DE2023504C3 - Elektromagnetisch betätigtes hydraulisches Steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes hydraulisches Steuerventil, mit einem Nuten und Bunde aufweisenden Kolbenschieber, der über entsprechende Ausnehmungen im Lieuerventilgehiiuse die Arbeitsverbindungen von einer Druckmittelquelle zu einem doppeltwirkenden Servomotor herstellt bzw. unterbricht, wobei der Kolbenschieber zwei Arbeitsstel lungen aufweist und auf seiner einen Stirnseite mit einer Feder derart vorgespannt ist, daß er durch über Düsen erfolgende Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung einer an seiner anderen Stirnseite befindlichen Druckkammer in die Arbeitsstellungen bringbar ist, die über eine in sie einmündende Hauptdüse mit der Druckmittelquelle und mit einer Entlastungsdüse verbunden ist, die durch den Elektromagneten schließbar ist und einen größeren Querschnitt aufweist als die Hauptdüse.

In dem »Catalog 740« der Firma MOOG Inc. ist ein Steuerventil dieser Art angegeben. Bei diesem bekjinn ten Steuerventil bleibt die Zufuhr von Druckmittel zur Druckkammer über die Hauptdüse stets auch dann aufrechterhalten, wenn die Entlastungsdüse geöffnet: ist. Dadurch tritt ein erheblicher Energieverlust auf, da iiiber die Entlastungsdüse ungehindert abgefördert wird. Falls zur Verminderung derartiger Verluste die Hauptdüse für eine besonders starke Drosselung ausgelegt viird, ergibt dies eine entsprechend starke Verlängerung der Ansprechzeit beim Schließen der Entlastungsdüse. PaIIs andererseits zur Verminderung der Verluste eine bei diesem bekannten Steuerventil der Entlastungsdüse nachgeschaltete Dämpfungsdüse zu stärkerer DroKselwirkung ausgelegt wird, verlängert sich dementsprechend die Ansprechzeit des Ventils beim Öffnen der Entlastungsdüse.

Ein in der US-PS 26 25 136 beschriebenes Steuerventil hat einen dem vorstehend genannten bekannten Steuerventil ähnlichen Aufbau. Bei diesem Steusrvuntil jind jedoGh die zur Druckkammer führende Hauptdüse und die ungedrosselt zum Rücklauf führende gesteuerte Entlastungsdüse über eine gemeinsame Vorkammer und eine gemeinsame Strömungsdrossel an die Druckmittelquelle angeschlossen. Auch hierbei ergibt sich entweder ein erheblicher Energieverlust bei offener Entlastungsdüse oder bei zur Verminderung des Verlustes verengter Strömungsdrossel eine Verlängerung der Ansprechzeit

In der US-PS 22 6! 827 ist ein pneumatisches Steuerventil beschrieben, bei dem ein Kolbenschieber in zwei einander entgegengesetzt liegende Steuerstellungen bewegbar ist Der Kolbenschieber ist dabei in eine der Stcuerstellungen mittels einer an einer Stirnseite angebrachten Druckfeder vorgespannt, während er jjurch Druckaufbau in einer an seiner anderen Stirnseite ausgebildeten Druckkammer gegen die Kraft der Druckfeder bewegbar ist Die Druckkammer wird über einen durch Spiel zwischen der den Kolbenschieber aufnehmenden Bohrung und dem Kolbenschieber gebildeten Einlaß mit Druckmittel, d. h. in diesem Fall mit Druckluft gespeist Zur Verstellung des Steuerventils wird der Druck in der Druckkammer mittels einer aus der Druckkammer ins Freie führenden verstellbaren Entlastungsdüse gesteuert Abgesehen davon, daß bei diesem bekannten pneumatischen Steuerventil die genaue Festlegung des durch das Spiel zwischen dem Kolbenschieber und der Bohrung gebildeten Einlaßquerschnitts schwierig ist, tritt auch hierbei bei offener Entlastungsdüse ein erheblicher Energieverlust oder aber bei zur Verlustverminderung verkleinertem Ein-Iaßquerschnitt eine Ansprechzeitverlängerung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, bei dem ohne Verschlechterung der Ansprecheigenschaften des Steuerventils die Druckmittelverluste bei offener Entlastungsdüse verringert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Mitteln gelöst
Bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil ist folglich der von der Druckmittelquelle zur Druckkammer führenden Hauptdüse eine ständig offene Hilfsdrossel parallel geschaltet Die Hauptdüse ist dabei mittels des Kolbenschiebers in dessen Stellung bei offener Entlastungsdüse verschließbar, welche unter öfmungssteue-

■45 rung durch den Elektromagneten aus der Druckkammer zu einem Druckmittel-Rücklauf führt. Bei offener Entlastungsdüse ist aufgrund des Schließens der Hauptdüse daher nur die Hilfsdrossel vorgeschaltet, so daß daher der Druckmittelabfluß und damit der Energieverlust verringert ist. Wenn nun die Entlastungsdüse geschlossen wird, wird schon bei ganz geringem Druckaufbau in der Druckkammer über die offene Hilfsdrossel die Hauptdüse geöffnet, über die dann das Druckmittel der Druckkammer sehr schnell zugeführt wird, so daß das Steuerventil schnell anspricht. Zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit kann hierbei der Öffnungsquerschnitt der Hauptdüse relativ groß gewählt sein, da diese keinen Einfluß auf Druckmittelverluste bei offener Entlastungsdüse hat. Ferner kann auch zur Verkürzung der Ansprechzeit des Steuerventils beim öffnen der Entlastungsdüse der Querschnitt derselben relativ groß gewählt werden, da die Druckmittelverluste bei offener Entlastungsdüse letztlich durch die Drosselwirkung der Hilfsdrossel bestimmt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung erläutert

Der Hydraulikkreis, in dem das hydraulische Steuerventil eingeschaltet ist, besteht aus drei zusammenwirkenden Einheiten, nämlich einer Schieberventileinheit to, einer Schneidvorrichtung 11, die zur Aktivierung und damit Steuerung der Schiebeventileinheit 10 entsprechend dem gewünschten Arbeitseinsatz dient, und einem doppeltwirkenden Servomotor 12.

Die Schiebe ,cntileinheit 10 besitzt einen Kolbenschieber 13, der sich in einem Gehäuse 14 befindet Das Gehäuse 14 des Servoventil ist mit einem zyünderisehen Hohlraum 15 versehen, in dem der Kolbenschieber 13 verschiebbar ist Der Hohlraum 15 hat mehrere öffnungen 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23. Der Kolbenschieber 13 hat Bunde 24, 25 und 26, diese trennende Nuten 27 und 28 und ein im Durchmesser verringertes Ende 29. Zwischen dem Bund 24 und der ihm gegenüberliegenden Endwand 15a des Hohlraums 15 befindet sich auf der Seite des im Durchmesser verringerten Endes des Kolbenschiebers 13 eine Druckfeder 30, wodurch der Kolbenschieber 13 stets von der Endwand 15a des Hohlraums weggedrückt wird. Der Druck der Feder 30 ist so bestimmt, daß er einen vorbestimmten Strömungsmitteldruck überwindet, der auf den Bund 26 wirkt

Die öffnungen 17 und 19 stehen über Zweigleitungen 31a und 31b mit einer Flüssigkeitseintrittsleitung 31. während die öffnungen 16 und 18 über Zweigleitungen 32a und 326 mit einer Flüssigkeitsaustrittsleitung 32 in Verbindung stehen. Die öffnung 23 ist mit einem ölsumpf (nicht gezeigt) verbunden. Im Bedarfsfall kann irgendwo in der Zweigleitung 316 gemäß Darstellung ein Ölfilter 33 vorgesehen sein.

Zwischen der Öffnung 19 und dem Bund 26 wird eine Druckkammer 34 gebildet, die mit der öffnung 20 in Verbindung steht Die öffnung 20 ihrerseits ist mit einer Leitung 35 verbunden, die über eine Entlastungsdüse 36 zur Außenseite offen ist. Zwischen der öffnung 19 und der Druckkammer 34 befindet sich eine Hauptdüse 37. Die Druckkammer 34 steht ferner über eine Hilfsdrossel

38 mit der Zweigleitung 31 b in Verbindung. Die Entlastungsdüse 36 ist in ihrem wirksamen

Querschnitt größer als die Hauptdüse 37.

