DE2150755B2 - Steuerbares Druckminderventil - Google Patents
Steuerbares DruckminderventilInfo
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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- F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
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- F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
- F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
- F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
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Description
Die Erfindung betrifft ein steuerbares Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung, dessen Steuerkolben
ohne Steuerfeder über einen hydraulischen Verstärker zu verstellen ist und bei dem ein Teilbereich der einen
Stirnseite des Steuerkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist.
Bei einem bekannten Druckminderventil dieser Art wird die der vom Verbraucherdruck beaufschlagten
Stirnseite gegenüberliegende Stirnseite des Steuerkolbens unmittelbar vom Pumpendruck beaufschlagt. Der
den Verbraucherdruck festlegende Steuerdruck wird hierbei auf einen Teilbereich der der vom Pumpendruck
beaufschlagten Stirnfläche gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerkolbens geleitet, so daß die sich
aus der Summe der Produkte aus dem Verbraucherdruck und dem diesem Verbraucherdruck zugeordneten
Teilbereich der Stirnfläche und aus dem Steuerdruck und diesem zugeordneten Restbereich der Stirnfläche
des Steuerkolbens ergebende Kraft der aus dem Produkt aus dem Pumpendruck und der diesem zugeordneten
gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerkolbens sich ergebenden Kraft entgegenwirkt.
Der Steuerkolben ist ausgeglichen, wenn die einander entgegen gerichteten Kräfte gleich sind. Im Falle des
Kräftegleichgewichtes befindet sich der Steuerkolben in der Ausgangsstellung, d. h., der Verbraucher ist von
der Druckmittelquelle und dem Tank getrennt. Auf Grund dieser am Kolben wirkenden Kräfte ergibt sich,
daß mit kleiner werdendem vom hydraulischen Verstärker erzeugten Steuerdruck der sich danach einstellende
Verbraucherdruck steigt und umgekehrt Da bei diesem bekannten Druckminderventil die vom Pumpendruck
beaufschlagte Steuerkolbenstirnfläche genau so groß ist, wie die vom Verbraucherdruck beaufschlagte
Steuerkolbenstirnfläche, ergeben sich für die Ansteuerung des Druckminderventiles Schwierigkeiten,
wenn der Verbraucherdruck gleich dem Λιπιρεη
druck sein soll. In diesem Falle muß der Steuerdruck den Wert Null erreichen, was praktisch nur durch Ab
sperren der Steuerflüssigkeit durch den hydraulischen Verstärker durchführbar ist. Dies läßt sich nur mit er
I.eblichem technischem Aufwand bewerkstelligen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein servogesteuertes Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung
unter Verwendung eines hydraulischen Verstärkers als Servoteil zu schaffen, bei dem unter Ausnutzung de?
gesamten Regelbereiches des hydraulischen Verstär kers jeder Druck zwischen dem Wert Null und dem
Pumpendruck mit einfachen Mitteln sicher einzustellen ist.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dall
der Steuerkolben zu beiden Seiten von von einem sym metrischen hydraulischen Verstärker erzeugten Drükken
beaufschlagt isU die in an sich bekannter Weise in einer von der Nullstellung des Verstärkers abweichen
den Steuerstellung voneinander verschiedene Größen aufweisen und daß die von der Steuerflüssigkeit des hy
draulischen Verstärkers beaufschlagten einander gegenüberliegenden wirksamen Flächen des Steuerkolbens
voneinander abweichende Größe aufweisen, wo bei die kleinere der beiden wirksamen Flächen des
Steuerkolbens auf der Seite liegt, auf der der vom Ver braucherdruck beaufschlagte Teilbereich der Stirnfläche
des Steuerkolbens liegt.
