CH499824A - Verfahren zum Regulieren eines Druckes eines Fluidums und hydraulisches Druckregelungsventil zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Regulieren eines Druckes eines Fluidums und hydraulisches Druckregelungsventil zur
Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren eines Druckes eines Fluidums in praktisch direkter Proportionalität zwischen dem zu regelnden Druck und einem elektrischen Strom durch eine hydraulisch- oder pneumatisch-elektromagnetische Vorrichtung, die zwei beidseits eines Luftspaltes relativ zueinander bewegliche Teile mit magnetischen Polflächen aufweist.



   Elektromagnetische Druckeinstellventile für hydraulische Systeme sind bereits bekannt. Sie weisen aber besonders auch betriebsweise, d. h. auch vom Betriebsverfahren her, Nachteile auf. Entweder besteht relativ zu der elektromagnetischen und der einzustellenden hydraulischen Kraft ein grosser Reibungsanteil der zu bewegenden Teile im Druckeinstellorgan und im elektromagnetischen Stellglied. Dieser Reibungsanteil bewirkt aber in der Beziehung von hydraulischem Druckwert zu elektrischem Erregerstrom bei der Er- und Entregung eine allzu grosse Hysteresis, so dass keinem bestimmten Erregerstromwert ein in engen Toleranzgrenzen liegender eingestellter hydraulischer Druckwert entspricht.

  Oder in einem andern System, dessen Magnetjoch gleichzeitig Schliesselement des Ventils ist, ist eine Feder derart vorgesehen, dass diese demgesamtenmaximalen, vom Ventil abzusperrenden Druck des Druckmediums entgegenzuwirken vermag. Daher ist bereits zur nur teilweisen Überwindung der Federkraft eine beachtliche Erregung notwendig. Es wird nie ein bestimmter Erregerstrom durch die Magnetspule einem bestimmten Druckwert entsprechen. Solche Ventilsysteme sind wohl für Ein-Aus-Schaltungen, aber nicht für Druckeinstellungen geeignet.



   Weiter wurde die Verwendung eines Elektromagneten vorgeschlagen, wobei eine elastische Membrane gleichzeitig als Joch des Magneten und Träger des Ventilkörpers vorgesehen ist. Die Nachteile dieser Vorrichtung liegen darin, dass die elektrische Erregung umgekehrt proportional zum einzustellenden Druckwert verläuft, dass die elastische Vorspannung der Membrane dem zu steuernden maximalen hydraulischen Druckwert entspricht, dass die Membrane magnetisch derart dimensioniert werden muss, dass mit steigender Erregung eine zunehmende Sättigung erfolgt (also nichtlinearer Verlauf der Magnetisierungskennlinie) und dass damit der elektromagnetische Wirkungsgrad sehr ungünstig wird und daher eine Überdimensionierung der Spule notwendig ist.



   Diese Nachteile zu überwinden und besonders auch eine direkte   Strom-Druck-iShnlichkeit    für die Regulierung zu besitzen ist das gesteckte Ziel, das bei der im folgenden zu erläuternden Erfindung durch das Verfahrenskennzeichen erreicht wird, dass die beiden Teile durch den Druck von dem zu regulierenden Fluidum lagebestimmt auseinanderdrückend auf eine Fläche beaufschlagt werden, dass die beiden Teile durch die vom elektrischen Strom bewirkte magnetische Durchflutung im Luftspalt über die Polflächen anziehend magnetisiert werden, und dass praktisch reibungsfreies Gleichgewicht zwischen den durch den Druck auf die Fläche und durch die Durchflutung im Luftspalt über den Polflächen erzeugten Kräften aufrechterhalten wird.



   Durch diese Verfahrensmassnahme kann erstmals eine direkte elektromagnetische Druckregulierung verwirklicht werden, deren Genauigkeit lediglich von der magnetischen Hysteresis des elektromagnetischen Gerätes abhängt.



   Die Erfindung betrifft weiter ein hydraulisches Druckregelungsventil mit einem elektromagnetischen Stellglied zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Magnetkern mit in die gleiche Richtung weisenden Polflächen und einer darauf angeordneten Erregungsspule, einem den Polflächen gegenüberliegenden und von und zu diesen beweglich angeordneten Jochanker, einem in fester Verbindung mit dem Magnetkern vorgesehenen Druckmittelanschluss mit einem dar  an anschliessenden, den Magnetkern durchdringenden Strömungskanal und einem zwischen dem Jochanker und einer Mündung im Strömungskanal angeordneten Verschlusselement.



   Nach der Erfindung ist dieses hydraulische Druckregelungsventil dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Polflächen und dem Jochanker ein im wesentlichen konstanter, einen minimalen   Wert    nicht unterschreitender magnetischer Luftspalt vorgesehen ist, das Verschlusselement durch den Jochanker gegenüber der zugehörigen Mündung des Strömungskanals betätigbar und der Jochanker durch das Verschlusselement gegen über den Polflächen lagebestimmt ist, das Verschlusselement bei stromloser Erregungsspule und druckmittelfreiem Strömungskanal durch höchstens gleich das Eigengewicht des Jochankers schliessend auf der Mündung des Strömungskanals gehalten ist und bei zunehmender elektrischer Erregung durch stärker schliessendes und bei zunehmender Beaufschlagung mit Druckmittel im Strömungskanal durch zunehmend öffnendes,

   praktisch reibungsfrei und lagebestimmt bewegliches Verhalten des Jochankers beeinflusst wird.



