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Drucksteuerventil Die Erfindung betrifft -ein Drucksteuerventil mit
einem von einem Vorsteuerventil beeinflußten Hauptventil und mit einem von einem
elektrofluidischen Wandler angesteuerten Stellkolben, der die Kraft mit welcher
ein von einer Feder belastetes Schließglied des Vorsteuorventils auf seinen Sitz
gedrückt wird in Abhängigkeit eines elektrischen Sollwert-Signals verändert, und
mit einer Rückführung zwischen Stellkolben und elektrofluidischen Wandler.
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Bei einem bekannten Drucksteuerventil dieser Art> ist ein Stellkolben
zum Verändern der Federvorspannung unmittelbar im Gehäuse des Vorsteuerventils angeordnet.
Am gleichen Gehäuse ist ein elektrohydraulischer Prallplattenverstärker angebaut,
dessen Prallplatte über eine als Rückführung dienende Feder mit dem Stellkolben
Wirkverbindung hat. B<i dieser Bauart des Drucksteuerventils eignen sich die
einzelnen Bauelemente kaum für ein Baukastensystem, das vielseitigen Anforderungen
gerecht werden soll; vielmehr sind die Bauelemente speziell an dieses Drucksteuerventil
angepaßt.
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Auch genügt die mechanische Rückführung nicht sehr hohen Anforderungen
an das Drucksteuerentil in Bezug auf die Genauigkeit urd StabilitEt, da eine mechanische
Rückführung kaum in ihrer Charakteristik einstellbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile
ein Drucksteuerventil der genannten Art möglichst einfach so auszubilden, daß seine
wesentlichen Elemente Teile eines B&ukastensystams wilden, die besonders leicht
austauschbar und vielseitig verwendbar sind; außerdem soll das Drucksteuerventil
sehr genau arbeiten.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß daß der Stellkolben
in einem vom Vorsteuerventil getrennten Gehäuse angeordnet ist, an dem auf zwei
einander gegenüberliegenden, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stellkolbens verlaufenden
Seiten des Gehäuses das Vorsteuerventil und ein induktiv arbeitender Wegaufnehmer
angeordnet sind, und daß an einer dritten Seite des Gehäuse der elektrofluidische
Wandler angeflanscht ist.
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Auf diese Weise kann durch Verwendung von bei anderen Ventilen bereits
vorhandenen Bauelementen mit geringem Aufwand ein hohen Ansprüchen genügendes Drucksteuerventil
geschaffen werden, das besonders flexibel ist.
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Besonders vorteilhafte Aus gestaltungen ergeben sich aus den UnteransprAchen,
der Beschreibung sowie der Zeichnung,
Ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung wiedergegeben, deren einzige Figur ein
vorgesteuertes, elektrisch verstellbares Druckbegrenzungsventil zeigt.
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Das Druckbegrenzungsventil 10 besteht im wesentlichen aus einem Hauptventil
11, einem Vorsteuerventil 12, einer Stelleinrichtung 13, einem induktiven Wegaufnehmer
14 sowie einem über einen elektronischen Difforenzverstärker 15 angesteuerten elektrofluidischen
Wandler 16 in Stahlrohrbauart.
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Das Hauptventil 11 hat in einem Gehäuse 17 einen Zulauf 18, in dem
der Druck geregelt werden soll, einen Rücklauf 19, einen Steuerölablauf 20 und einen
mit Einer Drossel 21 versehenen und von einer Hauptfeder 22 belasteten Schieber
23.
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Auf das Gehäuse 17 ist in üblicher Weise das Vorsteuerventil 12 mit
seinem Ventilgehäuse 24 gesetzt, das in seinem Innern ein von einer Feder 25 belastetes
Schließglied 26 aufnimmt.
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Die Feder 25 stützt sich ferner an einem kolbenartigen Spann element
26' ab, das in einer Bohrung 27 des Ventilgehäuses 24 geführt ist. Koaxial zur Bohrung
27 ist außen am Ventilgehäuse 24 auf dessen Verstellseite 28 ein Absatz 29 angedreht.
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Die Stelleinrichtung 13 ist mit ihrem Gehäuse 30, das eine auf einer
ersten Seite 31 zum Absatz 29 passende Ausnehmung 32 aufweist, am Ventilgehäuse
24 angeflanscht. Von der ersten Seite 31 führt eine durchgehende Bohrung 33 zu einer
zweiten Seite 34 des VentilgehRuses 24. Ein in der Bohrung 33 dicht und gleitend
geführter Stellkolben 35 teilt die Bohrung 33 in zwei Druckräume 36, 37, die nach
außen durch Dichtungen 38, 39 abgesperrt sind. Eine zum Stellkolben 35 gehörende
Kolbenstange 41 ist durch beide Dichtungen 38, 39.hindurchgeführt und hat mit einem
Ende auf der ersten Seite 31 des Ventilgehäuses 24 mit dem Spannelement 26' Wirkverbindung.
