeitig auch ein geregelter Betrieb von Hydraulikverbrauchern - wird bei dieser Ventilkombination mit dem Einsatz der Laminarscheiben 6a, 6b (Fig. 3 bzw. 4) im Lasthalteventil 3 und in der Druckwaage 1 in Verbindung mit einem Hohlkolben 5 im Proportionalventil 2 erreicht.
Die Laminarscheibenstapel 6 in der Druckwaage 1 und im Lasthalteventil 3 können verschiedenartig gestaltet und geschichtet sein.
Figur 5 zeigt die Durchströmungsrichtung des Laminarscheibenstapels 6. Wichtig bei der Durchströmung ist, dass das Medium vom Zulaufraum 7 durch die axialen Bohrungen 8 im Scheibenstapel 6 eintritt und radial durch die Spalte 9 in den Ablaufraum 10 austritt.
In Fig. 3 ist das Beispiel einer Laminarscheibe 6a gezeigt, bei der die axialen Kanäle durch unterschiedliche Bohrungen 8 auf verschiedenen Teilkreisdurchmessern gebildet werden, die radialen Austrittsspalte 9 können durch Abdrehen der Scheibendicke bis zu den inneren Bohrungen mit variabler Breite gestaltet werden. Die Spaltbreite kann auch durch Abstandsscheiben zwischen nicht abgedrehten Laminarscheiben erzeugt bzw. variiert werden.
Fig. 4 zeigt eine Scheibenvariante 6b, bei der die Spalte 9 durch Ausfräsungen bis zu den Bohrungen 8 erzeugt werden. Die Scheibenstapel 6 können auch derart gestaltet sein, dass sich unterschiedliche Spaltbreiten zwischen den einzelnen Scheiben ergeben. In jedem Fall ist sichergestellt, dass bei entsprechender Schichtung die Summe aller Querschnitte im Laminarscheibenstapel 6 eine laminare Strömung ermöglicht und dass der Druckabfall in den Spalten zwischen den einzelnen Scheiben erfolgt und nicht am Übergang von den Scheiben in den Ablaufraum 10.
Druckwaage 1 und Lasthalteventil 3 stellen sich in bekannter Weise automatisch auf die augenblickliche Lastdruck - bzw. Systemdrucksituation ein. D.h., im Zusammenwirken der Differenz der auf den beiden Kolbenseiten anstehenden Last - bzw. Systemdrücke und der an der jeweiligen Ventilfeder 11 und 12 eingestellten Vorspannkraft verschieben sich die Kolben 4 selbsttätig in die erforderliche Regelstellung. Somit verbinden - dem erforderlichen Energieabbau entsprechend - mehr oder weniger viele Spalte 9 des Laminarscheibenstapels 6 durch Längsverschiebung der Kolben 4 den Zulaufquerschnitt 7 mit dem Ablaufquerschnitt 10 des Lasthalteventils 3 bzw. der Druckwaage 1.
Der Kolben des Proportionalventils (Fig. 6) dagegen ist als Hohlkolben 5 ausgeführt, bei dem die Verbindung zwischen den jeweiligen Zu - und Ablaufanschlüssen über im Kolben angebrachte radiale Bohrungen 5b und den axialen Bohrungen 5a bzw. 5a' erfolgt. Und zwar je nach Kolbenstellung über 5a von P nach B bzw. von B nach T und über 5a' von P nach A bzw. von A nach T. Die Bohrungen 5b können unterschiedliche Durchmesser aufweisen und sind in mehreren parallelen Reihen am Kolbenumfang angeordnet, um den erforderlichen Strömungsquerschnitt zu gewährleisten. Die Bohrungen ergeben im Gegensatz zu den Laminarscheiben bei gleichem Strömungsquerschnitt eine kleinere benetzte Oberfläche mit turbulenter Strömung, wodurch der Strömungsbeiwert und damit die Durchflussmenge unabhängig von der Ölviskosität wird und somit nur noch von der Druckdifferenz am Hauptsteuerkolben abhängt. Die Druckdifferenz wird von der Einstellung der Vorspannung an der Feder 11 der Druckwaage 1 bestimmt. Um trotz turbulenter Strömung in den Bohrungen geräuscharm zu bleiben, wird die Druckdifferenz am Steuerkolben 5 mit ca. 4 bar entsprechend niedrig eingestellt.
Anders als in EP 0 253 322 B1 erfolgt der Druckabbau also nicht in den Laminarscheibenstapeln des eigentlichen Steuerschiebers, sondern in den Scheibenstapeln 6 der Druckwaage 1 bzw. des Lasthalteventils 3. Bei der erfindungsgemäßen Lösung zur Geräuschminderung bei gleichzeitiger Regelbarkeit der Durchflussmenge wird der größte Anteil des Druckgefälles geräuscharm in den Laminarscheibenstapeln 6 der Druckwaage 1 bzw. des Lasthalteventils 3 abgebaut, während das von der Druckwaage 1 bestimmte geringe Restdruckgefälle die Regelbarkeit der Durchflussmenge ermöglicht. Das ist die wesentliche Verbesserung gegenüber dem im Stand der Technik beschriebenen Ventil.
Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Laminarscheiben in Druckwaage und Lasthalteventil besteht darin, dass die Schichtung des Scheibenstapels ( Anzahl, schmale oder breite Spalte mit unterschiedlichen Ausformungen ) noch auf der Baustelle vorgenommen werden kann, um das Gesamtsystem zu optimieren, ohne dass eine mechanische Bearbeitung am Hauptsteuerkolben zu erfolgen hat. Wichtig für die Austauschbarkeit der Scheiben ist lediglich, dass Lage und Durchmesser der axialen Bohrungen übereinstimmen, da es sonst zu Querschnittsverengungen bzw. zu Strömungsumlenkungen kommt.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1-
Druckwaage
2-
Proportionalventil
3-
Lasthalteventil
4-
Scheibenkolben
5-
Hohlkolben
5a,5a'-
axiale Bohrungen im Hohlkolben
5b-
radiale Bohrungen im Hohlkolben
6-
Laminarscheiben bzw. Laminarscheibenstapel
6a-
Laminarscheibe Ausführung A
6b-
Laminarscheibe Ausführung B
7-
Zulaufraum für das Medium
8-
axiale Bohrung in den Laminarscheiben bzw. im Scheibenstapel
9-
Austrittsschlitze
10-
Ablaufraum für das Medium
11-
Ventilfeder der Druckwaage
12-
Ventilfeder des Lasthalteventils
13-
Tankleitung
14-
Druckleitung
Z-
Zulaufrichtung des Mediums
A-
Ablaufrichtung des Mediums

Claims (12)

  1. Ventilkombination für eine geräuscharme und regelbare Hydrauliksteuerung, bestehend aus einer Druckwaage, einem Lasthalteventil und einem Proportionalventil, deren Kolben in Bohrungen eines oder mehrerer Gehäuse, welche die Zu- und Ablaufräume enthalten, axial verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (2) mit einem Hohlkolben (5) ausgestattet ist und das Lasthalteventil (3) und die Druckwaage (1) zum Abbau des Hauptteils des Energieüberschusses mit Kolben (4) mit Laminarscheibenstapeln (6) versehen sind, wobei die Verbindungsabschnitte in den Kolben bei der Druckwaage (1) und beim Lasthalteventil (2) auf der Ablaufseite aus einer Vielzahl von radialen Schlitzen und auf der Zulaufseite aus außermittig angeordneten axialen Kanälen bestehen.
  2. Ventilkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in die Kolben von Druckwaage (1) und Lasthalteventil (2) vom Zulaufraum (7) durch die axialen Bohrungen (8) im Laminarscheibenstapel (6) eintritt und radial durch die Schlitze (9) in den Ablaufraum (10) austritt.
  3. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Kanäle der Laminarscheiben (6) durch unterschiedliche Bohrungen (8) auf verschiedenen Teilkreisdurchmessern gebildet werden und die radialen Austrittsschlitze (9) durch Abdrehen der Scheibendicke bis zu den inneren Bohrungen (8) mit gleicher oder variabler Breite gestaltet sind.
  4. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite durch Abstandsscheiben zwischen nicht abgedrehten Scheiben erzeugbar und/oder variierbar ist.
  5. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Austrittsschlitze (9) mit gleicher oder variabler Breite durch Ausfräsungen bis zu den Bohrungen (8) gestaltet sind.
  6. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laminarscheibenstapel (6) gleiche und/oder unterschiedliche Schlitzbreiten zwischen den Scheiben aufweist.
  7. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aller Querschnitte im Laminarscheibenstapel (6) eine laminare Strömung des Medium ermöglicht, wobei der Druckabfall nicht am Übergang von den Schlitzen zum Austrittsraum, sondern in den Schlitzen zwischen den einzelnen Scheiben erfolgt.
  8. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Verbindungsabschnitte beim Hohlkolben (5) des Proportionalventils (2) auf der Ablaufseite aus einer Vielzahl von unterschiedlich großen in mehreren parallelen Reihen am Kolbenumfang angeordneten radialen Bohrungen (5b) und auf der Zulaufseite aus mindestens zwei zentrischen axialen Bohrungen (5a,5a') bestehen.
  9. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Druckwaage (1), Lasthalteventil (3)und Proportionalventil (2) als separate Bauteile miteinander verrohrt sind.
  10. Ventilkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Druckwaage (1), Lasthalteventil (3) und Proportionalventil (2) zu einem gemeinsamen Steuerblock zusammengefasst sind.
  11. Ventilkombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerblock aus Kugelgraphitguß besteht.
  12. Ventilkombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerblock aus a- magnetischen Werkstoffen besteht.
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