EP3475598A1 - Einrichtung zur strömungskraft-kompensation - Google Patents

Einrichtung zur strömungskraft-kompensation

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Publication number
EP3475598A1
EP3475598A1 EP17734236.7A EP17734236A EP3475598A1 EP 3475598 A1 EP3475598 A1 EP 3475598A1 EP 17734236 A EP17734236 A EP 17734236A EP 3475598 A1 EP3475598 A1 EP 3475598A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control piston
control
fluid
pressure
connection
Prior art date
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Pending
Application number
EP17734236.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Schulz
Peter Bruck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac Fluidtechnik GmbH
Original Assignee
Hydac Fluidtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydac Fluidtechnik GmbH filed Critical Hydac Fluidtechnik GmbH
Publication of EP3475598A1 publication Critical patent/EP3475598A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/065Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members
    • F16K11/07Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides
    • F16K11/0716Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides with fluid passages through the valve member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603Multiple-way valves
    • F16K31/061Sliding valves
    • F16K31/0613Sliding valves with cylindrical slides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0686Braking, pressure equilibration, shock absorbing

Definitions

  • the invention relates to a device consisting of at least one control piston, which is guided longitudinally movable in a housing having at least two connection points for fluid, and which cooperates with a control edge of the housing at a connection point, the other connection parts in control positions of the control piston supplied with fluid via a fluid connection and seeks to pull due to occurring flow forces in the direction of a fluid connection blocking this closed position.
  • a proportional pressure control valve is known with a generic device with a longitudinally movable in a valve housing controlled piston, which serves by means of a solenoid actuation system for selectively connecting existing in the valve housing connection points, such as a
  • the inlet pressure is used to compensate for the flow force, the pressure level occurring being generally higher than on the return side of the device. tion, so that you can control larger volume flows in a regulatory manner better.
  • the fluid flowing through the device in the region of the control or regulating edge and the shape change in the control piston is deflected by 90 °, so that the occurring fluid impulse can be supported over the full area on the shape change or the compensating surface thus created.
  • the flow force compensation produced in this way makes it possible to manage with smaller magnetic actuation systems which are regularly distinguished by an improved, timely control behavior.
  • FIG. 2 and 3 show a device known from the prior art or the compensating device according to the invention in an enlarged view of a circular image detail designated X in FIG. 1;
  • FIG. 1 shows in longitudinal section a known 3-way proportional pressure regulating valve with a control piston 12 which can be moved longitudinally in a valve housing 10 and which is provided with an actuating system designated as a whole by 14 for selectively connecting valve housing 10 Connection points are used, such as a pressure supply or pump connection P, a consumer connection A and a tank or return connection T.
  • the actuation system 14 shown in FIG. 1 is designed in the manner of a magnet system; but it would also be possible operations by means of a pneumatic or other fluidic actuator (not shown). Also, a mechanical actuation system for the control piston 12 is not excluded in principle.
  • the magnet system 14 has a coil winding 16 in a bobbin 18 in the usual and therefore not described in detail manner, wherein the coil winding 16 of the pertinent actuating coil via a plug part 20 with a control current can be supplied.
  • the bobbin 18 adjoins a pole plate 22, which is summarized at its free end face of a flange plate 24, which serves to set the pressure control valve to a valve block, not shown.
  • 1 can be defined in the manner of a cartridge insert or in the manner of an insert cartridge in the valve block not shown, which has corresponding connection geometries, with the aforementioned ports P, A and T in the valve housing 10th are clearly brought together in fluid-conducting cover.
  • the valve shown does not have a 100% pole tube.
  • the control edge is integrally formed on the anchor plate 22. Furthermore, there is an independent sleeve which seals the fluid space.
  • a magnetic armature 26 is guided longitudinally in the bobbin 18 and has a pressure compensation channel 28 in order to allow a pressure-compensated, pressure-balanced reciprocating movement of the magnet armature 26 in the magnet system. Seen in the direction of FIG. 1, the cylindrical magnet armature 26 has on its right free end side an actuating rod 30 which bears permanently against the control piston 12. For this purpose, the control piston 12 is held at its viewed in the direction of FIG.
  • the compression spring 32 moves the arrangement consisting of control piston 12, actuating rod 30 and magnet armature 26, as seen in the direction of FIG. 1 to the left, and not more so long until the control piston 12 in abutment with the stop 33 of the Valve housing 10 is coming.
  • the consumer connection A is fluid-conductively connected to the tank or return connection T, via a groove 38 in the control piston 12, which is permanently connected to the fluid space 36 in fluid-carrying fashion and whose axial length is smaller than the length the inner wall portion of the valve housing 10 between port P and port T.
  • a displacement position as is apparent from Fig. 2 in the prior art.
  • bore rows 40 and 42 are introduced into the valve housing in a conventional manner, wherein one recognizes in Figs. 2 and 3 still a part of a bore of the row of holes 40.
