WO2005111486A1 - Pilotgesteuertes ventil - Google Patents

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WO2005111486A1
WO2005111486A1 PCT/DK2005/000319 DK2005000319W WO2005111486A1 WO 2005111486 A1 WO2005111486 A1 WO 2005111486A1 DK 2005000319 W DK2005000319 W DK 2005000319W WO 2005111486 A1 WO2005111486 A1 WO 2005111486A1
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WO
WIPO (PCT)
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valve
pilot
valve seat
seat
plate
Prior art date
Application number
PCT/DK2005/000319
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hardy Peter Jepsen
Richard Thomas Entwistle
Original Assignee
Danfoss A/S
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Filing date
Publication date
Application filed by Danfoss A/S filed Critical Danfoss A/S
Publication of WO2005111486A1 publication Critical patent/WO2005111486A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
    • F16K31/40—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor
    • F16K31/406—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/42—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid by means of electrically-actuated members in the supply or discharge conduits of the fluid motor

Definitions

  • the invention relates to a pilot-controlled valve with a valve element that changes an opening cross section of at least one flow path, and a pilot valve designed as a flap valve that influences a pressure in a pilot pressure chamber that acts on the valve element and that has a valve plate that cooperates with a pilot valve seat ,
  • valve plate forms a variable throttle together with the valve seat.
  • the throttle opens into the pilot pressure chamber.
  • the pilot pressure chamber has an output throttle.
  • the pressure in the pilot pressure chamber acts on a valve element which is designed as a valve slide and, depending on its position, establishes a flow path between a pressure connection and one of two work connections on the one hand and from the other work connection to a tank connection.
  • the valve plate is attracted by an electromagnet that surrounds the valve seat. Sensitive control of the pressure in the pilot pressure chamber is difficult.
  • the invention has for its object to obtain a simple pilot-operated valve.
  • Such a valve is initially of relatively simple construction.
  • One has great freedom in the design because it is no longer necessary for the drive to be arranged in the region of the valve seat. Moving the actuator away from the valve seat has another advantage: you can easily obtain a much more sensitive control of the throttle, which is formed between ' the valve seat ' and the valve plate. You make use of a leverage ratio.
  • the predetermined distance is greater than a distance between the pilot valve seat and a suspension of the valve plate. The movement of the actuator is then translated into a lifting of the valve plate from the valve seat or an approaching the according to the ratio between the distance and the distance
  • Valve plate on the valve seat So you can work with a drive that has a comparatively large resolution and still achieve very sensitive control of the pilot valve. This is especially true when the predetermined distance is at least twice the distance. If the distance is twice the distance, the valve plate in the area of the valve seat only moves half as far as the actuator. The larger the ratio between distance and distance, the better the ratio.
  • the drive preferably acts on the valve plate via a tappet. You also have greater freedom to arrange the individual elements of the valve. It is no longer necessary for the actuator to interact directly with the valve plate. It can also be arranged at a certain distance from the valve plate.
  • the valve plate is preferably connected to the valve element via a spring, the spring acting on the valve plate between the pilot valve seat and the drive.
  • the spring forms a mechanical reaction between the valve element and the valve plate.
  • the use of a spring as a mechanical reaction between the valve element and the valve plate is known in principle from US Pat. No. 3,537,467 A mentioned at the beginning. In the present case, however, the location of the spring on the valve plate is chosen more favorably.
  • the drive acts on the spring practically via a lever, the lever being formed by the valve plate. Accordingly, the drive can be controlled more sensitively.
  • the spring preferably loads the valve plate in the closing direction.
  • the pilot valve seat preferably opens towards the tank.
  • the variable throttle formed by the valve plate and the pilot valve seat is therefore the last throttle before the stage with the lowest pressure. The loads on the valve plate and the actuator can thus be kept low.
  • the pilot pressure chamber is preferably connected to a control pressure connection via a throttle.
  • Fluid that is to say a liquid or a gas, is continuously supplied via the control pressure connection in order to control the pressure in the pilot pressure chamber.
  • the control pressure connection can, for example, have an input throttle, so that only a reduced pressure is present in the pilot pressure chamber.