Wird der Kolbenschieber 13 in der der Endwand 15a am nächsten gelegenen Stellung gehalten, so steht die öffnung 16 über die Nut 27 mit der Öffnung 22 und die öffnung 17 über die Nut 28 mit der öffnung 21 in Verbindung, während die öffnung 18 geschlossen ist. Wird der Kolbenschieber 13 dagegen in die von der Endwand 15a am weitesten entfernt gelegene Stellung bewegt, so wird die Flüssigkeitsverbindung zwischen den öffnungen 16 und 22 sowie zwischen den öffnungen 17 und 21 gesperrt, während die öffnungen 17 und 22 jowie die öffnungen 18 und 21 jeweils miteinander in Verbindung treten.

Der doppeltwirkende Servomotor 12 ist als Hydrozy· linder ausgebildet und weist im Gehäuse 40 den Zylinder

39 und den mit der Kolbenstange 41a verbundenen Kolben 41 auf. Dieser unterteilt den Zylinder 39 in die Kammern 42 und 43, wobei die Kammer 42 mit der Arbeitsöffnung 42a und die Kammer 43 mit der Arbeitsöffnung 43a versehen ist. Die Kolbenstange 41a Und damit der Kolben 41 ist an ein Betätigungsglied eines Betriebselements (nicht gezeigt) angeschlossen.

Die Soienoidvervichtung 11 zur Steuerung der Schiebeventileinheit 10 hat wie gewöhnlich eine in einem Gehäuse 45 untergebrachte Solenoidspule 44, die an eine (nicht gezeigte) elektrische Energiequelle angeschlossen ist; ferner ist als Anker ein beweglicher Kern 46 vorgesehen, der von der Solenoidspule 44 umgeben ist Der bewegliche Kern 46 besitzt an einer Seite einen Ventilkopf 46a, der mit seiner Stirnfläche der Entlastungsdüse 36 der Leitung 35 der Schiebeventileinheit 10 zugewandt ist Zwischen dem beweglichen Kern 46 und einem im Gehäuse 45 ausgebildeten Federsitz 48 befindet sich eine Druckfeder 47, wodurch der bewegliche Kern und dementsprechend der Ventilkopf 46a normalerweise in der rückgezogenen Stellung, d. h. im Abstand von der Entlastungsdüse 36 gehalten werden, so daß diese zur Atmosphäre offen ist

Wird die Solenoidvorrichtung 11 durch Erregen der Solenoidspule 44 betätigt, bewegt sich der bewegliche Kern 46 gegen die Wirkung der Druckfeder 47 vor, so daß der Ventilkopf 46a die Entlastungsdüse 36 schließt. Bei geschlossener Entlastungsdüse 36 steigt der Druck in der Druckkammer 34 an, die mit der Leitung 35 verbunden ist Der Kolbenschieber 13 wird in seine eine äußerste Stellung, d. h. gegen die Wi- ..,/ng der Feder 30 in Richtung auf die Endwand 15a bewejt bis das im Durchmesser verminderte Ende 29 des Kolbenschieber 13 die Endwand 15a berührt. In dieser Stellung steht die öffnung 17 über die zwischen den Bunden 25 und 26 befindliche Nut 28 mit der öffnung 21 in Verbindung, so daß das Druckmittel aus der Eintrittsleitung 31 über die öffnung 42a in die Kammer 42 des Servomotors gelangt, wie es durch einen ausgezogenen Pfeil dargestellt ist, und der Kolben 41 ir. Richtung des ausgezogenen Pfeils bewegt wird. Die Flüssigkeit in der Kammer 43 strömt dann über die öffnungen 43a und 22 in die Nut 27, wie es durch ausgezogenen Pfeil angedeutet ist, und fließt durch die öffnung 16 und die Austrittszweigleitung 32a ab.