   Die Erfindung betrifft weiter eine Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zum elektrisch gesteuerten Regeln des Druckes eines Fluidums in einem hydraulischen oder pneumatischen Versorgungsnetz.   DieZeich-    nung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.



   Die Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Druckeinstellventil mit elektromagnetischem Stellglied erster Ausführungsart.



   Die Fig. 2 zeigt ein Ventil zweiter Ausführungsart.



   Die Fig. 3 zeigt ein Ventil dritter Ausführungsart.



   Die Fig. 4 zeigt das Ventil als Druck-Vorsteuerventil.



   Die Fig. 5 zeigt das Ventil als kompensierter Mengenregler.



   Die Fig. 6 zeigt das Ventil zur Steuerung eines Pulsators.



   Die Fig. 7 zeigt das Ventil zur Vorsteuerung eines Druckreduzierventils.



   Hydraulische Druckeinstellventile mit elektromagnetischen Stellgliedern besitzen zwei in   gegenseitiger Wech-      selwirkung    wirksame Steuerelemente, nämlich ein hydraulisches System und ein magnetisches System. In der ersten Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist ein aus magnetischem Material hergestellter Magnetkern, in folgenden U-Kern 1 genannt, zur Aufnahme der Magnetspule 2 vorgesehen. In einem Schenkel 11 dieses U-Kernes 1 ist ein Hydraulik-Anschluss 3 vorgesehen.



  Mit dem U-Kern ist ein Gehäuse aus nicht magnetisierbarem Material öldicht verbunden. In diesem Gehäuse 5 ist ein aus magnetischem Material hergestellter Jochanker, im folgenden Joch 7 genannt, unter Freilassung eines bestimmten Luftspaltes 6 zum U-Kern 1 angeordnet. Zwischen den Schenkeln 11, 11' des   U-Kerns    1 und dem Joch sind Kugeln 16, 16' zur Konstanthaltung dieses Luftspaltes 6 vorgesehen. Diese Kugeln 16, 16' dienen gleichzeitig gegenüber den Sitzen 13 im Bereich   desHydraulikanschlusses    3 als Abschluss-Organ derselben. Zur Gewährleistung der definierten Lage des Jochs 7 gegenüber dem Kern 1 ist zwischen dem Gehäuse 5 und diesem Joch 7 eine Haltefeder 17 eingesetzt.

  Relativ zur einstellbaren hydraulischen und elektromagnetischen Kraft bringt diese Feder 17 eine vernachlässigbare Kraft auf die Kugeln 16, 16' gegenüber den Sitzen 13 auf. Das Gehäuse 5 ist mit einem weiteren   Hydraulik-Anschluss    15 verbunden.



   Zur Erregung der Magnetspule 2 ist eine Gleichstromquelle 20 über eine Leitung 21 zum einen Anschlusspunkt 22 der Magnetspule 2, und durch eine weitere Leitung 24 vom anderen   Anschlusspunkt    22' der Magnetspule 2 über ein Anzeigeinstrument 25 und ein Steuerelement 26 zur Veränderung der Erregung der Magnetspule 2 durch eine Leitung 27 mit dieser Quelle 20 verbunden. Dabei kann das Anzeigeinstrument 25, das an sich ein Amperemeter ist, direkt in hydraulischen Druckwerten geeicht sein. Im vorliegenden Beispiel ist das Steuerelement 26 ein veränderlicher Widerstand.



   Diese erste Ausführungsvariante erlaubt folgende Funktionsweise:
Je nach Erregung der Magnetspule 2, die durch das Steuerelement 26 steuerbar und das Anzeigeinstrument 25 ablesbar ist, baut sich im magnetischen Kreis, bestehend aus dem Kern 1, dem Joch 7 und den beiden Luftspalten 6, zwischen diesen beiden Teilen aus magnetischem Material eine magnetische Durchflutung auf.



  Diese magnetische Durchflutung bewirkt in den Luftspalten 6 eine auf Joch 7,   Kern    1 und die beiden Kugeln 16, 16' wirkende elektromagnetische Kraft. Im Bereich der Kugeln 16,   16    auf den Sitzen 13, 13' der Zuflussöffnungen des zu steuernden Druckmediums wirkt dieser elektromagnetischen Kraft die Kraft des Druckmediums entgegen. Der Druck dieses Druckmediums wird so lange ansteigen, bis er entgegen der elektromagnetischen Kraft auf die Kugeln 16, 16' diese abzuheben vermag, was ein Abströmen von Druckmedium in das Gehäuse 5 ergibt. Das abströmende Druckmedium fliesst durch den Luftspalt 6 und verlässt das Gehäuse 5 durch den Anschluss 15.



   Die Vorrichtung ist dahingehend vorteilhaft, dass weder die elektromagnetisch aufgebrachte Kraft noch die hydraulische   Kraft    irgendwelche mechanische Reibung zu überwinden hat. Damit ergibt sich der grundlegende Vorteil, dass die Hysteresis der Kennlinie  hydraulischer Druck zu elektromagnetischer Erregung  auf die durch die Auslegung des elektromagnetischen Kreises gegebene beschränkt ist. Diese Hysteresis ist daher nur noch abhängig von der magnetischen Kennlinie des verwendeten   Kern    und Jochmaterials, der Ausbildung des Luftspaltes und der Induktion.