  • the valve element preferably interacts with a valve seat. This is a poppet valve.
  • a poppet valve has the advantage that it can be sealed. This is particularly advantageous if the valve is to be used to control water in a water-hydraulic device.
  • the valve element preferably has a nose which projects through the valve seat. This has several advantages. On the one hand, the valve element is stabilized during its movement, even when it has lifted off the valve seat. On the other hand, this allows a relatively small flow cross section to be controlled, which is released when the valve element is lifted off the valve seat. The valve is therefore " able to control even relatively small amounts of fluid.
  • At least one of the elements of the valve element and valve seat is formed from a plastic, at least on its surface.
  • This configuration has advantages particularly when the valve is used to control water as a hydraulic fluid. Corrosion is prevented by using plastic.
  • the valve element is formed from a plastic.
  • a plastic is usually lighter than a metal, ie it has a lower mass. With a lower mass, with otherwise the same forces, higher loads Achieve accelerations so that the valve reacts faster to changes in load and can also be corrected faster.
  • the drive is preferably designed as an electromagnet with a proportional characteristic.
  • the valve can then be used practically as a proportional valve.
  • 1 is a schematic representation for explaining a pilot-controlled valve
  • Fig. 2 is a schematic " representation to explain various sizes
  • Fig. 3 shows a schematic longitudinal section through a pilot-controlled valve.
  • a pilot-controlled valve 1 which in the present exemplary embodiment is designed as a seat valve, has an inlet 2 and an outlet 3.
  • a valve seat 4 is arranged between the inlet 2 and the outlet 3.
  • a valve element 5 interacts with the valve seat 4, ie the valve element 5, as shown, can come into contact with the valve seat 4 and close the valve 1. However, the valve element 5 can also be lifted off the valve seat 4 and then a flow Unlock path between inlet 2 and outlet 3 more or less.
  • valve element 5 is guided in a guide 6.
  • the valve element 5 is shown here with a circumferential distance from the guide 6. In reality, however, this distance does not exist.
  • the pressure in the inlet 2 acts on the valve element 5 in the opening direction. In the closed state of the valve 1, this pressure acts on the entire cross-sectional area of the valve element 5 with the exception of the area which is delimited by the valve seat 4.
  • a spring 7 which in the present case is designed as a compression spring, acts on the valve element 5.
  • a pressure in a pilot pressure chamber 8 acts on the valve element 5 in the closing direction.
  • the pilot pressure chamber 8 has a control pressure input 9, which is followed by a throttle 10.
  • the control pressure inlet 9 can, if necessary, also be connected to the inlet 2.
  • the throttle 10 can then optionally also be formed in or with the valve element 5.
  • the throttle 10 is shown here as a separate component.
  • the pilot pressure chamber 8 has an outlet 11 which leads into the pilot pressure chamber via a pilot valve seat 12; empties.
  • the outlet 11 is connected to a tank 14 via a line 13 which is only shown schematically.
  • a valve plate 15 interacts with the pilot valve seat 12.
  • the valve plate 15 is suspended from a suspension 16.
  • the suspension 16 has a predetermined distance from the pilot valve seat 12.
  • valve plate 15 together with the valve seat 12 forms a flap valve.
  • the flap valve forms a pilot valve for valve 1, as will be explained below.
  • the spring 7 is supported on the valve plate 15 at a position located between the pilot valve seat 12 and the tappet 19, but on the side of the valve plate 15 opposite the tappet 19.
  • the electromagnet 18 is designed as a proportional magnet, ie the plunger 19 is shifted by an amount that is directly proportional to an applied current or an applied voltage. So that leaves the degree of opening of the pilot valve, that is to say the distance between the valve plate 15 and the pilot valve seat 12, can be set very precisely via the current acting on the electromagnet 18.
  • the valve 1 now works as follows:
  • valve plate 15 When the pilot valve is closed, the valve plate 15 bears against the pilot valve seat 12. In the pilot pressure chamber 8, the pressure prevails in front of the throttle 10, that is to say at the control pressure inlet 9.
  • the valve element 5 is pressed under the force of the spring 7 and under the effect of the pressure in the pilot pressure chamber 8 against the valve seat 4 and the connection between the inlet 2 and the outlet 3 is interrupted.