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Von einer dritten, dem Hauptventil 11 abgewandten Seite 42 des Ventilgehäuses
24 führen zwai Kanäle 43, 44 in die Druckräume 36, 37. Die Kolbenstange 41 steht
mit ihrem
anderen Ende mit einem beweglichen Glied 45 des induktiven
Wegaufnehmers 14 in Wirkverbindung, der an der zweiten Seite 34 angeflanscht ist.
Von einem elektrischen Ausgang 46 des Wegaufnehmers 14 führt eine Leitung 47 zu
einem Eingang 48 des elektrischen Verstärkers 15, an dessen anderem Eingang 51 das
Sollwertsignal eingegeben wird. Ein Ausgang 52 des Verstärkers 15 hat mit dem elektrischen
Eingang 51 des Wandlers 16 Verbindung, dessen beide fluidischen Ausgänge 53, 54
mit den Kanälen 43, 44 verbunden sind. Zur ext ernen Versorgung mit Steueröl ist
der Wandler 16 mit einer Zwischenplatte 55 versehen, an die eine Steuerölzu- und
Ableitung 56, 57 heranführen.
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Sehr vorteilhaft bei vorliegendem Druckbegrenzungsventil ist die gleichachsige
Anordnung von Sparnelement 26', Stellkolben 35 und beweglichem Glied 45, so daß
relativ große Fertigungstoleranzen möglich sind, ohne dadurch Nachteil hinsichtlich
genauer Arbeitsweise in Kauf nehmen zu müssen.
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Bei vorliegender Bauart kann weitgehendst das Vorsteuerventil 12 verwendet
werden, das sonst bei einem Druckbegrenzungsventi:L mit z.B. Handradverstellung
verwendet wird. Der Wegaufnehmer 14 stellt ein handelsübliches und damit äußerst
billiges Bauelement dar, während der Wandler 16 bereits bei üblichen elektrohydraulischen
Servoteilen verwendet wird. Es bedarf somit lediglich einer einfach bauenden, gesonderten
Stelleinrichtung 13, um in Kombination mit vorhandenen, bekannten Bauteilen ein
äußerst hochlfertiges Druckbegrenzungsventil zu bekommen.
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Die Wirkungsweise des Dr uckbegrenzungsventils 10 ist wie folgt kurz
erläutert, wobei die Funktion von hauptventil 11, Vorsteuerventil 12, Wegaufnehmer
14, Verstärker 15 und War,dler 16 für sich als bekannt vorausgesetzt wird. Ein Maß
für den zu steuernden Druck im Zulauf 18 ist die Vorspannung der Feder 25 im Vorsteuerventil
12; deren Vorspannung ist proportional zur Stellung des Stellkolbens 35. Die Lage
des Stellkolbens 35 wird aber proportional zum elektrisch eingegebenen Sollwert
geregelt. Dazu wird ein lageabhängiges Signal vom Wegaufnehmer 14 an den Verstärker
15 gemeldet, vom Sollwert
subtrahiert und ein daraus resultierendes
Differenzsignal verstärkt und modifiziert an den Wandler 16 gegeben. Der Wandler
16 steuert proportional zum eingegebenen, elektrischen Differenzsignal die hydraulischen
Ausgangssignale Druckdifferenz und Steuerölstrom in.den Druckräumen 36 und 37. Hat
der Stellkolben 35 eine dem Sollwertsignal entsprechende Stellung eingenommen, dann
herrscht auch im Zulauf 18 der der jetzt eingestellten Spannung der Feder 25 entsprechende
Druck.
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Um diesen Druck aufrechtzuerhalten, muß der Wandler 16 eine solche
Druckdifferenz an den Stellkolben 35 legen, daß die unter Berücksichtigung der wirksamen
Kolbenfläche sich ergebend Kraft der Kraft der vorgespannten Feder 25 das Gleichgewicht
hält. Daraus geht auch hervor, daß durch Änderung des Durchmessers am Stellkolben
35 die Stelleinrichtung 13 leicht an unterschiedllche Anwendungsfälle anpaßbar ist.
Von besonderem Vorteil ist die elektrische Rückführung mit Verstärkung des Lagefehlersignals,
wodurch das Druckbegrenzungsventil 10 besonders hohen Anforderungen hinsichtlich
Linearität, AnsprechempfindlichkeIt, Hysterese und Dynamik gerecht wird. Ein weiterer
Vorteil der elektrischen Rückführung besteht darin, daß die Kenngrößen des zugehörigen
elektronischen Regelverstärkers 15 - Verstärkung P-,I-,D-Anteil - leicht verstellt
werden können, so daß das Verhalten des Drucksteuerventils auf spezielle Anwendungserfordernisse
optimiert werden kann.
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Selbstverständlich ist der Gegenstand der Erfindung nicht auf das
gezeigte Druckbegrenzungsventil eingeschränkt, sondern auch auf Druckregel- oder
Druckminderventile anwendbar; das Hauptventil 11 kann auch eine Schaltfunktion haben.