Wird die Solenoidspule 44 entregt, so wird der bewegliche Kern 46 rückgezogen, so daß sich der Ventilkopf 46a von der Entlastungsdüse 36 abhebt. Es kann somit die Flüssigkeit aus der Zweigleitung 3iZ>, die von der Eintrittsleitung 31 kommt, durch die Hauptdüse 37 in die Druckkammer 34 strömen. Da die Hauptdüse 37 i:. ihrem Wirkquerschnitt kleiner als die Entlastungsdüse 36 bemessen ist, nimmt der Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 34 mit dem FlüssigkeitsabfluQ aus der Leitung 35 ab. In diesem Zustand überwindet die Kraft der Feder 31 den Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 34, so daß sich der Kolbenschieber 13 von der Endwand 15a zur anderen äußersten Stellung bewegt. Die öffnung 17 tritt dann mit der öffnung 22 in Verbindung, so daß die Flüssigkeit über die Zweigleitung 31a und die Nut 27 zur Kammer 43 des Servomotors 12 gelangt, wie es durch unterbrochenen Pfeil angedeutet ist, und der Kolben 41 in Richtung des unterb^rünhenen Pfeils bewegt wird. Die Flüssigkeit in der Kammer 42 gelangt über die öffnungen 42a und 21 zur Nut 28, wie es durch unterbrochenen Pfeil angedeutet ist, und strömt durch die öffnung 18 und die Leitung 32b ab. In dieser Arbeitsstellung verschließt der Kolbenschieber IS durch die Stirnfläche die Hauptdüse 37. Dadurch kan.i die in der Zweigleitung 31 b befindliche Flüssigkeit nicht mehr durch die öffnung 19 in die Druckkammer 34 eintreten, so daß Vergeudung an Flüssigkeit verhindert wird. Damit die Flüssigkeit aus der Leitung 310 in die Kammer 34 eintreten kann, wenn die Entlastungsdüse 36 durch den Ventilkopf 46a «in zweites Mal geschlossen wird, um den Kolbenschieber 13 erneut in die zuerst beschriebene Arbeitsstellung zu bringen, ist zwischen der Leitung 31b und der Kammer 34 die HilfsHfossel vorgesehen. Durch diese Drossel 38 wird stets eine begrenzte Flüssigkeitsmentre und damit

Druck von der Leitung 316 zur Kammer 34 übertragen. Wird die Entlastungsdüse 36 durch den Ventilkopf 46a geschlossen, während die Hauptdüse 37 gleichzeitig durch die Stirnseite des Kolbenschiebers 13 geschlossen ist, steigt demzufolge der Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 34 in Abhängigkeit Von der durch die Drossel 38 zuströmenden Flüssigkeit Dementsprechend wird schließlich der Kolbenschieber 13 etwas von der Hauptdüse 37 abgehoben, so daß die Flüssigkeit wieder durch die Öffnung 19 in die Druckkammer 34 eintreten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromagnetisch betätigtes hydraulisches Steuerventil, mit einem Nuten und Bunde aufweisenden Kolbenschieber, der über entsprechende Ausnehmungen im Steuerventilgehäuse die Arbeitsverbindungen von einer Druckmittelquelle zu einem doppeltwirkenden Servomotor herstellt bzw. unterbricht, wobei der Kolbenschieber zwei Arbeitsstellungen aufweist und auf seiner einen Stirnseite mit einer Feder derart vorgespannt ist, daß er durch über Düsen erfolgende Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung einer an seiner anderen Stirnseite befindlichen Druckkammer in die Arbeitsstellungen bringbar ist, die über eine in sie einmündende Hauptdüse mit der Druckmittelquelle und mit einer Entlastungsdüse verbunden ist, die durch den Elektromagi-eten schließbar ist und einen gröilieren '"^uerschnitl süfvysist ä!s die Hsuntdöss d«»«i l« rch gekennzeichnet, daß die Hauptdüse (37) auf die betreffende Stirnseite des Kolbenschiebers (13) gerichtet und von dieser Stirnseite schließbar ist und daß in die Druckkammer (34) eine ebenfalls am die Druckmittelquelle angeschlossene Hilfsdrossel (38) mündet.