  • the spring can act on the valve plate 15 at an arbitrary point between the suspension 16 and the drive 19.
  • the optimal value can be determined by simple calculations.
  • Fig. 3 a schematic longitudinal section through the valve 1 is shown, in which the spring 7, seals and O-rings are not shown. The same parts are provided with the same reference numerals as in Fig. 1.
  • valve element 5 is guided in a bushing 20 which ultimately forms the guide 6.
  • valve element 5 has a nose 21 which extends through the valve seat 4. The transition between the valve element 5 and the nose 21 takes place in the form of a cone 22, so that one can achieve a very sensitive control of the flow between the inlet 2 and the outlet 3.
  • the piston 5 is sealed in the bushing 20 with a seal, for example a Teflon ring.
  • a seal for example a Teflon ring.
  • the pressure in the pilot pressure chamber 8 can be very high, it is quite can be of the order of magnitude of the pressure present at inlet 2, it is expedient to arrange inlet 2 and outlet 3 with respect to the piston 5 as shown in FIGS. 1 and 3, ie the piston 5 is subjected to the higher pressure acted on the side of the valve seat 4, on which the pilot pressure in the pilot pressure chamber 8 also acts. In this case, the pressure difference acting on the sealing ring is lower than if ports 2 and 3 were exchanged.
  • valve plate 15 it is also expedient to design the valve plate 15 as a circular disc, the diameter of which corresponds to the inner diameter of the bushing 20.
  • a circular disk can be produced very easily and does not have to be fixed in the bushing 20 because it is self-righting and is held in place by the force of the spring 7.
  • the valve plate 15 is then designed such that it is self-righting on one side and on the other hand, does not cause additional friction when tilted, ie takes off from the pilot valve seat 12.
  • the throttle 10 can also be replaced by a clocked valve or another device which sets the pressure in the pilot pressure chamber 8 to a lower value than the pressure at the control pressure connection 9.
  • the valve element 5 can be formed from plastic.
  • the plastic of the valve element 5 preferably works with low friction with the metal or the plastic of the guide 6, so that the valve 1 also for Control of water can be used in a water hydraulic facility.
  • the valve plate 15, the tappet 19 and the pilot valve seat 12 can also be formed from a plastic if water is used as the hydraulic medium.

Abstract

Es wird ein pilotgesteuertes Ventil (1) angegeben mit einem Ventilelement (5), das einen Öffnungsquerschnitt mindestens eines Strömungspfades verändert, und einem als Klappenventil ausgebildeten Pilotventil, das einen Druck in einer Pilotdruckkammer (8) beeinfluβt, der auf das Ventilelement (5) wirkt, und das eine Ventilplatte (15) aufweist, die mit einem Pilotventilsitz (12) zusammenwirkt. Man möchte ein einfach aufgebautes pilotgesteuertes Ventil erhalten. Hierzu ist vorgesehen, daβ ein Antrieb (17) in einer vorbestimmten Entfernung vom Pilotventilsitz (12) an der Ventilplatte (15) angreift.

Description

Pilotgesteuertes Ventil
Die Erfindung betrifft ein pilotgesteuertes Ventil mit einem Ventilelement, das einen Öffnungsquerschnitt mindestens eines Strömungspfades verändert, und einem als Klappenventil ausgebildeten Pilotventil, das einen Druck in einer Pilotdruckkammer beeinflußt, der auf das Ventilelement wirkt, und das eine Ventilplatte aufweist, die mit einem Pilotventilsitz zusammenwirkt.
Ein derartiges Ventil ist beispielsweise aus US 3537467 A bekannt. Im bekannten Fall bildet die Ventilplatte zusammen mit dem Ventilsitz eine veränderbare Drossel. Die Drossel mündet in die Pilotdruckkammer. Die Pilotdruckkammer weist eine Ausgangsdrossel auf. Der Druck in der Pilotdruckkammer wirkt auf ein Ventil - element, das als Ventilschieber ausgebildet ist und je nach seiner Stellung einen Strömungspfad zwischen einem Druckanschluß und einem von zwei Arbeitsanschlüssen einerseits und vom anderen Arbeitsanschluß zu einem Tankanschluß einrichtet. Wenn der Ventilschieber in der Neutralstellung steht, dann sind der Druckanschluß und der Tankanschluß von den Arbeitsanschlüssen getrennt . Die Ventilplatte wird durch einen Elektromagneten angezogen, der den Ventilsitz umgibt. Eine feinfühlige Steuerung des Drucks in der Pilotdruckkammer ist schwierig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes pilotgesteuertes Ventil zu erhalten.
Diese Aufgabe wird bei einem pilotgesteuerten Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Antrieb in einer vorbestimmten Entfernung vom Pilotventilsitz an der Ventilplatte angreift.
Ein derartiges Ventil ist zunächst einmal relativ ein- fach aufgebaut. Man hat große Freiheiten bei der Gestaltung, weil es nicht mehr erforderlich ist, daß der Antrieb im Bereich des Ventilsitzes angeordnet ist. Die Verlagerung des Antriebs vom Ventilsitz weg hat aber einen weiteren Vorteil: Man erhält auf einfache Weise eine sehr viel feinfühligere Steuerung der Drossel, die zwischen 'dem Ventilsitz 'und der Ventilplatte gebildet ist. Dabei macht man sich ein Hebel -Übersetzungsverhältnis zu nutze.
Hierbei ist bevorzugt, daß die vorbestimmte Entfernung größer ist als ein Abstand zwischen dem Pilotventilsitz und einer Aufhängung der Ventilplatte. Die Bewegung des Antriebs wird dann entsprechend dem Verhältnis zwischen dem Abstand und der Entfernung übersetzt in ein Abheben der Ventilplatte vom Ventilsitz oder ein Annähern der
Ventilplatte an den Ventilsitz. Man kann also mit einem Antrieb arbeiten, der eine vergleichsweise große Auflösung hat und dennoch eine sehr feinfühlige Steuerung des Pilotventils erreichen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die vorbestimmte Entfernung mindestens doppelt so groß wie der Abstand ist . Wenn die Entfernung doppelt so groß wie der Abstand ist, dann bewegt sich die Ventilplatte im Bereich des Ventilsitzes nur halb so weit wie der Antrieb. Je größer das Verhältnis zwischen der Entfernung und dem Abstand ist, desto besser wird das Verhältnis.
Vorzugsweise wirkt der Antrieb über einen Stößel auf die Ventilplatte. Man hat weiter größere Freiheiten, die einzelnen Elemente des Ventils anzuordnen. Es ist nicht länger erforderlich, daß der Antrieb unmittelbar mit der Ventilplatte zusammenwirkt. Er kann auch in einer gewissen Entfernung von der Ventilplatte angeordnet sein.
Vorzugsweise ist die Ventilplatte über eine Feder mit dem Ventilelement verbunden, wobei die Feder zwischen dem Pilotventilsitz und dem Antrieb an der Ventilplatte angreift. Die Feder bildet eine mechanische Rückwirkung zwischen dem Ventilelement und der Ventilplatte. Die Verwendung einer Feder als mechanische Rückwirkung zwischen dem Ventilelement und der Ventilplatte ist zwar grundsätzlich aus der eingangs genannten US 3 537 467 A bekannt. Im vorliegenden Fall ist der Angriffsort der Feder an der Ventilplatte aber günstiger gewählt. Der Antrieb wirkt quasi über einen Hebel auf die Feder, wobei der Hebel durch die Ventilplatte gebildet ist. Dementsprechend kann der Antrieb feinfühliger angesteuert werden. Vorzugsweise belastet die Feder die Ventilplatte in Schließrichtung. Je stärker das Ventilelement die Feder komprimiert und damit die Ventilplatte in Schließrichtung beaufschlagt, desto größer wird der Widerstand der Drossel, die durch die Ventilplatte und den Pilotventilsitz gebildet wird. Je größer dieser Drosselwiderstand ist, desto größer wird der Druck in der Pilot - druckkammer, der dementsprechend das Ventilelement wieder in die entgegengesetzte Richtung bewegt, also in Richtung auf eine verminderte Belastung der Feder. Auf diese Weise bildet sich ein selbsttätiger Regelkreis, der zu einer relativ genauen Einstellung des Ventilelements und damit zu einer entsprechend genauen Einstellung des freien Durchflußquerschnitts durch das Ventil führt.
Vorzugsweise öffnet der Pilotventilsitz zum Tank hin. Damit ist die veränderbare Drossel, die durch die Ventilplatte und den Pilotventilsitz gebildet wird, sozu- sagen die letzte Drossel vor der Stufe mit dem niedrigsten Druck. Die Belastungen auf die Ventilplatte und den Antrieb können dadurch klein gehalten werden.
Vorzugsweise steht die Pilotdruckkammer über eine Dros- sei mit einem Steuerdruckanschluß in Verbindung. Über den Steuerdruckanschluß wird laufend Fluid, also eine Flüssigkeit oder ein Gas, nachgeführt, um den Druck in der Pilotdruckkammer zu steuern. Der Steuerdruckanschluß kann beispielsweise eine Eingangsdrossel aufwei- sen, so daß in der Pilotdruckkammer nur ein verminderter Druck ansteht . Vorzugsweise wirkt das Ventilelement mit einem Ventilsitz zusammen. Damit handelt es sich um ein Sitzventil. Ein Sitzventil hat den Vorteil, daß es dicht gemacht werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Ventil zur Steuerung von Wasser in einer wasserhydraulischen Einrichtung verwendet werden soll.
Vorzugsweise weist das Ventilelement eine Nase auf, die durch den Ventilsitz hindurch ragt. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen wird das Ventilelement bei seiner Bewegung stabilisiert und zwar auch dann, wenn es vom Ventilsitz abgehoben hat. Zum anderen läßt sich dadurch ein relativ kleiner Strömungsquerschnitt steuern, der beim Abheben des Ventilelements vom Ventilsitz freigegeben wird. Das Ventil ist also" in der Lage, auch relativ kleine Fluidmengen zu steuern.
Vorzugsweise ist von den Elementen Ventilelement und Ventilsitz mindestens eines zumindest an seiner Oberfläche aus einem Kunststoff gebildet. Diese Ausgestaltung hat vor allem dann Vorteile, wenn das Ventil zur Steuerung von Wasser als Hydraulikflüssigkeit verwendet wird. Man verhindert durch die Verwendung von Kunst - stoff eine Korrosion.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Ventilelement aus einem Kunststoff gebildet ist. Ein Kunststoff ist in der Regel leichter als ein Metall, d.h. er weist ei- ne geringere Masse auf. Bei einer geringeren Masse lassen sich bei ansonsten gleichen Kräften höhere Be- schleunigungen erzielen, so daß das Ventil schneller auf Belastungsänderungen reagiert und auch schneller ausgeregelt werden kann.
Vorzugsweise ist der Antrieb als Elektromagnet mit proportionaler Kennlinie ausgebildet. Das Ventil läßt sich dann praktisch als Proportionalventil verwenden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug- ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines pilotgesteuerten Ventils,
Fig. 2 eine schematische" Darstellung zur Erläuterung verschiedener Größen und
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein pilotgesteuertes Ventil.
Ein pilotgesteuertes Ventil 1, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Sitzventil ausgebildet ist, weist einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 auf. Zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3 ist ein Ventilsitz 4 angeordnet. Ein Ventilelement 5 wirkt mit dem Ventilsitz 4 zusammen, d.h. das Ventilelement 5 kann, wie dargestellt, am Ventilsitz 4 zur Anlage kommen und das Ventil 1 verschließen. Das Ventilelement 5 kann jedoch auch vom Ventilsitz 4 abgehoben werden und dann einen Stromungs- pfad zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3 mehr oder weniger freigeben.
Das Ventilelement 5 ist in einer Führung 6 geführt. Aus Gründen der Übersicht ist das Ventilelement 5 hier mit einem umfänglichen Abstand zur Führung 6 dargestellt. Dieser Abstand ist in Wirklichkeit jedoch nicht vorhanden.
Auf das Ventilelement 5 wirkt in Öffnungsrichtung der Druck im Einlaß 2. Dieser Druck wirkt im geschlossenen Zustand des Ventils 1 auf die gesamte Querschnittsfläche des Ventilelements 5 mit Ausnahme der Fläche, die vom Ventilsitz 4 umgrenzt ist.
In Schließrichtüng wirkt auf das Ventilelement 5 zunächst die Kraft einer Feder 7, die im vorliegenden Fall als Druckfeder ausgebildet ist. Zum anderen wirkt auf das Ventilelement 5 in Schließrichtung ein Druck in einer Pilotdruckkammer 8.
Die Pilotdruckkammer 8 weist einen Steuerdruckeingang 9 auf, dem eine Drossel 10 nachgeschaltet ist. Der Steuerdruckeingang 9 kann, falls erforderlich, auch mit dem Einlaß 2 in Verbindung stehen. Die Drossel 10 kann dann gegebenenfalls auch in oder mit dem Ventilelement 5 ausgebildet sein. Aus Gründen der Übersicht und zum besseren Verständnis ist die Drossel 10 hier jedoch als eigenes Bauelement dargestellt. Die Pilotdruckkammer 8 weist einen Ausgang 11 auf, der über einen Pilotventilsitz 12 in die Pilotdruckkammer ; mündet. Der Ausgang 11 ist über eine nur schematisch dargestellte Leitung 13 mit einem Tank 14 verbunden.
Mit dem Pilotventilsitz 12 wirkt eine Ventilplatte 15 zusammen. Die Ventilplatte 15 ist an einer Aufhängung 16 aufgehängt. Die Aufhängung 16 hat einen vorbestimmten Abstand zum Pilotventilsitz 12.
Auf die Ventilplatte 15 wirkt ein Antrieb 17, der einen Elektromagneten 18 und einen Stößel 19 aufweist. Wenn die Ventilplatte 15 mit einem Ende an der Aufhängung 16 befestigt ist, dann greift der Stößel 19 am anderen En- de an der Ventilplatte 15 an.
Die Ventilplatte 15 bildet mit dem Ventilsitz 12 zusammen ein Klappenventil. Funktioneil bildet das Klappenventil ein Pilotventil für das Ventil 1, wie nachfol- gend erläutert wird.
Die Feder 7 stützt sich an der Ventilplatte 15 ab und zwar an einer Position, die sich zwischen dem Pilotventilsitz 12 und dem Stößel 19 befindet, allerdings auf der dem Stößel 19 gegenüberliegenden Seite der Ventilplatte 15.
Der Elektromagnet 18 ist als proportionaler Magnet ausgebildet, d.h. der Stößel 19 wird um einen Betrag ver- schoben, der direkt proportional zu einem angelegten Strom oder einer angelegten Spannung ist . Damit läßt sich über den Strom, der auf den Elektromagneten 18 wirkt, sehr genau der Öffnungsgrad des Pilotventils einstellen, also der Abstand zwischen der Ventilplatte 15 und dem Pilotventilsitz 12.
Das Ventil 1 arbeitet nun wie folgt :
Wenn das Pilotventil geschlossen ist, dann liegt die Ventilplatte 15 am Pilotventilsitz 12 an. In der Pilot- druckkammer 8 herrscht der Druck vor der Drossel 10, also am Steuerdruckeingang 9. Das Ventilelement 5 wird unter der Kraft der Feder 7 und unter der Wirkung des Drucks in der Pilotdruckkammer 8 gegen den Ventilsitz 4 gedrückt und die Verbindung zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3 wird unterbrochen.