  • a throttle channel 44 is introduced at its left end side, which is located between the interior of the valve housing 10 with the stop 33 and the fluid space 36 inside the hollow-bored control piston 12 through the end wall extends.
  • the pressure supply or pump connection P is closed and the consumer connection A is connected to the tank or return connection T.
  • the magnet system 14 presses on the control piston 12 with a force corresponding to the magnitude of the control current in the direction of the load connection A.
  • the control piston 12 will oppose the return spring 32 pushed to the right and the fluid (oil) flows from the pressure supply or pump port P to the load port A.
  • the cylindrical control piston 12 moves back further and closes the inlet bores 40 of the pressure supply or pump connection as shown in the prior art FIG. 2 P and interrupts the fluid supply at the consumer connection A. If the outlet pressure drops below the pressure setting due to the relieved load of the connected consumer, the magnet armature 26 pushes the control piston 12 back to the right via the actuating rod 30 and the control process begins again.
  • the maximum achievable control pressure is determined by the magnetic force of the magnet system 14. If the pressure at the consumer connection A rises above the preset value, the control piston 12 with the magnet armature 26 is pushed to the left as seen in the direction of FIG.
  • the control piston 12 for a flow force compensation in the region of the control or control edge 34 of the housing 10 has a shape change 48 from its cylindrical outer basic shape 50. Because of this change in shape 48, a flow engagement surface 52 is created for fluid, which causes a force acting counter to the flow force compensating force on the control piston 12, which seeks to pull the control piston 12 in an open position opposite to the blocking position; seen in the direction of looking at Fig. 1 so from left to right to pull looking.
  • the flow engagement surface 52 is perpendicular to the longitudinal or travel axis 54 of the control piston 12 and is movable together with this.
  • the shape change 48 consists in particular of a diameter jump, preferably from a step 56 in the control piston 12, the opposite a free end face 58 of the control piston 12 in the region of its groove 38 is set back from this in the direction of the connection point A.
  • the flow-engaging surface 52 forms an annular surface and is arranged in a regulating position in contact with the control or control edge 34 of the housing 19, respectively in the extension, wherein the fluid connection between the two connection points P, A is controlled.
  • the change in shape 48 in the control piston 12 forms an annular fluid control chamber 60, which is subjected to a lower fluid pressure on the return side 62 of the device than the pressure prevailing at the connection point P in the valve housing 10 in the regulating operation, wherein the respectively to be controlled pressures greater than Tank or ambient pressure are.
  • a fluid diversion of approximately 90 ° is brought about in operation such that the resulting impulse arises on the Entire flow engagement surface 52 can be supported in the direction of the terminal A, wherein the shape change 48 is then exposed to a total of constant fluid pressure during the control.
  • the diameter jump in the form of the step 56 is formed by two different diameters in the control piston 12, the smaller diameter opening into the already mentioned recess or channel 38 in the control piston 12.
  • a surface 52 was added to the control piston 12, below the control or control edge 34.
  • the input pressure at the pump or pressure supply port P can be added be used to compensate for the flow force.
  • the counterforce generated acts counter to an opening position which moves or pulls in the control piston 12.
  • the associated horizontal pressure characteristic curve is shown in FIG. which is bordered for clarity by an ellipse 64. This results in a largely harmonious filling behavior for a consumer connected to the consumer connection A, such as a motor vehicle clutch.
  • the device according to the invention need not be limited to applications with direct-controlled compact pressure regulators, such as the valve presented. Such a flow force control in the sense of compensation can also be realized without difficulty with slide valves. Furthermore, two connection points, which are to be connected to one another in a fluid-conducting manner in a regulating manner, are sufficient to be able to carry out the flow-force compensation in the frame outlined.
  • the device according to the invention can basically be used there, where just connection points are to be connected to one another in a regulating manner in a fluid-conducting manner via a control piston or to be separated again from one another.
  • the flow force compensation according to the invention it is possible to design smaller magnet systems, which improves the control behavior and helps to save costs and installation space. This has no equivalent in the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

Eine Einrichtung, bestehend aus mindestens einem Regelkolben (12), der in einem Gehäuse (10) längsverfahrbar geführt ist, das mindestens zwei Anschlussstellen (P, A) für Fluid aufweist, und der mit einer Steuerkante (34) des Gehäuses (10) an einer Anschlussstelle (P) zusammenwirkt, die die andere Anschlussstelle (A) in Regelstellungen des Regelkolbens (12) mit Fluid über eine Fluidverbindung versorgt und dabei aufgrund von auftretenden Strömungskräften in Richtung einer diese Fluidverbindung sperrenden Schließstellung zu ziehen sucht, ist dadurch gekennzeichnet, dass für eine Strömungskraft- Kompensation der Regelkolben (12) im Bereich der Steuerkante (34) des Gehäuses (10) derart eine Gestaltsänderung (48) von seiner zylindrischen äußeren Grundform (50) aufweist, dass eine Strömungsangriffsfläche (52) für Fluid geschaffen ist, die eine entgegen der Strömungskraft wirkende, kompensierende Krafteinleitung auf den Regelkolben (12) bewirkt, die den Regelkolben (12) in eine Öffnungsstellung entgegengesetzt zu der Sperrstellung zu ziehen sucht.