Dadurch, daß die eine Stirnfläche des Steuerkolbens nicht mehr unmittelbar vorn Puiapendruck, sondern
von dem einen Steuerdruck des hydraulischen Verstärkers beaufschlagt ist, läßt sich infolge der vom hydraulischen
Verstärker bewirkten am Steuerkolben wirkenden Druckdifferenz in Verbindung mit dem am Steuerkolben
wirkenden Verbraucherdruck eine genaue Festlegung des Verbraucherdruckes durchführen, und zwar
unabhängig von der gewählten Größe. Dies gilt insbesondere für den Wert Null und dem dem Pumpendruck
entsprechenden Größtwert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich eine Änderung des Pumpendrukkes
wertmäßig nur zur Hälfte auf den Verbraucheraruck auswirken kann. Es sind an sich Druckminderventile
in 3-Wege-Ausführung bekannt, deren Steuerkolben ebenfalls von einer von einem hydraulischen
Verstärker bewirkten Druckdifferenz angesteuert werden. Diese Druckdifferenz wirkt jedoch mit einer den
Steuerkolben in Öffnungsrichtung belastenden Regelfeder zusammen. Die Verwendung einer Regelfeder hat
den Nachteil, daß der eingestellte Verbraucherdruck stark von der Größe des Arbeitsmittelslromes abhängig
ist. Im Bereich der Strömungsrichtungsumkehr des Arbeitsmitteis tritt sogar eine sprunghafte Änderung
des eingestellten Verbraucherdruckes auf. Bei einem ausschließlich vom Steuer- und Verbraucherdruck beaufschlagten
Steuerkolben fällt die Abhängigkeit des eingestellten Minder- bzw. Regeldruckes von der Größe
des Arbeitsmittelstromes praktisch nicht ins Gewicht. Hinzu kommt, daß auch eine größere Steuerkantenübercleckung
des Steuerkolbens die Kennlinie nicht beeinflußt. Dadurch läßt sich der Steuerflüssigkeitsbedarf
besonders klein halten.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wirken die
Steuerkanten des Steuerkolbens jeweils mit einer oder mehreren Durchbrechungen in der Führungsbohrung
für den Steuerkolben als Steueröffnungen zusammen. Damit ergibt sich gegenüber einem ringförmigen Querschnitt als Steueröffnung der Vorteil, daß ein längerer
Hub des Steuerkolbens für eine bestimmte Arheitsmittelmenge erforderlich ist. Dies wirkt sich insbesondere
günstig auf eine stabile Druckeinstellung aus. Für die Fertigung kann es auch vorteilhaft sein, die Durchbrechungen am Steuerkolben vorzusehen, die in diesem
Falle mit einer kreisförmigen Steuerkante an der Führungsbohrung für den Steuerkolben im Ventilgehäuse
zusammenwirken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt
In der einzigen Figur ist mit 1 der Steuerkolben bezeichnet,
der in einer Gehäusebohrung 2 geführt ist. Der Steuerkolben weist eine umlaufende Nut 3 auf, in
deren Bereich die mit dem Verbraucher V in verbindung
siehende Leitung 4 einmündet Die umlaufende Steuerkante ta des Steuerkolbens wirkt mit den Durchbrechungen
5 zum über die Leitung 6 mit dem Tank T in Verbindung stehenden umlaufenden Gehäuseraum 7
zusammen. Die umlaufende Steuerkante lödes Steuerkolbens
wirkt mit den Durchbrechungen 8 des umlaufenden mit der Druckmittelquelle P über die Leitung 9
in Verbindung stehenden Gehäuseraum 10 zusammen. In der gezeigten Ausgangsstellung des Steuerkolbens 1
ist der Verbraucher V sowohl vom Tank Tals auch von der Druckmittelquelle P getrennt. Der Steuerkolben 1
weist auf der einen Seile eine zylindrische Verlängerung Ic geringeren Durchmessers auf, die in einer entsprechenden
Gehäusebohrung 11 geführt ist. Der Steuerkolbenraum 12 steht über die Leitung 13 mit der
Strahldüse 14 und der ringförmige Steuerkolbenraum 15 steht über die Leitung 16 mit der zum Verbraucher
V führenden Leitung 4 in Verbindung und der von der Steuerkolben Verlängerung Ic begrenzte Steueiraum 17
steht über die Leitung 18 mit der Strahldüse 19 in Verbindung. Die beiden Strahldüsen 14 und 19 stehen ihrerseits
mit einer Prallplatte 20 in Wirkverbindung, deren Abstand zu den Düsenöffnungen 14a bzw. 19a von
einem nicht gezeigten beispielsweise elektrischen SH!-
magneten als Anstellantrieb veränderbar ist. Von dem über die Leitung 9 mit aer Druckmittelquelle P verbundenen
Ringraum 10 führt eine Leitung 21 zu den miteinander verbundenen Abzweigleitungsabschnitten 13a
bzw. 13a. In dem Abzwr;igleitungsabschnitt 13a ist eine feststehei.de Düse 22 und in dem Abzweigleitungsabschnitt
18a eine feststehende Düse 23 angeordnet. Diese feststehenden Düsen bilden in Verbindung mit den
Strahldüsen 14, 19 und der Prallplatte 20, sowie deren nicht gezeigtem Anstellantrieb den symmetrischen hydraulischen
Verstärker.