  Als Folge dieser Vorteile ergibt sich als weiterer, dass durch eine ganz bestimmte Erregung des Magnetkreises durch die Magnetspule, d. h. durch einen ganz bestimmten Spulenstrom, ein in sehr engen Toleranzgrenzen liegender hydraulischer Druck im zufliessenden Druckmedium reproduzierbar geregelt wird.

 

   Der Magnetkern ist in der Ausführung gemäss Fig. 2 aus magnetisierbarem Material als E-Kern 31 ausgebildet. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die drei Schenkel 32, 33, 34 einzel ausgeprägt ausgebildet sind oder aber, dass die aussenliegenden Schenkel 32, 34 einen Ring bilden und der mittlere Schenkel 33 einen Zapfen darstellt. In die beiden Aussparungen zwischen den Schenkel 32, 33, bzw. 33, 34, die als eine einzige Ringaussparung ausgebildet sein können, ist eine Magnetspule 2 eingelegt. Der mittlere Schenkel 33 dieses E-Kernes 31 dient gleichzeitig der Aufnahme eines   Druckmfttelanschlusses    3. Gegenüber dem E-Kern 31 ist als Jochanker ein ebenfalls aus magnetischem Material hergestelltes Joch 37 vorgesehen.

  Zur Gewährlei  stung eines minimalen definierten Luftspalts 6 ist dieses Joch 37 über nichtmagnetisierbare Stiften 38, 38' gegen über dem E-Kern 31 abgestützt. Die im E-Kern 31 eingelegte Magnetspule 2 ist mit einer Isoliermasse druckfest eingegossen.



   Auf dem aus magnetischem Material hergestellten E-Kern ist ein aus nichtmagnetisierbarem Material hergestellter Ring 41 öldicht befestigt. Dieser Ring 41 weist einen Druckmediumanschluss 15 auf. Weiter dient er zur Aufnahme eines Spannrings 42. Zwischen diesen Spannring 42 und den Ring 41 ist eine Membrane 47 eingeklemmt. In dieser Membrane 47 ist zentral durch einen Zapfen 48 am Joch 37 und einen Gewindebolzen 49 mittels einer Spannmutter 50 das Joch 37 abgestützt. Die Membrane 47 ist dabei derart dimensioniert, dass sie relativ zu den auftretenden hydraulischen und magnetischen Kräften eine vernachlässigbare Kraft auf das Joch 37 ausübt.



   Dieser magnetisch-mechanischen Konstruktion ist das hydraulische Druckeinstellventil zugeordnet. Das Joch 37 dient zur Aufnahme eines vorzugsweise aus nichtmagnetisierbarem Material hergestellten Ventilkörpers 46. Dieser Ventilkörper 46 sitzt auf dem Rand einer in Fortsetzung des Hydraulikanschlusses 3 vorgesehenen Bohrung 45 auf, wobei diese zusammen mit dem Ventilkörper 46 in unbelastetem Zustand einen Abschluss des Hydraulikanschlusses 3 darstellt.



   Diese Vorrichtungsanordnung ist in folgender Funktionsweise wirksam:
Das vorliegende Druckeinstellventil gemäss der Fig. 2 ist geeignet, wenn der Hydraulikanschluss 15 mit dem Tank verbunden ist, d. h. wenn der zwischen dem E-Kern 31, dem Ring 41, der Membrane 4 und dem zentralen Zapfen 48 des Jochs 37 gebildete Raum auf Normaldruck, d. h. auf dem ausserhalb der Membrane 47 liegenden Druck liegt. Das zu regelnde Druckmedium fliesst durch die Bohrung 45 gegen den Ventilkörper 46.



  Bei fehlender magnetischer Erregung wird dieser Ventilkörper 46 und das diesen tragende Joch 37 sofort so weit abgehoben, dass die zufliessende Menge Druckmedium ungehindert in den Raum 35 und von hier durch den Anschluss 15 zurück in den Tank abfliesst.



  Es wird sich also praktisch kein Druck in dem am Druckmediumanschluss 3 angeschlossenen Hydrauliksystem aufbauen. Je nach magnetischer Erregung, wobei deren Steuerung an die beiden Anschlusspunkte 22, 22' angeschlossen ist, wird durch die erzeugte Durchflutung durch E-Kern 31, Luftspalt 6 und Joch 37 letzteres mit einer gewissen Kraft gegen den E-Kern 31 gezogen. Der Druck um Hydraulikmedium wird nun so lange ansteigen, bis er durch seine Wirkung auf den Ventilkörper 46 diesen zusammen mit dem Joch 37 so weit abheben kann, dass Druckmedium zwischen dem Sitz der Bohrung 45 und dem Ventilkörper 46 durch den Luftspalt 6 zum Hydraulikanschluss 15 abfliessen kan.



   Bei dieser Ausführung nach Fig. 2 erweist es sich als vorteilhaft, dass die in dem Luftspalt 6 auftretende Kraft bei elektromagnetischer Erregung nun vollumfänglich zur Steuerung des Druckeinstellventils zur Verfügung steht. Bei geeigneter Ausbildung der Haltemembran 47 für das Joch 37 ist die Deformationskraft derselben bei Abheben des Jochs 37 infolge Beaufschlagung durch das Hydraulikmedium vernachlässigbar. Die hydraulische Hysteresis beim Be- und Entlasten dieses hydraulischen Druckeinstellventils mit elektromagnetischem Stellglied ist somit proportional der Remanenz des verwendeten magnetischen Materials. Da weiter gute magnetische Materialien über einen sehr weiten Magnetisierungsbereich eine weitgehend konstante Remanenz aufweisen, ist es möglich, bei einer bestimmten Erregung einen ganz bestimmten Druckwert innerhalb sehr enger Toleranzen eingestellt zu haben.



   An Hand der Fig. 3 wird ein hydraulisches Druckeinstellventil mit elektromagnetischem Stellglied gezeigt, bei dem nicht ein gewisser Druckwert gegenüber dem atmosphärischen Normalwert, also Druck Null, reguliert wird, sondern gegenüber irgendeinem beliebigen Druck. Das bedeutet, dass das gesamte, zwischen den beiden Hydraulikanschlüssen liegende Ventilgehäuse druckdicht sein muss.



   Ein aus elektromagnetischem Material hergestellter Kern, hier vorzugsweise ein Glockenkern 31, dient zur Aufnahme der Magnetspule 2. Zentral zur Magnetspule 2 ist der Hydraulikanschluss 3 vorgesehen. Ein Strömungskanal 45 dieses Hydraulikanschlusses 3 tritt bei der zentralen Polfläche dieses Glockenmagnets 31 aus.



  Die Magnetspule 2 ist in den entsprechenden Kanal im elektromagnetisierbaren Kern 31 eingegossen. Unter Freilassung eines Raumes 35 im Bereich der Polflächen des Glockenmagnetes ist mit diesem öl- und druckdicht ein Deckel 51 aus nichtmagnetisierbarem Material verbunden. Unter Freilassung einer zentralen Öffnung im Bereich des Strömungskanals 45 sind die Polflächen mit einer aus nichtmagnetisierbarem Material hergestellten Platte 52 in der Dicke des minimalen Luftspalts versehen. Diese Platte 52 weist in der von den Polflächen abgewendeten Seite vom Zentrum zur Peripherie verlaufende Nuten 53 auf. Gegen diese Platte 52 ist durch eine äusserst weiche Feder 17 gegenüber dem Deckel 51 ein aus magnetisierbarem Material hergestelltes Joch 37 in ungefährem Gleichgewicht bei fehlender elektromagnetischer Erregung elastisch gehalten.



  Die Deformationskraft dieser elastischen Halterung ist dabei relativ zur elektromagnetischen und hydraulischen Kraft vernachlässigbar klein. Dieses Joch 37 dient gleichzeitig der Aufnahme eines aus vorzugsweise nichtmagnetisierbarem Material hergestellten und sich in den Bereich des Strömungskanals 45 erstreckenden Ventilkörpers 46. Bei fehlenden hydraulischen und magnetischen Kräften schliesst dieser Ventilkörper 46 den Strömungskanal 45 ab. Der Deckel 51 ist mit einem weitern Hydraulikanschluss 15 versehen.



   Diese Vorrichtungsanordnung erlaubt folgende Funktionsweise: Dadurch, dass der Raum 35 zwischen dem Kern 31 des Glockenmagnetes und dem darüber befestigten Deckel 51, worin das Joch 37 angeordnet ist, druckdicht ausgebildet ist, können nun sowohl an den Hydraulikanschluss 3 wie an den weitern Hydraulikanschluss 15   Druckmedien    bestimmter Vorspannungen angeschlossen werden. Durch eine bestimmte Erregung des elektromagnetischen Kreises durch die Magnetspule 2 kann nun der Druck um Bereich des Druckmediumanschlusses 3 um einen bestimmten Druckwert höher gehalten werden als derjenige im weitern Druckmediumanschluss 15. Durch Verwendung der gezeigten weichen Feder 17 ergibt sich weiter der Vorteil, dass das Eigengewicht des Jochs 37 im wesentlichen kompensiert wird und keine Reibungsfehler in die elektromagnetische Druckeinstellung eingehen. 

  Weiter ergibt sich durch die  selbsttätige Zentrierung des Ventilkörpers 46 ein sicherer Verschluss des Strömungskanals 45.



   Nachfolgend werden einige Anwendungen des soeben beschriebenen hydraulischen Druckeinstellventils mit elektromagnetischem Stellglied angegeben.



   Gemäss Fig. 4 ist das Druckmedium 61 in einem Tank 62 gesammelt. Eine Pumpe 63 fördert dieses durch eine Leitung 64 in eine Druckleitung 65. An die Druckleitung 65 ist ein Maximaldruckventil 66 angeschlossen. Von hier führt eine Tankleitung 67 zurück in den Tank 62. Durch ein Handrad 68 erfolgt die Maximaldruckeinstellung dieses Ventils 66. Eine hydraulische Vorsteuerleitung 73 führt zum hydraulischen Druckeinstellventil 71 mit elektromagnetischem Stellglied 72. Dieses Ventil 71 ist ebenfalls mit der Tankleitung 67 verbunden. Die Magnetspule (2) des Stellgliedes 2 ist an ein   Gleichricht-    und Stromregelgerät 79 angeschlossen, das aus einer Wechselstromquelle 80 gespeist wird. Diese Schaltungsanordnung erlaubt folgende Funktionsweise:
Der hydraulische Maximal druckwert wird am Maximaldruckventil 66 durch das Handrad 68 eingestellt.



  Sämtliche von diesem Maximaldruck verschiedenen geringeren Drücke werden als elektrische Steuersignale vom Gleichricht- und Stromregelgerät 79 über das elektromagnetische Druckeinstellventil 71, 72, das hier als Vorsteuerventil eingesetzt ist, vorgegeben.



   Durch diese Kombination erhält man die Möglichkeit, Drücke von einer zentralen Stelle aus fern einzustellen derart, dass ein bestimmter elektrischer Wert einem bestimmten, unterhalb des Maximaldruckwertes liegenden hydraulischen Druckwert entspricht.



   Eine weitere Anwendung des hydraulischen Druckeinstellventils mit elektromagnetischem Stellglied geht aus der Fig. 5 hervor. In die in Fig. 4 bereits vorgesehene Druckleitung 65 ist eine Drossel 85 eingebaut.



  Das an die hydraulische Vorsteuerleitung 73 des Maximaldruckventils 66 angeschlossene hydraulische Druckeinstellventil 71 mit elektromagnetischem Stellglied 72 ist nun nicht mehr mit dem Tank 62, sondern mit der Druckleitung 86 nach der Drossel 85 verbunden. In diese Verbindung von der Druckleitung 86 zum Druckeinstellventil 71 mit dem elektromagnetischen Stellglied 72 ist ein justierbares   Differenzdrucrventi1    81 mit einer Verbindungsleitung 87 vom Druckeinstellventil 71 zu diesem Differenzdruckventil 81 eingeschaltet. Eine Druckeinstellfeder 88 ist im Bereich des Anschlusses der Verbindungsleitung 87 vorgesehen. Gleichzeitig ist die Verbindungsleitung 87 über das Differenzdruckventil 81 mit der Tankleitung 67 verbunden.



   An die beiden Anschlusspunkte 22 und 22' ist die Erregungssteuerung (20, 26) der Magnetspule (2) des elektromagnetischen Stellgliedes 72 angeschaltet.



   Durch diese Vorrichtungsanordnung ist folgende Funktionsweise möglich:
Je nach der durch die Drossel 85 fliessende Hydraulikmenge erfolgt darüber ein bestimmtes Druckgefälle.



  Damit   kann    man weiter sagen, dass umgekehrt ein bestimmtes eingestelltes Druckgefälle einer bestimmten Durchflussmenge entspricht. Nimmt man daher den Druck zwischen der Pumpe und der Drossel am Maximaldruckventil ab und führt diesen einerseits dem hydraulischen Druckeinstellventil 71 mit dem elektromagnetischen Stellglied 72 zu, und führt man anderseits den Druck nach der Drossel 85 als Gegendruck ebenfalls auf dieses hydraulische Druckeinstellventil 71, und erregt man nun das elektromagnetische Stellglied 72 auf einen bestimmten Wert, so wird ein bestimmter Differenzdruck, der im hydraulischen Druckeinstellventil 71 mit dem elektromagnetischen Stellglied 72 vorgesehen ist, geregelt.



   Infolge eines Druckgefälles im Maximaldruckventil 66 bei hydraulischer Vorsteuerung durch die Vorsteuerleitung 73 wird eine bestimmte Einstellung des hydraulischen Druckeinstellventils 71 mit elektromagnetischem Stellglied 72 nicht einer entsprechenden Einstellung des Maximaldruckventils 66 entsprechen.

  Um diesen Nachteil zu beheben, wird in die Verbindung vom hydraulischen Druckeinstellventil 71 zur Druckleitung 86 nach der Drossel 85 das Differenzdruckventil 81 derart eingeschaltet, dass dessen Vorbelastung durch die Feder 88 dem Druckgefälle für die hydraulische Vorsteuerung im Maximaldruckventil 66 in entgegengesetzter Richtung entspricht und dieses Druckgefälle kompensiert wird, d. h. dass dem   Druckgefälle    aus der Druckleitung 65 in die Vorsteuerleitung 73 das gleich grosse Druckgefälle zwischen der Druckleitung 86 und der Verbindungsleitung 87 kompensierend entspricht. Damit wirkt der am Druckeinstellventil 71 durch das elektromagnetische Stellglied 72 eingestellte Druckwert unverfälscht über die Drossel 85.

  Damit wird es möglich, in der elektrischen Steuerung 20, 26 an den beiden Anschlusspunkten 22, 22' eine direkte Eichung in hydraulischen Werten vorzunehmen.



   Mit dieser Schaltung hat man nun eine sehr einfache Mengenregulierung an der Hand. Diese Regulierung kann von irgendeinem beliebigen Orte aus durch eine elektrische Fernsteuerung erfolgen. Dieser elektrischen Fernsteuerung kann ein beliebiges elektrisches Steuerprogramm vorgegeben werden. Damit aber können verschiedenste Durchflussmengen programmgesteuert einem Verbraucher zugeführt werden. Es ist nun auch möglich, anstelle eines Anzeigeinstrumentes gemäss Fig. 1 einen beispielsweise in hydraulischenDruckwerten geeichten veränderlichen Widerstand 26 zu verwenden.



   Als weitere Anwendung ist das hydraulische Druckeinstellventil mit elektromagnetischem Stellglied entsprechend der Fig. 6 in der Schaltung eines hydraulischen Pulsators verwendbar. In einer feststehenden Klemmvorrichtung 91 ist ein auf Wechselbeanspruchung zu untersuchender Prüfling 92 eingespannt. Anderseits ist dieser Prüfling 92 mit einer Klemmvorrichtung 93 eines hydraulischen Pulsators verbunden. Zur Erzeugung der hydraulischen   Pulsationsl;räfte    ist ein Zylinder 95 mit einem darin verschiebbaren Kolben 96 vorgesehen. An eine hydraulische Schaltung nach Fig. 4 ist ein Vierwegeschieber 100 angeschlossen und daran eine Tankleitung 67' und zwei zum Zylinder 95 führende Speiseleitungen 101, 102. An die beiden Anschlusspunkte 22, 22' der Magnetspule (2) ist aber im Gegensatz zu oben ein einstellbarer Frequenzumformer und Taktgeber 105 angeschlossen.