Description

Hydac Fluidtechnik GmbH, Justus-von-Liebig-Straße, 66280 Sulzbach/Saar Einrichtung zur Strömungskraft-Kompensation
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, bestehend aus mindestens einem Regelkolben, der in einem Gehäuse längsverfahrbar geführt ist, das mindestens zwei Anschlussstellen für Fluid aufweist, und der mit einer Steuerkante des Gehäuses an einer Anschlussstelle zusammenwirkt, die die andere An- schlusssteile in Regelstellungen des Regelkolbens mit Fluid über eine Fluid- verbindung versorgt und dabei aufgrund von auftretenden Strömungskräften in Richtung einer diese Fluidverbindung sperrenden Schließstellung zu ziehen sucht. Durch die DE 10 2014 004 796 A1 ist ein Proportional-Druckregelventil bekannt mit einer gattungsgemäßen Einrichtung mit einem in einem Ventilgehäuse längsverfahrbar geführten Regelkolben, der mittels eines Magnet- Betätigungssystems zum wahlweisen Verbinden von im Ventilgehäuse vorhandenen Anschlussstellen dient, wie einem
- Druckversorgungsanschluss (P),
- Verbraucheranschluss (A) und
- Tank- oder Rücklaufanschluss (T),
wobei ein erster Kennlinienverlauf zwischen einem Steuersignal des Magnet-Betätigungssystems und dem Durchflussvolumen oder dem Ansteuer- druck (P), bezogen auf einen an den Verbraucheranschluss (A) anschließbaren Verbraucher, hergestellt ist. Bei dieser bekannten Lösung wird mittels einer Steuereinrichtung nach Durchlaufen des ersten 'Kennlinienverlaufs ein zweiter Kennlinienverlauf für den am Verbraucheranschluss (A) des Ventilgehäuses anschließbaren Verbraucher erzeugt, der sich von dem ersten Kennlinienverlauf unterscheidet. Hierdurch ist für vorgebbare Anwendungen des bekannten Druckregelventils ein anderes Ventilverhalten erreicht und damit das Anwendungsspektrum für dieses Proportional-Druckregel- ventil erhöht.
Auf den dahingehenden Regelvorgang wirken, bedingt durch die anstehenden Drücke und die zu beherrschenden Volumenströme an den Anschluss- stellen, auch sog. Strömungskräfte auf den Ventil- oder Regelkolben der Einrichtung ein, wobei diese Strömungskräfte regelmäßig durch einen Druckabfall an der zuordenbaren Steuer- oder Regelkante im Gehäuse verursacht sind, beispielsweise im Bereich von Pumpen- oder Druckversor- gungsanschluss (P) zum Verbraucheranschluss (A), wobei durch diesen Druckabfall eine Kraft in Richtung des an die Einrichtung angeschlossenen Magnet-Betätigungs-systems entsteht, der den Regelkolben in Richtung seiner Schließstellung zu bewegen sucht, wodurch der eingestellte Druck weiter reduziert wird. Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise bei Kupplungsanwendungen, ist jedoch ein schnelles„Füllen" der Kupplung für deren sinnfällige Betätigung notwendig, so dass solche zu steuernden Ventile grundsätzlich nicht besonders geeignet sind. Abhilfe kann man durch den Einsatz sog. vorgesteuerter Ventile (DE 10 2012 015 356 A1 ) schaffen, jedoch haben diese Ventile eine erhöhte Leckage, bedingt durch das Vorsteueröl, das in Richtung Tank oder Rücklauf fließt, was eine erhöhte Verlustleistung mit sich bringt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Magnetkraft des Magnet- Betätigungssystems zu erhöhen, was den Bauraumbedarf erhöht und sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb des Ventils zu erhöhten Kos- ten führt. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die besonders geeignet ist, bei Druckregel-Proportionalventilen zum Einsatz zu kommen und die die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist und sich kostengünstig herstellen und betreiben lässt sowie kompakt im Aufbau ist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil für eine Strömungskraft- Kompensation der Regelkolben im Bereich der Steuerkante des Gehäuses derart eine Gestaltsänderung von seiner zylindrischen äußeren Grundform aufweist, dass eine Strömungsangriffsfläche für Fluid geschaffen ist, die eine entgegen der Strömungskraft wirkende, kompensierende Krafteinleitung auf den Regelkolben bewirkt, die den Regelkolben in eine Öffnungsstellung entgegengesetzt zu der Sperrstellung zu ziehen sucht, wird entsprechend der Kraftformel F = P x A eine Gegenkraft zur Strömungskraft im Betrieb der Einrichtung erzeugt.
