DE102012020580A1 - Valve arrangement has main stage with main piston which is designed such that quantity-way characteristic of switching-way valve is hop-free and steady - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve arrangement according to the preamble of patent claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind Proportional-Wegeventile bekannt, deren Ventilkörper neben einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung auch Zwischenstellungen einnehmen können bei denen ein Durchflussquerschnitt nur teilweise geöffnet wird. Damit kann bei einem derartigen Wegeventil eine Durchflussmenge geregelt werden. Nachteilig ist der vorrichtungstechnische Aufwand dieser Wegeventile.Proportional directional valves are known from the prior art, the valve body can occupy intermediate positions in addition to a closed position and an open position in which a flow cross-section is only partially opened. Thus, in such a directional control valve, a flow rate can be regulated. A disadvantage is the device-technical complexity of this way valves.
In der Druckschrift
Weiterhin ist in der
Nachteilig an derartigen ballistischen Ventilen ist, dass sie bei ihren Öffnungen jeweils einen hydraulischen Öffnungsschlag erzeugen, der durch die fortdauernde Wiederholung der Öffnungs- und Schließbewegung bzw. Hubbewegung eine Belastung des angeschlossenen hydraulischen Systems durch Druckspitzen und weiterhin unangenehme Betriebsgeräusche erzeugt.A disadvantage of such ballistic valves is that they produce at their openings in each case a hydraulic opening shock, which generates a load of the connected hydraulic system by pressure peaks and further unpleasant operating noise by the continuous repetition of the opening and closing movement or lifting movement.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung mit einem ballistischen Wegeventil zu schaffen, bei dem Druckspitzen vermieden und dessen Betriebsgeräusche reduziert sind.In contrast, the invention is based on the object to provide a valve assembly with a ballistic directional control valve, avoided in the pressure peaks and the operating noise are reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.This object is achieved by a valve arrangement having the features of patent claim 1 or by the features of
Eine erste Variante der beanspruchten Ventilanordnung hat ein direkt gesteuertes Schalt-Wegeventil, das von einer Hauptstufe mit einem Hauptkolben gebildet ist, und eine Ansteuerelektronik, über die ein elektrischer Puls erzeugbar ist. Durch den Puls wird am Hauptkolben ein Teilhub mit kurzer Dauer erzeugt, dessen Umkehrlage einen Abstand zu einer Endlage oder zu einem Anschlag des Hauptkolbens an einem Hauptgehäuse aufweist. Der Hauptkolben ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass eine Mengen-Wegekennlinie der Hauptstufe sprungfrei und stetig ist. Damit ergeben sich keine Schläge und eine verringerte Belastung des versorgten Systems. Das Wegeventil und das System erzeugen weniger Geräusche.A first variant of the claimed valve arrangement has a directly controlled switching directional valve, which is formed by a main stage with a main piston, and a control electronics, via which an electrical pulse can be generated. By means of the pulse, a partial stroke of short duration is generated on the main piston, the reverse position of which has a distance to an end position or to a stop of the main piston on a main housing. The main piston according to the invention is designed such that a quantity-path characteristic of the main stage is jump-free and continuous. This results in no shocks and a reduced load on the supplied system. The directional control valve and the system produce less noise.