Wenn jetzt der Elektromagnet 18 betätigt wird und der Stößel 19 die Ventilplatte 15 vom Pilotventilsitz 12 abhebt, dann strömt durch die zwischen dem Pilotventil - sitz 12 und der Ventilplatte 15 gebildete Drosselstelle Fluid aus der Pilotdruckkammer 8 ab, so daß der Druck in der Pilotdruckkammer 8 absinkt. Wenn die Summe der Kräfte, die von der Feder 7 einerseits und vom Druck in der Pilotdruckkammer 8 andererseits erzeugt werden, kleiner ist als die Kraft, die durch den Druck im Einlaß 2 auf die auslaßseitige Stirnseite des Ventilelements 5 wirkt, dann wird das Ventilelement 5 vom Ventilsitz 4 abgehoben und es entsteht ein Strömungspfad zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3. Gleichzeitig wird die Feder 7 komprimiert und erzeugt dadurch eine höhere Kraft auf die Ventilplatte 15, die dadurch den Pilotventilsitz 12 etwas stärker schließt, also den Abfluß aus der Pilotdruckkammer 8 etwas drosselt. Die sich dadurch ergebende Druckerhöhung in der Pilotdruckkammer 8 führt zu einer Annäherung des Ventilelements 5 an den Ventilsitz 4 und damit einem Nachlassen der Wirkung der Kraft der Feder 7 auf die Ventilplatte 15. Es ergibt sich also eine mechanische Rückwirkung vom Ventilelement 5 auf die Ventilplatte 15, die relativ schnell zu einem mechanisch stabilen Zustand führt. Das Ventilelement 5 gibt einen Strömungsquerschnitt frei, der zu dem Strömungsquerschnitt zwischen dem Pilotventilsitz 12 und der Ventilplatte 15 proportional ist. Damit ist die Strömung zwischen Einlaß 2 und Auslaß 3 auch proportional zu dem Strom, mit dem der Elektromagnet 18 versorgt wird.
Dadurch, daß der Stößel 19 des Antriebs 17 auf der dem Pilotventilsitz 12 gegenüberliegenden Seite der Aufhängung 16 an der Ventilplatte 15 angreift, läßt sich eine sehr feinfühlige Einstellung des Pilotventils und damit des Ventils 1 insgesamt erreichen. Dies soll anhand von Fig. 2 näher erläutert werden. Wenn man mit den dort eingezeichneten Größen die Momente um die Aufhängung 16 (F) bestimmt, ergibt sich folgendes:
Fm ± ' '*/ + ';»_ = Fs . rf + Fj - rf - rj
Figure imgf000012_0001
Wenn
Figure imgf000013_0001
rm = 5,0 rj = 6,0 dann
Figure imgf000013_0002
Unter der Annahme , daß
Fm '"max = 50 [ LN] J
Fm "'min = 10 [ lN] J
Pilot\>eιιtilsitz 0 = 1,5 /??/;? max. Pilotdnickkammer - Druck = 140 bar
Figure imgf000013_0003
mit Pi lotdruckkammer-Druck = 140 bar
Figure imgf000013_0004
Wenn die Ventilplatte 15 bei t abhebt und die Federkonstante der Feder 7 = C , dann 76,7 - 10,13 t = - C
Aus der obigen Herleitung ist ersichtlich, daß man durch eine Veränderung der wirksamen Druckangriffsflä- ehe des Drucks aus dem Tank 14 auch die Kräfte verändern kann, bei denen die Ventilplatte 15 abhebt. Beispielsweise kann man einen Bereich um den Pilotventilsitz 12 zum Tank hin entlasten und damit den Durchmes- ser des Pilotventilsitzes 12 künstlich vergrößern.
Man kann auch den Angriffsort der Feder 7 verändern. Prinzipiell kann die Feder an einer willkürlichen Stelle zwischen der Aufhängung 16 und dem Antrieb 19 an der Ventilplatte 15 angreifen. Man kann durch einfache Berechnungen den optimalen Wert ermitteln.
In Fig. 3 ist ein schematischer Längsschnitt durch das Ventil 1 dargestellt, bei dem die Feder 7, Dichtungen und O-Ringe nicht eingezeichnet sind. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
Zusätzlich ist erkennbar, daß das Ventilelement 5 in einer Buchse 20 geführt ist, die letztendlich die Führung 6 bildet. Darüber hinaus weist das Ventilelement 5 eine Nase 21 auf, die den Ventilsitz 4 durchragt. Der Übergang zwischen dem Ventilelement 5 und der Nase 21 erfolgt in Form eines Konus 22, so daß man eine sehr feinfühlige Steuerung des Durchflusses zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3 erreichen kann.