In der gezeigten Ausgangsstellung der Prallplatte 20 ist deren Abstand zu den Strahldüsenaustritten 14a
bzw. 19a gleich groß. Der sich hierbei ergebende ringförmige
Drosselquerschnitt zwischen der Prallplatte und dem Düsenaustritt 14a bzw. 19a ist ebenso groß,
wie der Drosselquerschnitt der feststehenden Drossel 22 und 23. Dadurch stellt sich in den Leitungen 13 und
18 genau der halbe Druck des in der Verbindungsleitung 21 herrschenden Pumpendruckes ein, so daß auch
im Steuerkolbenraum 12, sowie im Raum 17 der halbe Pumpendruck wirkt. Da die den Steuerkolbenraum 12
begrenzende stirnseitigt- Steuerkolbenfläche \dgrößer
ist, als die den Raum 17 begrenzende stirnseitige Fläche Ie der Steuerkolbenverlängerung Xc, bewegt sich der
Steuei kolben 1 zunächst in Richtung des Rau.nes 17 und verbindet über die Durchbrechungen 8 die Druckmittelquelle P mit dem Verbraucher V. Sobald der Verbraucherdruck, der auf die Ringfläche !/"des Steuerkolbens wirkt, so weit angestiegen ist, daß er dem halben
Pumpendruck entspricht, ist der Steuerkolben 1 krättemäßig ausgeglichen. Ein weiterer Anstieg des Verbraucherdruckes würde sofort ein Schließen des
Steuerkolbens 1 zur Folge haben und gegebenenfalls ein öffnen der Tankseite T mit dem Verbraucher V
bewirken Wird beispielsweise über einen elektrischen Stellmagneten die Prallplatte 20 aus ihrer gezeigten
Ausgangslage um einen bestimmten Betrag beispielsweise in Richtung der Strahldüse 19 versShwenkt, erhöht sich der Druck in der Leitung 18, während er sich
um den gleichen Betrag in der Leitung 13 verringert Das damit verbundene auf den Steuerkolben 1 wirkende
Druckungleichgewicht verschiebt den Steuerkolben in Richtung des Kolbenraumes i'X so daß eine Verbindung
des Verbrauchers V mit den. Tank T über die Durchbrechungen 5 freigegeben wird. Die damit verbundene
Druckabsenkung im Verbraucher wirkt sich über die Abzweigleitung 16 auch in dem Raum 15 aus.
so daß die Ringfläche l/"des Steuerkolbens 1 mit diesem
geringeren Verbraucherdruck beaufschlagt wird. Sobald der Verbraucherdruck so weit abgesunken ist,
daß die Summe der Produkte ans der ringförmigen Steuerkolbenfläche 1/und dem Verbraucherdruck und
der Fläche Ie der Steuerkolben Verlängerung Ic und dem Steuerdruck in der Steuerleitung 18 mit dem Produkt
aus der Stirnfläche Xddes Steuerkolbens und dem
Steuerdruck in der Steuerleitung 13 gleich ist, ist der Steuerkolben kräftemäßig wieder ausgeglichen und
trennt bei einem weiteren Absinken des Verbraucherdruckes den Verbraucher V wieder vom Tank. Mit Erreichen
der gezeigten Ausgangsstellung des Steuerkolbens 1 ist der Regelvorgang beendet und der neue Verbraucherdruck
eingestellt. Wird die Prallplatte 20 in Richtung der Strahldüse 14 verschwenkt, steigt der
Druck in der Steuerleitung 13. während er in der Steuerleitung 18 um denselben Betrag abnimmt. Das
damit am Steuerkolben 1 wirkende Druckungleichgewicht verschiebt, diesen in Richtung des Raumes 17, so
daß der Verbraucher mit der Druckmittelquelle P verbunden wird. Der damit verbundene Druckanstieg im
Verbraucher V pflanzt sich über die Abzweigleitung 16 in den ringförmigen Steuerkolbenraum 15 fort und beaufschlagt
dort die Ringfläche \f. Sobald dar Verbraucherdruck so weit angestiegen ist, daß der Steuerkolben
1 wieder kräftemäßig ausgeglichen ist. verschiebt er sich bei einem weiteren Druckanstieg des
Verbrauchers ir> Richtung des Kolbenraumes 12 und
trennt in der gezeigten Ausgangsstellung die Druckmittelquelle P vom Verbraucher V, so daß ein weiterer
Druckanstieg im Verbraucher wirkungsvoll unterbunden ist.