  Dieser erlaubt entsprechend der gewählten Einstellung eine Erregung der Magnetspule (2) des Stellgliedes 72 nach einem bestimmten Sinus-, Sägezahn- oder Rechteck-Impulsprogramm.



  Auch kann dieses Steuergerät für statische Versuche mit einem veränderlichen Gleichstrom ausgang versehen sein.



   Diese Vorrichtungsanordnung erlaubt unter Ausnützung der eigenen Elastizität des Prüflings 92 diesen  mit einer äusserst einfachen hydraulischen Apparatur zu prüfen. Im Gegensatz zu früheren Ausführungen genügt es hier, das gewünschte Programm elektrisch, was ja sehr einfach möglich ist, vorzugeben und der Magnetspule (2) des Stellgliedes 72 am Druckeinstellventil 71 zuzuführen, womit dieses elektrisch vorgegebene Programm in einem hydraulischen Kreis innerhalb sehr enger Toleranzen zur Verfügung steht.



   Es erscheint nun weiterhin selbstverständlich, dass hydraulische Druckregelungsventile mit elektromagnetischem Stellglied gemäss der Erfindung zur wegmässigen Positionierung hydraulischer Verschiebeeinrichtungen Verwendung finden. Dabei wird der zurückgelegte Weg elektrisch abgebildet, zwei elektromagnetischen Stellgliedern von hydraulischen Druckregelungsventilen gemäss der Erfindung zugeführt, und diese übernehmen die Steuerung des hydraulischen Positionierungsschiebers.



   In der Anwendung gemäss Fig. 7 ist ein hydraulisch vorsteuerbares Druckreduzierventil 116 so geschaltet, dass in einer Leitung 111 der unterschiedlich zufliessende Druck herrscht und in der wegführenden Leitung 112 der auf einen bestimmten reduzierten Druck konstant geregelte Druckwert herrscht. Die Festlegung des Druckwerts in der Leitung 112 erfolgt durch die Vorsteuerleitung 113 vom hydraulischen Druckregelungsventil 71 mit elektromagnetischem Stellglied 72 aus.



   Mit dieser Vorrichtungsanordnung wird es möglich, wahlweise oder programmgesteuert festgelegte reduzierte Konstant-Drücke von irgendeinem Orte aus elektrisch festzulegen und diese nachher innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen in einem hydraulischen Kreise reproduzierbar zur Verfügung zu haben.



   An Hand dieser wenigen Beispiele wurde gezeigt, dass mit dem erfindungsgemässen hydraulischen Druckregelungsventil mit elektromagnetischem Stellglied in den verschiedensten Anwendungsgebieten eine bedeutende Vereinfachung gegenüber bestehenden Anlagen erreicht werden kann. Als wesentlich erscheint, dass irgendeinem bestimmten elektrischen Wert ein hestimmter hydraulischer Wert zugeordnet ist, und dass diese hydraulischen Werte innerhalb enger Toleranzen liegen, indem praktisch keinerlei mechanische Reibungen mehr zu überwinden sind und lediglich die Charakteristik des elektromagnetischen Kreises diese Toleranzgrenzen bestimmt.



   PATENTANSPRUCH I
Verfahren zum Regulieren eines Druckes eines Fluidums in praktisch direkter Proportionalität zwischen dem zu regelnden Druck und einem elektrischen Strom durch eine hydraulisch- oder pneumatisch-elektromagnetische Vorrichtung, die zwei beidseits eines Luftspaltes relativ zueinander bewegliche Teile mit magnetischen Polflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile durch den Druck von dem zu regulierenden Fluidum lagebestimmt auseinanderdrückend auf eine Fläche beaufschlagt werden, dass die beiden Teile durch die vom elektrischen Strom bewirkte magnetische Durchflutung im Luftspalt über die Polflächen anziehend magnetisiert werden, und dass praktisch reibungsfreies Gleichgewicht zwischen den durch den Druck auf die Fläche und durch die Durchflutung im Luftspalt über den Polflächen erzeugten Kräften aufrechterhalten wird.



   PATENTANSPRUCH II
Hydraulisches Druckregelungsventil mit einem elektromagnetischen Stellglied zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bestehend aus einem Magnetkern mit in die gleiche Richtung weisenden Polflächen und einer darauf angeordneten Erregungsspule, einem den Polflächen gegenüberliegenden und von und zu diesen beweglich angeordneten Jochanker, einem in fester Verbindung mit dem Magnetkern vorgesehenen Druckmittelanschluss mit einem daran anschliessenden, den Magnetkern durchdringenden Strömungskanal und einem zwischen dem Jochanker und einer Mündung im Strömungskanal angeordneten Verschlusselement, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Polflächen und dem Jochanker ein im wesentlichen konstanter, einen minimalen Wert nicht unterschreitender magnetischer Luftspalt vorgesehen ist,

   das Verschlusselement durch den Jochanker gegenüber der zugehörigen Mündung des Strömungskanals betätigbar und der Jochanker durch das Verschlusselement gegenüber den Polflächen lagebestimmt ist, das Verschlusselement bei stromloser Erregungsspule und druckmittelfreiem Strömungskanal durch höchstens gleich das Eigengewicht des Jochankers schliessend auf der Mündung des Strömungskanals gehalten ist und bei zunehmender elektrischer Erregung durch stärker schliessendes und bei zunehmender Beaufschlagung mit Druckmittel im Strömungskanal durch zunehmend öffnendes, praktisch reibungsfrei und lagebestimmt bewegliches Verhalten des Jochankers beeinflusst wird.