In nicht näher dargestellter Weise ist der Kolben 5 in der Buchse 20 mit einer Dichtung abgedichtet, bei- spielsweise einem Teflon-Ring. Da der Druck in der Pilotdruckkammer 8 sehr hoch sein kann, wobei er durchaus in die Größenordnung des am Einlaß 2 anstehenden Druckes kommen kann, ist es zweckmäßig, Einlaß 2 und Auslaß 3 im Hinblick auf den Kolben 5 so anzuordnen, wie dies in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, d.h. der Kolben 5 wird vom höheren Druck auf der Seite des Ventilsitzes 4 beaufschlagt, an der auch der Pilotdruck in der Pilotdruckkammer 8 wirkt . In diesem Fall ist die auf den Dichtring wirkende Druckdifferenz geringer, als wenn man die Anschlüsse 2 und 3 vertauscht .
Es ist auch zweckmäßig, die Ventilplatte 15 als Kreisscheibe auszubilden, deren Durchmesser dem Innendurchmesser der Buchse 20 entspricht. Eine Kreisscheibe läßt sich sehr einfach herstellen und muß in der Buchse 20 nicht fixiert werden, weil sie selbstaufrichtend ist und durch die Kraft der Feder 7 festgehalten wird.- Die - Ventilplatte 15 ist dann derart ausgebildet, daß sie auf der einen Seite selbstaufrichtend ist und auf der anderen Seite keine zusätzliche Reibung verursacht, wenn sie gekippt wird, d.h. vom Pilotventilsitz 12 abhebt.
Man kann die Drossel 10 auch ersetzen durch ein getak- tetes Ventil oder eine andere Einrichtung, die den Druck in der Pilotdruckkammer 8 auf einen geringeren Wert einstellt als den Druck am Steuerdruckanschluß 9.
Das Ventilelement 5 kann aus Kunststoff gebildet sein. Der Kunststoff des Ventilelements 5 arbeitet vorzugs- weise reibungsarm mit dem Metall oder dem Kunststoff der Führung 6 zusammen, so daß das Ventil 1 auch zur Steuerung von Wasser in einer wasserhydraulischen Einrichtung verwendet werden kann. Natürlich ist es auch möglich, den Ventilsitz 4 aus einem Kunststoff zu bilden. Selbstverständlich kann auch die Ventilplatte 15, der Stößel 19 und der Pilotventilsitz 12 aus einem Kunststoff gebildet werden, wenn man Wasser als hydraulisches Medium verwendet.

Claims

Patentansprüche
1. Pilotgesteuertes Ventil mit einem Ventilelement, das einen Öffnungsquerschnitt mindestens eines Strömungspfades verändert, und einem als Klappenventil ausgebildeten Pilotventil, das einen Druck in einer Pilotdruckkammer beeinflußt, der auf das Ventilelement wirkt, und das eine Ventilplatte aufweist, die mit einem Pilotventilsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (17) in einer vorbestimmten Entfernung vom Pilotventilsitz (12) an der Ventilplatte (15) angreift.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Entfernung größer ist als ein Abstand zwischen dem Pilotventilsitz (12) und einer Aufhängung (16) der Ventilplatte (15) .
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Entfernung mindestens doppelt so groß wie der Abstand ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17) über einen Stößel (19) auf die Ventilplatte (15) wirkt.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (15) über eine Feder (7) mit dem Ventilelement (5) verbunden ist, wobei die Feder (7) zwischen dem Pilotventilsitz (12) und dem Antrieb (17) an der Ventilplatte (15) angreift .
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) die Ventilplatte (15) in Schließrichtung belastet .
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotventilsitz (12) zum Tank (14) hin öffnet.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pilotdruckkammer (8) über eine Drossel (10) mit einem Steuerdruckanschluß (9) in Verbindung steh .
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (5) mit einem Ventilsitz (4) zusammenwirkt.
10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (5) eine Nase aufweist, die durch den Ventilsitz (4) hindurch ragt.
11. Ventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß von den Elementen Ventilelement (5) und Ventilsitz (4) mindestens eines zumindest an seiner Oberfläche aus einem Kunststoff gebildet ist. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (5) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17) als Elektromagnet (18) mit proportionaler Kennlinie ausgebildet ist .
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