Eine zweite Variante der beanspruchten Ventilanordnung hat ein vorgesteuertes Schalt-Wegeventil, das eine Hauptstufe mit einem Hauptkolben und eine Pilotstufe mit einem Pilotkolben und eine Ansteuerelektronik hat, über die ein elektrischer Puls erzeugbar ist. Durch den Puls wird am Pilotkolben und indirekt am Hauptkolben jeweils ein Teilhub mit kurzer Dauer erzeugt, deren jeweilige Umkehrlage einen Abstand zu einer jeweiligen Endlage oder zu einem Anschlag des jeweiligen Kolbens an einem jeweiligen Gehäuse (Pilotgehäuse bzw. Hauptgehäuse) aufweist. Der Hauptkolben und/oder der Pilotkolben ist bzw. sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass eine Mengen-Wegekennlinie der jeweiligen Stufe sprungfrei und stetig ist. Wenn der Pilotkolben erfindungsgemäß ausgebildet ist, ergeben sich keine Schläge und eine geringere Belastung in der Hauptstufe. Das vorgesteuerte Wegeventil erzeugt weniger Geräusche. Wenn der Hauptkolben erfindungsgemäß ausgebildet ist, ergeben sich keine Schläge und eine verringerte Belastung des versorgten Systems. Das Wegeventil und das versorgte System erzeugen weniger Geräusche. Vorzugsweise sind Pilot- und Hauptstufe erfindungsgemäß ausgebildet, so dass das vorgesteuerte Wegeventil keine Schläge und Stöße erzeugt und minimale Geräusche entwickelt.A second variant of the claimed valve arrangement has a pilot-operated switching directional valve, which has a main stage with a main piston and a pilot stage with a pilot piston and a control electronics, via which an electrical pulse can be generated. By means of the pulse, a partial stroke of short duration is generated on the pilot piston and indirectly on the main piston, the respective reversal position being at a distance from a respective end position or to a stop of the respective piston against a respective housing (pilot housing or main housing). The main piston and / or the pilot piston is or are inventively designed such that a quantity-path characteristic of the respective stage is jump-free and continuous. If the pilot piston is designed according to the invention, there are no impacts and less stress in the main stage. The pilot operated directional control valve generates less noise. If the main piston is formed according to the invention, there are no shocks and a reduced load on the supplied system. The directional control valve and the system supplied produce less noise. Preferably, pilot and main stage are designed according to the invention, so that the pilot operated directional control valve generates no shocks and blows and develops minimal noise.
Bei beiden Varianten der erfindungsgemäßen Ventilanordnung bedeutet „Teilhub”, dass der Kolben nicht in seine Endlage gelangt und die Stufe nicht komplett öffnet. Die „Endlage” ist diejenige Position des Kolbens, die die maximale Öffnung der Stufe bewirkt. „Mengen-Wegekennlinie” ist die Kennlinie des Volumenstroms in Abhängigkeit des Hubs bzw. Weges des Kolbens.In both variants of the valve arrangement according to the invention "partial stroke" means that the piston does not reach its end position and the stage does not open completely. The "end position" is that position of the piston that causes the maximum opening of the stage. "Volume path characteristic" is the characteristic curve of the volume flow as a function of the stroke or travel of the piston.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Hauptstufe ein Schieber-Ventil. Die Mengen-Wegekennlinie kann dann während der ersten Öffnung eine Steigung von 0 haben und danach stetig steigen. Damit sind Stöße während der Öffnung der Hauptstufe und im weiteren Verlauf des Öffnungshubes vermieden.In a preferred embodiment, the main stage is a slide valve. The mass-path characteristic can then during the first opening a Increase from 0 and then steadily increase. This avoids shocks during the opening of the main stage and in the further course of the opening stroke.
Alternativ oder in Ergänzung kann die Pilotstufe (der zweiten Variante) ein Schieber-Ventil sein. Die Mengen-Wegekennlinie kann dann während der ersten Öffnung eine Steigung von 0 haben und danach stetig steigen. Damit sind Stöße während der Öffnung der Pilotstufe und im weiteren Verlauf des Öffnungshubes vermieden.Alternatively or in addition, the pilot stage (the second variant) may be a spool valve. The mass-path characteristic may then have a slope of 0 during the first opening and then increase steadily thereafter. This avoids impacts during the opening of the pilot stage and in the further course of the opening stroke.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist am Pilotkolben und/oder am Hauptkolben zumindest einen Steuerkante ausgebildet, an der ein Konus mit – gegen die Öffnungsrichtung des Kolbens betrachtet – sich stetig verringerndem Querschnitt vorgesehen ist. Der Konus kann als lineare Abschrägung ausgebildet sein. Der Konus kann aber auch in Schnittansicht eine parabelförmige Gestalt besitzen, wobei vom breitesten Abschnitt des Kolbens ausgehend der Abstand zur gedachten Fortsetzung dieses Abschnittes stetig steigend zunimmt.In a preferred embodiment, at least one control edge is formed on the pilot piston and / or on the main piston, on which a cone with - viewed against the opening direction of the piston - constantly decreasing cross-section is provided. The cone may be formed as a linear chamfer. The cone can also have a parabolic shape in sectional view, starting from the widest portion of the piston, the distance to the imaginary continuation of this section increases steadily increasing.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist am Pilotkolben und/oder am Hauptkolben zumindest einen Steuerkante ausgebildet, die von zumindest einer Ausnehmung unterbrochen ist. Die Ausnehmung hat von der Steuerkante ausgehend – in einer Verschieberichtung des Kolbens betrachtet – einen sich stetig verringernden Querschnitt. Zur Querschnittsänderung stehen eine Breite der Ausnehmung (etwa in tangentialer Richtung des Kolbens) und eine Tiefe der Ausnehmung (in radialer Richtung des Kolbens) zur Verfügung. Vorzugsweise sind mehrere am Umfang der Steuerkante und damit am Umfang des Kolbens verteilte Ausnehmungen vorgesehen.In a preferred embodiment, at least one control edge is formed on the pilot piston and / or on the main piston, which is interrupted by at least one recess. Starting from the control edge, viewed from a direction of displacement of the piston, the recess has a continuously decreasing cross-section. For changing the cross section, a width of the recess (approximately in the tangential direction of the piston) and a depth of the recess (in the radial direction of the piston) are available. Preferably, a plurality of recesses provided on the circumference of the control edge and thus on the circumference of the piston are provided.
Wenn der Teilhub kleiner als eine Länge der Ausnehmungen – in Verschieberichtung des Kolbens betrachtet – ist, entsteht auch bei Erreichen der Umkehrlage kein Ringspalt als Öffnungsquerschnitt, sondern das Druckmittel muss während des gesamten Öffnungshubes komplett durch die Ausnehmungen strömen. Dann kann über deren oben beschriebene Querschnittsänderung die gesamte stetige Mengen-Wegekennlinie erzeugt und bestimmt werden.If the partial stroke is smaller than a length of the recesses - viewed in the direction of displacement of the piston - no annular gap is created as the opening cross section even when the reverse position is reached, but the pressure medium must flow completely through the recesses throughout the opening stroke. Then the entire continuous quantity-path characteristic curve can be generated and determined via the above-described change in cross section.
Wenn die erfindungsgemäß stetige Mengen-Wegekennlinie auch bei einem Öffnungshube erhalten bleiben soll, der einen kompletten Ringspalt bzw. Ring als Öffnungsquerschnitt freigibt, müssten die Ausnehmungen derart zahlreich am Umfang der Steuerkante verteilt werden und/oder derart zunehmende Breite aufweisen, dass die Ausnehmungen sich an der Steuerkante berühren bzw. ineinander übergehen.If the invention according to the invention continuous flow path characteristic is to be maintained even at a Öffnungshube that releases a complete annular gap or ring as the opening cross-section, the recesses would have to be distributed so many at the periphery of the control edge and / or have such increasing width, that the recesses on touch the control edge or merge into each other.
Stetige Querschnittsveränderungen lassen sich dadurch realisieren, dass die Ausnehmungen Dreieckskerben oder V-Nuten sind.Continuous cross-sectional changes can be realized in that the recesses are triangular notches or V-grooves.
Bei einem Anwendungsfall (beider Varianten) der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Hauptstufe ein 3/4-Wegeventil, das einen Pumpenanschluss, einen Tankanschluss, und zwei Arbeitsanschlüsse hat. Zwischen dem Pumpenanschluss und jedem Arbeitsanschluss – genauer gesagt zwischen den zugeordneten Druckräumen – ist in einer mittleren Schließstellung des Hauptkolbens jeweils eine positive Überdeckung vorgesehen. Damit ist die erfindungsgemäße Ventilanordnung leckagearm und besonders geeignet für eine Positions- bzw. Lageregelung eines von ihr versorgten Verbrauchers.In one application (both variants) of the valve arrangement according to the invention, the main stage is a 3/4-way valve, which has a pump connection, a tank connection, and two working connections. Between the pump port and each working port - more precisely between the associated pressure chambers - in each case a positive overlap is provided in a middle closed position of the main piston. Thus, the valve assembly according to the invention is low-leakage and particularly suitable for a position or position control of a consumer supplied by her.
Bei einem Anwendungsfall (der zweiten Variante) der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Pilotstufe ein 3/4-Wegeventil, das einen Pumpenanschluss, einen Tankanschluss, und zwei Steueranschlüsse hat, wobei zwischen dem Pumpenanschluss und jedem Steueranschluss – genauer gesagt zwischen den zugeordneten Druckräumen – in einer mittleren Schließstellung des Pilotkolbens jeweils eine negative Überdeckung vorgesehen ist.In one application (the second variant) of the valve assembly according to the invention, the pilot stage is a 3/4-way valve having a pump port, a tank port, and two control ports, wherein between the pump port and each control port - more precisely between the associated pressure chambers - in one Middle closed position of the pilot piston is provided in each case a negative overlap.
Besonders bevorzugt wird eine Kombination der beiden zuletzt genannten Anwendungsfälle. Dabei sind die Steueranschlüsse der Pilotstufe mit jeweiligen stirnseitig am Hauptkolben angeordneten Steuerdruckräumen der Hauptstufe verbunden. Dadurch ergibt sich eine Leckage vom Pumpenanschluss der Pilotstufe zu den Steuerdruckräumen, so dass eine Bewegung des Hauptkolbens (z. B. eine Zentrierung des Hauptkolbens in seiner Grundstellung über Federn) nicht zu einem Leerlaufen der Steuerkanäle führt.Particularly preferred is a combination of the two last-mentioned applications. In this case, the control terminals of the pilot stage are connected to respective frontally arranged on the main piston control pressure chambers of the main stage. This results in a leakage from the pump port of the pilot stage to the control pressure chambers, so that a movement of the main piston (eg., A centering of the main piston in its normal position via springs) does not lead to an idling of the control channels.
Vorzugsweise ist die Mengen-Wegekennlinie eine quadratische Funktion z. B. Q(x) = x2 mit Q = Volumenstrom und x = Hub bzw. Weg.Preferably, the quantity-way characteristic is a quadratic function z. B. Q (x) = x 2 with Q = flow and x = stroke or way.
Die Hauptstufe und/oder die Pilotstufe kann auch ein Sitz-Schieber-Ventil sein.The main stage and / or the pilot stage may also be a seat slide valve.
Die Ventilanordnung ist so ausgelegt und eingestellt, dass eine reproduzierbare Pulsdauer zu einem Teilhub bis zu einem bestimmten Umkehrpunkt und mit einer bestimmten Dauer der Pilotstufe führt. Dadurch gelangt eine so bemessene Menge Steuerdruckmittel zur Hauptstufe, dass diese einen Teilhub bis zu einem bestimmten Umkehrpunkt und mit einer bestimmten Dauer ausführt. Dadurch lässt die erfindungsgemäße Ventilanordnung zu einer reproduzierbaren Pulsdauer eine vorbestimmte Druckmittelmenge durch. So kann z. B. durch einen Teilhub des Pilotkolbens, der 70% seines Kompletthubs beträgt, reproduzierbar ein Teilhub des Hauptkolbens erzeugt werden, der 20% seines Kompletthubs beträgt.The valve assembly is designed and adjusted so that a reproducible pulse duration leads to a partial lift up to a certain reversal point and with a certain duration of the pilot stage. As a result, such a large amount of control pressure fluid reaches the main stage that it performs a partial lift up to a certain reversal point and with a certain duration. As a result, the valve arrangement according to the invention allows a predetermined amount of pressure medium to be transmitted to a reproducible pulse duration. So z. B. by a partial stroke of the pilot piston, which is 70% of its complete stroke, reproducible partial stroke of the main piston are generated, which is 20% of its complete stroke.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen In the following, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to FIGS. Show it
Die Pilotstufe
Jeder Steuerdruckraum
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Ventilanordnung soll zum Beispiel der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A der Hauptstufe
Das vorgesteuerte Schalt-Wegeventil wird gepulst bzw. ballistisch betrieben. Dazu dient ein (nicht gezeigter) Verstärker, der die beiden Pilotenmagneten
Im Zeitverlauf danach wird der Pilotmagnet
Bei einem Öffnungshub (Teilhub oder Kompletthub) des Pilotkolbens
Um ein weiches stoßfreies Anfahren auch im erfindungsgemäßen Pulsbetrieb des versorgten Verbrauchers mit stetiger Geschwindigkeitskurve zu erreichen, sind einerseits zwischen dem Arbeitsanschluss A/B und dem Tankanschluss T und andererseits zwischen dem Arbeitsanschluss A/B und dem Pumpenanschluss P jeweils vier gleichmäßig am Umfang verteilte Ausnehmungen angeordnet, die von Dreiecksnuten bzw. V-Nuten
Offenbart ist eine Ventilanordnung mit einem ballistischen Schalt-Wegeventil, das durch Strompulse wiederholt und kurzzeitig geöffnet wird. Das Schalt-Wegeventil ist entweder (gemäß einer ersten Variante) direkt gesteuert oder (gemäß einer zweiten Variante) vorgesteuert. Eine Hauptstufe und insbesondere ihr Hauptkolben und/oder eine Pilotstufe und insbesondere ihr Pilotkolben sind/ist derart gestaltet und in eine jeweiligen Gehäuse der jeweiligen Stufe bewegbar, dass eine Menge-Wegekennlinie der Stufe stetig ist. Dadurch werden im ballistischen Betrieb Druckstöße innerhalb des Schalt-Wegeventils und/oder in einem von diesem versorgten Verbraucher vermieden.Disclosed is a valve arrangement with a ballistic switching directional valve, which is repeated by current pulses and briefly opened. The switching directional control valve is either directly controlled (according to a first variant) or pilot-controlled (according to a second variant). A main stage and in particular its main piston and / or a pilot stage and in particular its pilot piston are / is designed and movable in a respective housing of the respective stage that a crowd-way characteristic of the stage is continuous. This will be in ballistic operation Pressure surges within the switching way valve and / or avoided in a consumer supplied by this.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hauptstufemain stage
- 22
- Pilotstufepilot stage
- 44
- Pilotkolbenpilot piston
- 66
- Längsachse (der Pilotstufe)Longitudinal axis (pilot stage)
- 88th
- Pilotgehäusepilot case
- 10a10a
- erste Rückstellfeder (der Pilotstufe)first return spring (the pilot stage)
- 10b10b
- zweite Rückstellfeder (der Pilotstufe)second return spring (the pilot stage)
- 12a12a
- erster Pilotmagnetfirst pilot magnet
- 12b12b
- zweiter Pilotmagnetsecond pilot magnet
- 1414
- Hauptgehäusemain body
- 1616
- Längsachse (der Hauptstufe)Longitudinal axis (the main level)
- 1818
- Hauptkolbenmain piston
- 20a20a
- erster Steuerdruckraumfirst control pressure chamber
- 20b20b
- zweiter Steuerdruckraumsecond control pressure chamber
- 22a22a
- erste Rückstellfeder (der Hauptstufe)first return spring (the main stage)
- 22b22b
- zweite Rückstellfeder (der Hauptstufe)second return spring (the main stage)
- 24a24a
- erster Steuerdruckkanalfirst control pressure channel
- 24b24b
- zweite Steuerdruckkanalsecond control pressure channel
- 2626
- kürzerer Pulsshorter pulse
- 2828
- längerer Pulslonger pulse
- 3030
- kleinerer kürzerer Hubsmaller shorter stroke
- 3232
- größerer längerer Hublarger longer stroke
- 3434
- Hub- bzw. Wegverlauf (des Pilotkolbens)Stroke or path (of the pilot piston)
- 3636
- Hub- bzw. Wegverlauf (des Hauptkolbens)Stroke or path (of the main piston)
- 3838
- Teilhub (des Pilotkolbens)Partial lift (of the pilot piston)
- 4040
- Teilhub (des Hauptkolbens)Partial stroke (of the main piston)
- 4242
- Hub- bzw. WegverlaufLift or path
- 4444
- Ausgangslagestarting position
- 4646
- Endlage (des Kolbens)End position (of the piston)
- 4848
- Dichtabschnittsealing portion
- 5050
- Abflachung (des Pilotkolbens)Flattening (of the pilot piston)
- 5252
- Konuscone
- 5454
- V-NutV-groove
- 5656
- Nutgroove
- 5858
- Steuerkante (des Pilotkolbens)Control edge (of the pilot piston)
- 6060
- Steuerkante (des Hauptkolbens)Control edge (of the main piston)
- 6262
- positive Überdeckung (des Hauptkolbens) zwischen A/B und Tpositive coverage (of the main piston) between A / B and T
- 6464
- positive Überdeckung (des Hauptkolbens) zwischen P und A/Bpositive coverage (of the main piston) between P and A / B
- 6666
- Volumenstromflow
- 6868
- Volumenstromflow
- P'P '
- Pumpenanschluss (der Pilotstufe)Pump connection (the pilot stage)
- A', B'A ', B'
- Steuerkanal (der Pilotstufe)Control channel (pilot stage)
- T'T '
- Tankanschluss (der Pilotstufe)Tank connection (the pilot stage)
- PP
- Pumpenanschluss (der Hauptstufe)Pump connection (the main stage)
- A, BA, B
- Arbeitsanschluss (der Hauptstufe)Work connection (the main level)
- TT
- Tankanschluss (der Hauptstufe)Tank connection (the main stage)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102009052285 A1 [0004] DE 102009052285 A1 [0004]
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DE102009052285A1 (en) | 2009-11-09 | 2011-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Digital hydraulic valve stage |
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Also Published As
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