   UNTERANSPRÜCHE
1. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochanker (7, 37) gegenüber dem Elektromagneten (1, 31) durch das Verschlusselement (16, 46), zusammenwirkend mit dem Strömungskanal (13, 45), zentriert ist.



   2. Ventil nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (6, 53) zwischen dem Elektromagneten (1, 31) und dem Jochanker (7, 37) abströmseitig des Verschlusselementes (16, 46) als Strömungsraum für das zu regulierende Druckmedium vorgesehen ist.



   3. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochanker (7, 37) zur Kompensation seines Eigengewichts, und gegenüber dem Elektromagneten (1, 31) beweglich, elastisch lagebestimmt gehalten wird.



   4. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (17) zur elastisch beweglichen Halterung des Jochankers (7, 37) vorgesehen ist.

 

   5. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membrane (47) zur elastisch beweglichen Halterung des Jochankers (37) vorgesehen ist.



   6. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Halterung zur Kompensation des Gewichts des Jochankers (7, 37) vorgesehen ist.



   7. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass derElektromagnet (31) einen E-Kern aufweist, dessen mittlerer Schenkel (33) zur Aufnahme der Magnetspule (2) und des Strömungskanals (45) vorgesehen ist und der Jochanker (37) zur Aufnahme des Ventilkörpers (46) dient.



   8. Ventil nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äussern Schenkel (32, 34) des Kerns des Elektromagneten (31) als ein Ring und die Aus 

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. mit einer äusserst einfachen hydraulischen Apparatur zu prüfen. Im Gegensatz zu früheren Ausführungen genügt es hier, das gewünschte Programm elektrisch, was ja sehr einfach möglich ist, vorzugeben und der Magnetspule (2) des Stellgliedes 72 am Druckeinstellventil 71 zuzuführen, womit dieses elektrisch vorgegebene Programm in einem hydraulischen Kreis innerhalb sehr enger Toleranzen zur Verfügung steht.

   Es erscheint nun weiterhin selbstverständlich, dass hydraulische Druckregelungsventile mit elektromagnetischem Stellglied gemäss der Erfindung zur wegmässigen Positionierung hydraulischer Verschiebeeinrichtungen Verwendung finden. Dabei wird der zurückgelegte Weg elektrisch abgebildet, zwei elektromagnetischen Stellgliedern von hydraulischen Druckregelungsventilen gemäss der Erfindung zugeführt, und diese übernehmen die Steuerung des hydraulischen Positionierungsschiebers.

   In der Anwendung gemäss Fig. 7 ist ein hydraulisch vorsteuerbares Druckreduzierventil 116 so geschaltet, dass in einer Leitung 111 der unterschiedlich zufliessende Druck herrscht und in der wegführenden Leitung 112 der auf einen bestimmten reduzierten Druck konstant geregelte Druckwert herrscht. Die Festlegung des Druckwerts in der Leitung 112 erfolgt durch die Vorsteuerleitung 113 vom hydraulischen Druckregelungsventil 71 mit elektromagnetischem Stellglied 72 aus.

   Mit dieser Vorrichtungsanordnung wird es möglich, wahlweise oder programmgesteuert festgelegte reduzierte Konstant-Drücke von irgendeinem Orte aus elektrisch festzulegen und diese nachher innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen in einem hydraulischen Kreise reproduzierbar zur Verfügung zu haben.

   An Hand dieser wenigen Beispiele wurde gezeigt, dass mit dem erfindungsgemässen hydraulischen Druckregelungsventil mit elektromagnetischem Stellglied in den verschiedensten Anwendungsgebieten eine bedeutende Vereinfachung gegenüber bestehenden Anlagen erreicht werden kann. Als wesentlich erscheint, dass irgendeinem bestimmten elektrischen Wert ein hestimmter hydraulischer Wert zugeordnet ist, und dass diese hydraulischen Werte innerhalb enger Toleranzen liegen, indem praktisch keinerlei mechanische Reibungen mehr zu überwinden sind und lediglich die Charakteristik des elektromagnetischen Kreises diese Toleranzgrenzen bestimmt.

   PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Regulieren eines Druckes eines Fluidums in praktisch direkter Proportionalität zwischen dem zu regelnden Druck und einem elektrischen Strom durch eine hydraulisch- oder pneumatisch-elektromagnetische Vorrichtung, die zwei beidseits eines Luftspaltes relativ zueinander bewegliche Teile mit magnetischen Polflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile durch den Druck von dem zu regulierenden Fluidum lagebestimmt auseinanderdrückend auf eine Fläche beaufschlagt werden, dass die beiden Teile durch die vom elektrischen Strom bewirkte magnetische Durchflutung im Luftspalt über die Polflächen anziehend magnetisiert werden, und dass praktisch reibungsfreies Gleichgewicht zwischen den durch den Druck auf die Fläche und durch die Durchflutung im Luftspalt über den Polflächen erzeugten Kräften aufrechterhalten wird.

   PATENTANSPRUCH II Hydraulisches Druckregelungsventil mit einem elektromagnetischen Stellglied zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bestehend aus einem Magnetkern mit in die gleiche Richtung weisenden Polflächen und einer darauf angeordneten Erregungsspule, einem den Polflächen gegenüberliegenden und von und zu diesen beweglich angeordneten Jochanker, einem in fester Verbindung mit dem Magnetkern vorgesehenen Druckmittelanschluss mit einem daran anschliessenden, den Magnetkern durchdringenden Strömungskanal und einem zwischen dem Jochanker und einer Mündung im Strömungskanal angeordneten Verschlusselement, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Polflächen und dem Jochanker ein im wesentlichen konstanter, einen minimalen Wert nicht unterschreitender magnetischer Luftspalt vorgesehen ist,

   das Verschlusselement durch den Jochanker gegenüber der zugehörigen Mündung des Strömungskanals betätigbar und der Jochanker durch das Verschlusselement gegenüber den Polflächen lagebestimmt ist, das Verschlusselement bei stromloser Erregungsspule und druckmittelfreiem Strömungskanal durch höchstens gleich das Eigengewicht des Jochankers schliessend auf der Mündung des Strömungskanals gehalten ist und bei zunehmender elektrischer Erregung durch stärker schliessendes und bei zunehmender Beaufschlagung mit Druckmittel im Strömungskanal durch zunehmend öffnendes, praktisch reibungsfrei und lagebestimmt bewegliches Verhalten des Jochankers beeinflusst wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochanker (7, 37) gegenüber dem Elektromagneten (1, 31) durch das Verschlusselement (16, 46), zusammenwirkend mit dem Strömungskanal (13, 45), zentriert ist.

   2. Ventil nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (6, 53) zwischen dem Elektromagneten (1, 31) und dem Jochanker (7, 37) abströmseitig des Verschlusselementes (16, 46) als Strömungsraum für das zu regulierende Druckmedium vorgesehen ist.

   3. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochanker (7, 37) zur Kompensation seines Eigengewichts, und gegenüber dem Elektromagneten (1, 31) beweglich, elastisch lagebestimmt gehalten wird.

   4. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (17) zur elastisch beweglichen Halterung des Jochankers (7, 37) vorgesehen ist.

   5. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membrane (47) zur elastisch beweglichen Halterung des Jochankers (37) vorgesehen ist.

   6. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Halterung zur Kompensation des Gewichts des Jochankers (7, 37) vorgesehen ist.

   7. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass derElektromagnet (31) einen E-Kern aufweist, dessen mittlerer Schenkel (33) zur Aufnahme der Magnetspule (2) und des Strömungskanals (45) vorgesehen ist und der Jochanker (37) zur Aufnahme des Ventilkörpers (46) dient.

   8. Ventil nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äussern Schenkel (32, 34) des Kerns des Elektromagneten (31) als ein Ring und die Aus

   sparungen zwischen allen Schenkeln (32, 33; 33, 34) als Ringaussparung zur Aufnahme der Magnetspule (2) ausgebildet sind.

   9. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Jochanker (7, 37) und der Luftspalt (6) zwischen dem Jochanker (7, 37) und dem Elektromagneten (1, 31) unter Freilassung eines Strömungsraumes (35) von einem Gehäuse (5, 41, 51) aus nichtmagnetisierbarem Material druckfest umgeben sind und dass dieses Gehäuse (5, 41, 51) einen hydraulischen Anschluss (15) aufweist.

   10. Ventil nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente (38; 52) zur Gewährleistung eines bestimmten Luftspalts (6) zwischen dem Elektromagneten und dem Jochanker vorgesehen sind.

   PATENTANSPRUCH III Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zum elektrisch gesteuerten Regeln des Druckes eines Fluidums in einem hydraulischen oder pneumatischen Versorgungsnetz, dessen hydraulisch- oder pneumatischelektromagnetische Vorrichtung (71, 72) an eine elektrische Steuervorrichtung (79; 26; 105) angeschlossen ist.

   UNTERANSPRÜCHE 11. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch III, wobei die hydraulisch- oder pneumatisch-elektromagnetische Vorrichtung (71, 72) zuströmseitig vom Vorsteuerdruck eines Maximaldruckventils (66) und abströmseitig vom austrittseitigen Druck einer von dem Maximaldruckventil (66) gesteuerten druckmediumdurchströmten Drossel (85) beaufschlagt wird (Fig. 5).

   12. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch III, wobei die hydraulisch- oder pneumatisch-elektromagnetische Vorrichtung (71, 72) zuströmseitig vom Mediumsdruck im Steuerungsanschluss (113) eines damit verbundenen steuerbaren Druckreduzierventils (116) beaufschlagt wird (Fig. 7).

   13. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch III, mit einem Stromregler (79; 105) als elektrische Steuervorrichtung.

   14. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch III, zum Pulsieren des Druckes des Fluidums in einem hydraulischen Versorgungsnetz mittels eines pulsierend elektrischen Stromes von der elektrischen Steuervorrichtung (105) durch die hydraulisch-elektromagnetische Vorrichtung (71, 72) (Fig. 6).

   15. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuervorrichtung einen in hydraulischen Druckwerten geeichten elektrischen Strommesser aufweist.

   16. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuervorrichtung einen in hydraulischen Druckwerten geeichten veränderlichen elektrischen Widerstand aufweist.