Da insoweit die Steuer- oder Regelkante„verschoben" wird und der Fluid- druck auf die Gestaltsänderung regelmäßig in Form eines Kreisringes am Regelkolben als Kompensationsfläche konstant bleibt, wirkt zwar nach wie vor die Strömungskraft in Richtung des Magnet-Betätigungssystems; aber gleichzeitig auch die neu erzeugte Gegenkraft als Strömungskraft- Kompensation über der Fläche oder Gestaltsänderung am Regelkolben in Richtung einer der Anschlussstellen im Gehäuse, insbesondere in Form eines Verbraucheranschlusses. Auf diese Art und Weise kann man in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise die im Betrieb der Einrichtung oder des Ventils auftretenden Strömungskräfte reduzieren. In vorteilhafter Weise wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung daher der Zulaufdruck genutzt, um die Strömungskraft zu kompensieren. Das dabei auftretende Druckniveau ist grundsätzlich höher als auf der Rücklaufseite der Einrich- tung, so dass man größere Volumenströme in regelnder Weise besser beherrschen kann. In vorteilhafter Weise wird das die Einrichtung durchströmende Fluid im Bereich der Steuer- oder Regelkante und der Gestaltsänderung im Regelkolben um 90° umgelenkt, so dass sich der auftretende Fluid- Impuls auf der Gestaltsänderung respektive der derart geschaffenen Kompensationsfläche vollflächig abstützen kann.
Sofern in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße Einrichtung für ein direkt gesteuertes Ventil Anwendung findet, erlaubt die derart hergestellte Strömungskraft-Kompensation, dass man mit kleineren Magnet-Betätigungssystemen auskommt, die sich regelmäßig auch durch ein verbessertes, zeitnahes Ansteuerverhalten auszeichnen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Einrichtung anhand einer Anwendung für ein 3-Wege-Druckregel-Proportionalventil näher vorgestellt. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die wesentlichen Komponenten des vorstehend genannten Proportionalventils;
Fig. 2 und 3 eine im Stand der Technik bekannte Einrichtung bzw. die er- findungsgemäße Kompensationseinrichtung in einer vergrößerten Darstellung eines mit X in Fig. 1 bezeichneten kreisförmigen Bildausschnitts; und
Fig. 4 und 5 Druckregelkennlinien nach dem Stand der Technik bzw. solche Kennlinien, die mit der Einrichtung zur Strömungskraft- Kompensation oder Kraftkontrolle erzielt werden. In der Fig. 1 ist im Längsschnitt ein an sich bekanntes 3-Wege-Proportional- Druckregelventil gezeigt mit einem in einem Ventilgehäuse 10 längsver- fahrbar geführten Regelkolben 12, der mittels eines als Ganzes mit 14 bezeichneten Betätigungssystems zum wahlweisen Verbinden von im Ventilgehäuse 10 vorhandenen Anschlussstellen dient, wie einem Druckversor- gungs- oder Pumpenanschluss P, einem Verbraucheranschluss A sowie einem Tank- oder Rücklaufanschluss T. Das in Fig. 1 gezeigte Betätigungssys- tem 14 ist in der Art eines Magnetsystems ausgebildet; es wären aber auch Betätigungen möglich mittels eines pneumatischen oder sonstigen fluidischen Stelltriebs (nicht dargestellt). Auch ein mechanisches Betätigungssystem für den Regelkolben 12 ist grundsätzlich nicht ausgeschlossen. Das Magnetsystem 14 weist in üblicher und daher im Detail nicht näher beschriebener Weise eine Spulenwicklung 16 in einem Spulenkörper 18 auf, wobei die Spulenwicklung 16 der dahingehenden Betätigungsspule über ein Steckerteil 20 mit einem Steuerstrom versorgbar ist. In Richtung des Ventilgehäuses 10 grenzt der Spulenkörper 18 an eine Polplatte 22 an, die zu ihrem freien stirnseitigen Ende hin von einer Flanschplatte 24 um- fasst ist, die dem Festlegen des Druckregelventils an einen nicht näher dargestellten Ventilblock dient. Dergestalt lässt sich das in Fig. 1 gezeigte Druckregelventil in der Art eines Cartridge-Einsatzes oder in der Art einer Einsatzpatrone in dem nicht näher dargestellten Ventilblock festlegen, der über entsprechende Anschlussgeometrien verfügt, die mit den genannten Anschlüssen P, A und T im Ventilgehäuse 10 sinnfällig in fluidführende Deckung miteinander bringbar sind. Bei dem gezeigten Ventil gibt es kein 100%iges Polrohr. Die Steuerkante ist an der Ankerplatte 22 angeformt. Weiterhin gibt es eine eigenständige Hülse, welche den Fluidraum abdich- tet. In dem Spulenkörper 18 ist längsverfahrbar ein Magnetanker 26 geführt, der über einen Druckausgleichskanal 28 verfügt, um dergestalt druckausgeglichen eine hemmnisfreie Hin- und Herbewegung des Magnetankers 26 im Magnetsystem zu ermöglichen. In Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen weist der zylindrische Magnetanker 26 an seiner rechten freien Stirnseite eine Betätigungsstange 30 auf, die permanent an dem Regelkolben 12 anliegt. Hierfür wird der Regelkolben 12 an seinem in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen rechten Ende über einen Energiespeicher in Form einer Druckfeder 32 in permanenter Anlage mit der Betätigungsstange 30 gehalten, wobei die Druckfeder 32 den Regelkolben 12 in eine linke Anschlagstellung in Form eines Anschlags 33 auf der linken Innenseite des Ventilgehäuses 10 zu bringen sucht.
In der in Fig. 1 gezeigten Verschiebestellung des Regelkolbens 12 steuert dieser eine Steuer- oder Regelkante 34 am Ventilgehäuse 10 an und regelt insoweit den möglichen Fluiddurchfluss von Anschluss P nach Anschluss A über den Fluidraum 36 des insoweit als Hohlkolben ausgeführten Regelkolbens 12. Wird das Magnetsystem 14 stärker bestromt, verfährt der Regelkolben 12 in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen entgegen der Wirkung der Druckfeder 32 weiter nach rechts und der angesprochene Öffnungs- oder Regelquerschnitt an der Steuer- oder Regelkante 34 wird stärker geöffnet, so dass vermehrt Fluidvolumen vom Druckversorgungsanschluss oder Pum- penanschluss P zum Verbraucheranschluss A strömt, der stirnseitig in das Ventilgehäuse 10 eingebracht ist und eine permanente fluidführende Ver- bindung mit dem Fluidraum 36 des Regelkolbens 12 aufweist. Bleibt das
Magnetsystem 14 unbestromt, verschiebt die Druckfeder 32 die Anordnung, bestehend aus Regelkolben 12, Betätigungsstange 30 und Magnetanker 26, in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen nach links, und zwar maximal so lange, bis der Regelkolben 12 in Anlage mit dem Anschlag 33 des Ventil- gehäuses 10 kommt. In der dahingehenden Position des Regelkolbens 12 ist der Verbraucheran- schluss A mit dem Tank oder Rücklaufanschluss T fluidführend verbunden, und zwar über eine Auskehlung 38 im Regelkolben 12, die permanent fluidführend mit dem Fluidraum 36 verbunden ist und deren axiale Länge kleiner ist als die Länge des Innenwandbereichs des Ventilgehäuses 10 zwischen Anschluss P und Anschluss T. In dieser Stellung ist der Druckversor- gungsanschluss P vom Verbraucheranschluss A getrennt, indem der Regelkolben 12 die Steuer- oder Regelkante 34 überfahren hat; eine Verfahrstellung, wie sich aus der Fig. 2 im Stand der Technik ergibt. Zur Bildung des Druckversorgungs- oder Pumpenanschlusses P sowie des Tank- oder Rücklaufanschlusses T sind in das Ventilgehäuse in üblicher Weise Bohrungsreihen 40 bzw. 42 eingebracht, wobei man in den Fig. 2 und 3 noch einen Teil einer Bohrung der Bohrungsreihe 40 erkennt. Damit sich der Regelkolben 12 hemmnisfrei im Ventilgehäuse 10 bewegen kann, ist an dessen lin- ker Stirnseite ein Drosselkanal 44 eingebracht, der sich zwischen dem Innenraum des Ventilgehäuses 10 mit dem Anschlag 33 und dem Fluidraum 36 im Inneren des hohlgebohrten Regelkolbens 12 durch die Abschlusswand desselben erstreckt. Im unbestromten Zustand ist also der Druckversorgungs- oder Pumpenan- schluss P verschlossen und der Verbraucheranschluss A ist mit dem Tankoder Rücklaufanschluss T verbunden. Wird nun ein Stromsignal über das Steckerteil 20 an die Spulenwicklung 16 des Magnetsystems 14 angelegt, drückt in Richtung des Verbraucheranschlusses A gesehen das Magnetsys- tem 14 mit einer der Höhe des Steuerstroms entsprechenden Kraft auf den Regelkolben 12. Dadurch wird der Regelkolben 12 gegen die Rückstellfeder 32 nach rechts geschoben und das Fluid(öl) strömt vom Druckversorgungs- oder Pumpenanschluss P zum Verbraucheranschluss A. Je nach Art des nicht näher dargestellten Verbrauchers, beispielsweise in Form einer Kraftfahrzeugkupplung, baut sich am Verbraucheranschluss A dann ein Gegendruck auf, der auf die Regelkolbenfläche am Ventil wirkt und eine Ge- genkraft zur Magnetkraft des Magnetsystems erzeugt, welche den Regelkolben 12 wieder zurück in die gegenläufige Steuerrichtung bewegt. Dadurch wird der Zufluss vom Druckversorgungs- oder Pumpenanschluss P zum Verbraucheranschluss A verringert, bis der am Verbraucheranschluss A an- liegende Druck der Magnetkraft und damit der Druckwert-Vorgabe über dem Stromsignal entspricht.
Benötigt der Verbraucher nun keine Druckflüssigkeit mehr, was der Fall ist, wenn die Kupplung am Anschlag steht, bewegt sich der zylindrische Regelkolben 12 weiter zurück und verschließt gemäß der Darstellung nach der Fig. 2 zum Stand der Technik die Zulaufbohrungen 40 des Druckversorgungs- oder Pumpenanschlusses P und unterbricht insoweit die Fluidversor- gung am Verbraucheranschluss A. Fällt der Ausgangsdruck durch die Entlas- tung des angeschlossenen Verbrauchers unter die Druckvorgabe, drückt der Magnetanker 26 über die Betätigungsstange 30 den Regelkolben 12 wieder nach rechts und der Regelvorgang beginnt erneut. Der maximal erreichbare Regeldruck wird dabei durch die Magnetkraft des Magnetsystems 14 festgelegt. Steigt der Druck am Verbraucheranschluss A über den Vorgabewert an, wird der Regelkolben 12 mit dem Magnetanker 26 in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen nach links geschoben und öffnet die Verbindungen vom Verbraucheranschluss A zum Rücklauf- oder Tankanschluss T. Dadurch wird der Druck am Verbraucheranschluss A begrenzt. Auf diesen Regelvorgang wirken bedingt durch Druck- und Volumenstrom auf den Regelkolben 12 auch sog. Strömungskräfte ein. Diese Strömungskräfte verursachen einen Druckabfall an der Steuer- oder Regelkante 34 (vgl. Fig. 2) und durch diesen Druckabfall entsteht eine Kraft in Richtung des Magnetsystems 14, wobei der Regelkolben 12 in Richtung seiner Schließstellung, also in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen nach links, bewegt wird. Der eingestellte Druck wird dabei weiter reduziert, da die be- kannte Ventillösung nach der Fig. 2 in ihre Schließstellung geht. Das sich hieraus ergebende Kennlinien-Resultat kann man in der Fig. 4 zum Stand der Technik ersehen. In dem zur Verdeutlichung mit einer Ellipse 46 umrandeten Kennlinienfeld ist dargestellt, wie sich der bekannte Druckregler mit steigendem Volumenstrom verhält. Erhöht man den Volumenstrom beispielsweise bei eingestellten 4 bar auf 5 I pro Minute, sinkt der Druck gegen Null bar ab. Da bei den bereits angesprochenen Kupplungsanwendungen für das Ventil jedoch ein schnelles„Füllen" der Kupplung stattzufinden hat, wäre dieses bekannte Ventil insoweit nicht geeignet für eine solche An- wendung, da das rasche Füllen der Kupplung durch das Schließverhalten des Ventils gerade verhindert wird.
Hier setzt nun die Erfindung ein, die mit ihrer konstruktiven Ausgestaltung eine Gegenkraft zur Strömungskraft erzeugt, was im Folgenden, insbeson- dere unter Einbezug der Darstellung nach der Fig. 3 sowie der Fig. 5, noch näher erläutert werden wird.
Wie sich insbesondere aus der Darstellung nach der Fig. 3 ergibt, weist der Regelkolben 12 für eine Strömungskraft-Kompensation im Bereich Steuer- oder Regelkante 34 des Gehäuses 10 eine Gestaltsänderung 48 von seiner zylindrischen äußeren Grundform 50 auf. Aufgrund dieser Gestaltsänderung 48 ist eine Strömungsangriffsfläche 52 für Fluid geschaffen, die eine entgegen der Strömungskraft wirkende kompensierende Krafteinleitung auf den Regelkolben 12 bewirkt, die den Regelkolben 12 in eine Öffnungsstel- lung entgegengesetzt zu der Sperrstellung zu ziehen sucht; in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen also von links nach rechts zu ziehen sucht. Die Strömungsangriffsfläche 52 steht senkrecht auf der Längs- oder Verfahrachse 54 des Regelkolbens 12 und ist mit diesem zusammen verfahrbar. Die Gestaltsänderung 48 besteht insbesondere aus einem Durchmessersprung, vorzugsweise aus einer Stufe 56 im Regelkolben 12, die gegenüber einer freien Stirnseitenfläche 58 des Regelkolbens 12 im Bereich seiner Auskehlung 38 von dieser weg in Richtung der Anschlussstelle A zurückversetzt ist. Die Strömungsangriffsfläche 52 bildet eine Ringfläche aus und ist in einer regelnden Stellung in Anlage mit der Steuer- oder Regelkante 34 des Gehäuses 19, respektive in deren Verlängerung angeordnet, wobei die Fluidverbindung zwischen den beiden Anschlussstellen P, A angesteuert wird.
Die Gestaltsänderung 48 im Regelkolben 12 bildet einen ringförmigen Flu- idsteuerraum 60 aus, der im regelnden Betrieb einem geringeren Fluiddruck auf der Rücklaufseite 62 der Einrichtung ausgesetzt ist als dem an der Anschlussstelle P im Ventilgehäuse 10 herrschenden Druck, wobei die jeweils anzusteuernden Drücke größer als der Tank- oder Umgebungsdruck sind. Wie sich des Weiteren aus der Darstellung nach der Fig. 3 ergibt, wird bei Öffnen des Fluidquerschnitts, also beim Wegbewegen des Regelkolbens 12 nach rechts, im Betrieb eine Fluidumleitung von ca. 90° derart herbeigeführt, dass der hieraus sich ergebende Impuls sich auf der gesamten Strömungsangriffsfläche 52 in Richtung des Anschlusses A abstützen kann, wo- bei die Gestaltsänderung 48 dann insgesamt einem konstanten Fluiddruck während der Regelung ausgesetzt ist.
Erfindungsgemäß ist der Durchmessersprung in Form der Stufe 56 durch zwei unterschiedliche Durchmesser im Regelkolben 12 gebildet, wobei der kleinere Durchmesser in die bereits angesprochene Ausnehmung oder Auskehlung 38 im Regelkolben 12 ausmündet.
Um also die Strömungskraft durch eine Gegenkraft zu kompensieren, wurde am Regelkolben 12 eine Fläche 52 angefügt, und zwar unterhalb der Steuer- oder Regelkante 34. Durch die dahingehende Anordnung kann der Eingangsdruck am Pumpen- oder Druckversorgungsanschluss P dazu ge- nutzt werden, um die Strömungskraft zu kompensieren. Über die Fläche 52 am Anschluss P kann entsprechend der Kraftformel F = P x A die Gegenkraft zur Strömungskraft erzeugt werden. Da dergestalt die Steuer- oder Regelkante 34„verschoben" wird und der Druck auf den Kreisring 52 jedoch konstant bleibt, wirkt die Strömungskraft nach wie vor in Richtung des Magnetsystems 14; die neu erzeugte Gegenkraft jedoch über die Fläche 52 am Regelkolben 1 2 in Richtung des Verbraucheranschlusses A. Während also die Strömungskraft versucht, den Regelkolben 12 in eine Schließstellung zu ziehen, wirkt die erzeugte Gegenkraft entgegen in eine den Regel- kolben 12 bewegende oder ziehende Öffnungsstellung. Der zugehörige horizontale Druckkennlinienverlauf ist in Fig. 5 in einem Bereich wiedergegeben, der zur Verdeutlichung mit einer Ellipse 64 umrandet ist. Es ergibt sich dergestalt ein weitgehend harmonisches Füllungsverhalten für einen an den Verbraucheranschluss A angeschlossenen Verbraucher, wie eine Kraft- fahrzeugkupplung.
Die erfindungsgemäße Einrichtung braucht nicht auf Anwendungen bei direkt-gesteuerten Kompakt-Druckreglern, wie das vorgestellte Ventil, eingeschränkt zu sein. Eine solche Strömungskraftkontrolle im Sinne einer Kom- pensation lässt sich auch ohne weiteres bei Schieberventilen verwirklichen. Des Weiteren können bereits zwei Anschlussstellen, die in regelnder Weise fluidführend miteinander zu verbinden sind, genügen, um im skizzierten Rahmen die Strömungskraft-Kompensation durchführen zu können. Insoweit kann die erfindungsgemäße Einrichtung grundsätzlich dort Anwen- dung finden, wo eben Anschlussstellen in regelnder Weise fluidführend über einen Regelkolben miteinander zu verbinden oder wieder voneinander zu trennen sind. Insbesondere kann man durch Einsatz der erfindungsgemäßen Strömungskraft-Kompensation erreichen, Magnetsysteme kleiner zu dimensionieren, was das Ansteuerverhalten verbessert und Kosten sowie Bauraum sparen hilft. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Einrichtung, bestehend aus mindestens einem Regelkolben (12), der in einem Gehäuse (10) längsverfahrbar geführt ist, das mindestens zwei Anschlussstellen (P, A) für Fluid aufweist, und der mit einer Steuerkante (34) des Gehäuses (10) an einer Anschlussstelle (P) zusammenwirkt, die die andere Anschlussstelle (A) in Regelstellungen des Regelkolbens (12) mit Fluid über eine Fluidverbindung versorgt und dabei aufgrund von auftretenden Strömungskräften in Richtung einer diese Fluidverbindung sperrenden Schließstellung zu ziehen sucht, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Strömungskraft-Kompensation der Regelkolben (12) im Bereich der Steuerkante (34) des Gehäuses (10) derart eine Gestaltsänderung (48) von seiner zylindrischen äußeren Grundform (50) aufweist, dass eine Strömungsangriffsfläche (52) für Fluid geschaffen ist, die eine entgegen der Strömungskraft wirkende, kompensierende Krafteinleitung auf den Regelkolben (12) bewirkt, die den Regelkolben (12) in eine Öffnungsstellung entgegengesetzt zu der Sperrstellung zu ziehen sucht.
Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkolben (12) von einem Magnetanker (26) eines Magnetsystems (14) ansteuerbar ist, der bestromt entgegen der Wirkung eines Energiespeichers (32) den Regelkolben (12) in Richtung von die Fluidverbindung zwischen den beiden Anschlussstellen (P, A) freigebenden Regelstellungen zu verfahren sucht, und dass für den Fall, dass sich am Ver- braucheranschluss (A) ein Gegendruck aufbaut, der auf die Regelkolbenfläche wirkt und eine Gegenkraft zur Magnetkraft des Magnetsystems (14) erzeugt, der Regelkolben (12) wieder zurück in eine gegenläufige Steuerrichtung bewegt ist, bei der der Zufluss vom Druckver- sorgungsanschluss (P) zum Verbraucheranschluss (A) solange verringert wird, bis der am Verbraucheranschluss (A) anliegende Druck der Magnetkraft und damit der Druckwert- Vorgabe über dem Stromsignal des Magnetsystems (14) entspricht.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltsänderung (48) im Regelkolben (12) einen Fluidsteuerraum (60) bildet, der im regelnden Betrieb einem geringeren Fluiddruck auf der Rücklaufseite (62) der Einrichtung ausgesetzt ist als der an der Anschlussstelle (P) im Ventilgehäuse (10) herrschende Druck und dass die anzusteuernden Drücke größer als der Tank- oder Umgebungsdruck sind.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkante (34) des Gehäuses (10) mit der Gestaltsänderung (48) des Regelkolbens (12) im Betrieb eine Fluidum- leitung von 90° derart herbeiführt, dass der hieraus sich ergebende Impuls sich auf der gesamten Strömungsangriffsfläche (52) abstützt und die Gestaltsänderung (48) einem konstanten Fluiddruck ausgesetzt ist.
5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmessersprung durch zwei unterschiedliche Durchmesser im Regelkolben (12) gebildet ist und dass der kleinere Durchmesser zumindest teilweise in eine Ausnehmung (38) des Regelkolbens (12) ausmündet.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrposition des Regelkolbens (12), bei der der Grund des Durchmessersprungs in ringförmiger Anlage mit der Steuerkante (34) ist, die von der einen Anschlussstelle (P) begrenzt ist, der kleinere Durchmesser des Durchmessersprungs des Regelkolbens (12) frei von weiteren benachbart angeordneten Anschlussstellen gehalten und mit radialem Abstand zu dem Gehäuse (10) in einen Aufnahmeraum desselben eintaucht.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil eines 3-Wege-Druckregel-Proportional- ventils ist, das vorzugsweise direkt gesteuert im Ventilgehäuse noch über eine weitere Anschlussstelle (T) verfügt.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im unbestromten Zustand des Magnetsystems (14) der Regelkolben (12) im Gehäuse (10) auf Anschlag (33) fährt und dabei die Fluidverbindung zwischen der weiteren Anschlussstelle (T) und eine (A) der beiden anderen Anschlussstellen (P, A), die an einen hydraulischen Verbraucher anschließbar ist, herstellt und dass die verbleibende Anschlussstelle (P) vom Regelkolben (12) verschlossen ist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Magnetsystems (14) auch die Fluidverbindung zur Drucksenke führenden Anschlussstelle (T) ansteuerbar ist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstellen (P, T) radial in das Gehäuse (10) eingebracht sind und die Anschlussstelle (A) axial in das Ventilgehäuse (10) von dessen freier Stirnseite her eingreift.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkolben (12) als Hohlkolben ausgeführt ist und dass die Ausnehmung (38) im Regelkolben (12), vorzugsweise in Form von mindestens zwei das Gehäuse (10) durchgreifenden Aussparungen, in axialer Richtung gesehen kürzer ist als der Abstand zwi- sehen der Anschlussstelle (P), die an eine Druckversorgungsquelle anschließbar ist, und der an die Drucksenke anschließbaren Anschlussstelle (T).
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