Dadurch, daß das Arbeitsmittel von der Druckmittelquelle P über die Durchbrechungen 8 von dem ringförmigen
Gehäuseraum 10 in den von der umlaufenden Nut des Steuerkolbens gebildeten Kammer einströmt
und vom Verbraucher V über die Durchbrechungen 5 in den mit dem Tank Γ verbundenen Gehäuseraum 7
abströmt, wirken am Steuerkolben nur kleine Strömungskräfte, so daß sich nur eine geringe Abhängigkeit
des Regeldruckes von der durchströmenden Arbeitsmittelmenge ergibt. Je kleiner der freie Gesamtquerschnitt
dieser Durchbrechungen bezogen auf einen be-
stimmten Hub des Steuerkolbens gewählt wird, auf einen um so größeren Hub muß sich der Steuerkolben
einstellen, um eine bestimmte Arbeitsmittelmenge passieren zu lassen und um so kleiner sind die am Steuerkolben
wirkenden Strömungskräfte.
Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführungsbeispiel gebunden, insbesondere kann aus der Steuerleitung
18 der Steuerdruck auch in den ringförmigen Steuerkolbenraum 15 und der Verbraucherdruck über
die Abzweigleitung 16 in den Raum 17 geleitet werden, ohne die Funktion des Druckminderventils zu beeinträchtigen.
Auch das Verhältnis zwischen der Ringfläche if und der Stirnfläche leder Steuerkolbenverlängerung
Ic kann ohne die Wirkungsweise des Druckminderventils
zu verändern, den Gegebenheiten, insbesondere der Leistung des die erste Stufe bildenden hydraulischen
Verstärkers angepaßt werden. Je größer der Durchmesser der Stirnfläche Ie der Steuerkolbenverlängerung
Ic gewählt wird, um so kleiner wird zwangläufig die Ringfläche if, so daß sich der diese
Ringfläche \f beaufschlagende Verbraucherdruck nur gering auf die Regelung auswirken kann. Dadurch wird
es ermöglicht, mit einem wesentlich geringeren vom hydraulischen Verstärker bewirkten Differenzdruck
den Verbraucherdruck von seinem Minimalwert auf
ίο seinen Größtwert auszuregeln. Bei voller Ausnutzung
des Regelbereiches des hydraulischen Verstärkers läßt sich bei kleinem erforderlichem maximalem Differenzdruck,
der Verstärkungsfaktor der hydraulischen Verstärkung des auf die Prallplatte 20 wirkenden Eingangssignals
entsprechend erhöhen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Steuerbares Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung,
dessen Steuerkolben ohne Steuerfeder über einen hydraulischen Verstärker zu verstellen
ist und bei dem ein Teilbereich der einen Stirnseite des Steuerkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (1) zu beiden Seiten (\d, Ie) von
von einem symmetrischen hydraulischen Verstärker (14, 19, 20, 22, 23) erzeugten Drücken beaufschlagt
ist. die in an sich bekannter Weise in einer von der Nullstellung des Verstärkers abweichenden Steuerstellung voneinander verschiedene Größe aufwei-
sen und daß die von der Steuerflüssigkeit des hydraulischen Verstärkers beaufschlagten einander
gegenüberliegenden wirksamen Flächen (id, ie) des Steuerkolbens (1) voneinander abweichende Größe
aufweisen, wobei die kleinere (Ie) der beiden wirksamen
Flächen des Steuerkolbens auf der Seite liegt, auf der der vom Verbraucherdruck (V) beaufschlagte
Teilbereich (1/) der Stirnfläche des Steuerkolbens (1) liegt.
2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (la, Ib) des
Steuerkolbens (1) jeweils mit einer oder mehrerer. Durchbrechursen (5, 8) in der Führungsbohrung (2)
für den Steuerkolben als Steueröffnungen zusammenwirken.
3. Druckminderventil nRch Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß Durchbrechungen am Steuerkolben (1) vorgesehen sind, die mn einer ringförmigen
Steuerkante der Führungsbohrung (2) zusammenwirken.
Priority Applications (2)
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ID=5822109
Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |