DE2531022A1 - Electromagnetically operated pressure limiter valve - has set control connected to piston and exposed to opposing pressure forces - Google Patents

Electromagnetically operated pressure limiter valve - has set control connected to piston and exposed to opposing pressure forces

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DE2531022A1 DE19752531022 DE2531022A DE2531022A1 DE 2531022 A1 DE2531022 A1 DE 2531022A1 DE 19752531022 DE19752531022 DE 19752531022 DE 2531022 A DE2531022 A DE 2531022A DE 2531022 A1 DE2531022 A1 DE 2531022A1
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Abstract

An electromagnetically operated high pressure limiter valve for large flows and low operating forces, free from oscillation with a control force operating in the reverse direction, has the central piston (2) connected to a setting or adjustment piston (6). Pressure developed by an uncontrolled flow of medium passing through a valve aperture is exerted on the rear side of the valve. This force operates counter to the pressure produced on the control piston (2) by the medium. The two pistons are interconnected by a spindle (5). A block (9) between the pistons has a throttle opening. Behind it is an equalising chamber (16).

Description

Stetig arbeitendes Ventil Die Erfindung betrifft ein stetig arbeitendes Ventil mit einem Ventilstellglied, auf das das zu steuernde Medium in einer Richtung und eine Kraft in entgegengesetzter Richtung einwirkt. Continuously operating valve The invention relates to a continuously operating valve Valve with a valve actuator to which the medium to be controlled acts in one direction and a force acts in the opposite direction.

Druckbegrenzungsventile in Sitz- und Längskolbenausführung sind in zahlreichen Ausführungen bekannt.Pressure relief valves in seat and longitudinal piston design are available in numerous versions known.

Im Prinzip wird der zu regelnde Druck auf die Steuerfläche des Ventilstellgliedes eines Druckregelventils geleitet und die so erzeugte Druckkraft (Istwert) mit einer Vergleichskraft (Sollwert),z.B. Federkraft, Magnetkraft, Steuerdruckkraft, verglichen.In principle, the pressure to be regulated is applied to the control surface of the valve actuator of a pressure control valve and the pressure force generated in this way (actual value) with a Comparative force (nominal value), e.g. Spring force, magnetic force, control pressure force, compared.

Die Steuerfläche des Ventilstellgliedes steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem zur Verfügung stehenden ölstrom und der erzeugten Regelkraft bzw. aufzubringenden Sollwertkraft. Mit wachsendem ölstrom nehmen auch die Stellkräfte zu. Ein elektrisch betätigtes Ventil ist i.a. durch die begrenzte Größe der elektrisch erzeugten Stellkraft (z.B. Proportionalmagnet) im Durchfluß- und/oder Druckbereich begrenzt. Man verwendet bei größeren Leistungen daher vorgesteuerte Systeme, d.h. Druckbegrenzungsventile mit kleinem Steuerölstrom (kleine Steuerfläche) und großen Druckbereichen. Mit diesen sogenannten Vorsteuerventilen werden hydraulisch betätigte Druckbegrenzungsventile mit großem Förderstrom hydraulisch angesteuert.The control surface of the valve actuator is directly related with the available oil flow and the generated control force or to be applied Setpoint force. As the oil flow increases, so do the actuating forces. One electric actuated valve is generally due to the limited size of the electrically generated actuating force (e.g. proportional solenoid) limited in the flow and / or pressure range. One uses at therefore, pilot-operated systems, i.e. pressure relief valves, for larger capacities with a small control oil flow (small control surface) and large pressure ranges. With these so-called pilot valves are hydraulically operated pressure relief valves Hydraulically controlled with a large flow rate.

Um ein Hochdruckbegrenzungsventil mit großem Förderstrom und kleinen Stellkräften zu realisieren, wird die zur Erreichung großer Querschnitte erforderliche große Kolbenfläche des Ventilstellgliedes größtenteils ( 90 ... 95 %) hydrostatisch entlastet. Dies wiederum erzeugt bei großen Durchflußänderungen insbesondere bei kleinen Durchflüssen nur geringe Stellwege.A high pressure relief valve with a large flow rate and a small one Realizing actuating forces becomes the one required to achieve large cross-sections large piston area of the valve actuator, mostly (90 ... 95%) hydrostatic relieved. This in turn generates large changes in flow, especially at small flows only short travel ranges.

Die geschwindigkeitsabhängige Dämpfung derartiger Systeme ist aufgrund der geringen Stellwege so klein, daß sie zur Systemstabilisierung des Druckregelkreises i.a. nicht ausreicht, d.h.The speed-dependent damping of such systems is due to the short travel ranges so small that they are used to stabilize the system of the pressure control loop i.a. insufficient, i.e.

das System ist unstabil und schwingt.the system is unstable and oscillates.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochdruckbegrenzungsventil mit großem Förderstrom und kleinen Stellkräften zu schaffen, das frei von Schwingungen ist.The object of the invention is to provide a high pressure relief valve with a large To create flow and small actuating forces that is free from vibrations.

Die Erfindung nützt die über die Druckschwingung des Ventilstellgliedes hervorgerufenen Strompulsationen im Ventilrücklauf und den dadurch erzeugten Staudruck. Dieser wird auf den Stellkolben, z.B. den Stößel eines Proportionalmagneten, derart zurückgeführt, daß beim öffenen des Ventilstellgliedes (Systemdruck fällt ab), d.h. wachsendem Ölstrom im Rückstauraum des Ventils, die Kraft am Sollwertsteller (z.B. Proportionalmagnet) vergrößert wird und damit der Systendruckabfall bzw. die öffnungsbewegung des Ventilstellgliedes verhindert wird (Systemrückkopplung).The invention makes use of the pressure oscillation of the valve actuator caused current pulsations in the valve return and the resulting back pressure. This is applied to the actuating piston, e.g. the tappet of a proportional solenoid, in this way returned that when the valve actuator is opened (system pressure drops), i. e. increasing oil flow in the backflow space of the valve, the force at the set point adjuster (e.g. Proportional solenoid) is increased and thus the system pressure drop or the opening movement of the valve actuator is prevented (system feedback).

Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Beispielen eingehender beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein über Proportionalmagnet betätigtes Hochdruckbegrenzungsventil in Sitzkolbenausführung mit hydrostatischer Entlastung des Regelkolbens und mit hydraulischer Gegenkopplung des Staudruckes.The invention is described in more detail below using two examples. Show it: 1 shows a high pressure relief valve actuated by a proportional solenoid in seat piston design with hydrostatic relief of the control piston and with hydraulic negative feedback of the dynamic pressure.

Fig. 2 ein Druckminderventil mit hydraulischer Gegenkoppelung des Staudruckes in der Tankleitung.Fig. 2 shows a pressure reducing valve with hydraulic counter-coupling of the Back pressure in the tank line.

In einem Ventilgehäuse 1 befinden sich koaxial angeordnete Bohrungen verschiedener Durchmesser, in deren engsten Bohrung der zylindrische Teil 2a eines Ventilstellgliedes 2 verschieblich gelagert ist. An dem zylindrischen Teil 2a ist ein spindelförmiges Teil 2b kleineren Durchmessers angeformt, das in ein konisches Teil 2c übergeht. Das konische Teil 2c arbeitet als Verschlußglied mit einem Ventilsitz 24 zusammen und steuert den Durchfluß von einer Druckleitung 3 zu einer Leitung 4, die zu einem Tank führt. In Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz 24 ist die Ventilkammer zu einem Stauraum 15 erweitert, von dem die Leitung 4 abgeht. Die dem konischen Teil 2c abgewandte Seite des zylindrischen Teils 2a bildet eine Fläche 12, die vom Staudruck in dem Stauraum 15 über eine Leitung 19 beaufschlagt ist.In a valve housing 1 there are coaxially arranged bores different diameter, in the narrowest bore of the cylindrical part 2a one Valve actuator 2 is slidably mounted. On the cylindrical part 2a is a spindle-shaped part 2b of smaller diameter formed into a conical Part 2c passes. The conical part 2c works as a closure member with a valve seat 24 together and controls the flow from a pressure line 3 to a line 4 that leads to a tank. In the direction of flow behind the valve seat 24 is the Valve chamber expanded to a storage space 15, from which the line 4 branches off. The dem Conical part 2c facing away from the cylindrical part 2a forms a surface 12, which is acted upon by the dynamic pressure in the storage space 15 via a line 19.

Durch den Stauraum 15 hindurch erstreckt sich koaxial zum Ventilstellglied 2 ein Stößel 11, der an einer koaxialen, von einer Lagerung 8 getragenen Kolbenstange 5 eines Stellkolbens 6 befestigt ist. Der Stellkolben 6 bildet den Magnetkern eines Elektromagneten und liegt in einem geschlossenen Zylinder 30 ein, der von einer Spule 10 umgeben ist und durch den Stellkolben 6 in einen zum Ventilstellglied näher liegenden Raum 16 und in einen entfernter liegenden Raum 17 unterteilt ist. Mit dem Stauraum 15 ist der Raum 16 über eine gedrosselte Leitung 9 und der Raum 17 über eine ungedrosselte Leitung 21 verbunden, die axial durch den Stellkolben 6 und die Kolbenstange 5 hindurch führt.Through the storage space 15 extends coaxially to the valve actuator 2, a tappet 11 which is attached to a coaxial piston rod carried by a bearing 8 5 of an actuating piston 6 is attached. The actuating piston 6 forms the magnetic core of a Electromagnet and is in a closed cylinder 30, which is of a Coil 10 is surrounded and by the actuating piston 6 in a closer to the valve actuator lying room 16 and into a more distant room 17 is divided. With The storage space 15 is the space 16 via a throttled line 9 and the space 17 Connected via an unthrottled line 21, which is axially guided by the actuating piston 6 and the piston rod 5 leads through.

Die Führungsgröße wird durch den Anker bzw. Magnetkern des Proportionalmagneten erzeugt und über den Stößel 11 auf das Ventilstellglied übertragen. Diese Kraft, die über die Strombeaufschlagung des Magneten verändert werden kann, steht im Gleichgewicht mit der über den Druck in der Leitung 3 erzeugten Druckkraft auf die Flächen 12 und 14 des Ventilstellgliedes 2. überwiegt die Druckkraft auf diese Flächen gegenüber der durch den Magneten erzeugten Kraft, dann bewegt sich das Ventilstellglied 2 nach rechts und läßt Öl von der Druckleitung 3 zu der mit dem Tank verbundenen Leitung 4 überströmen.The reference variable is provided by the armature or magnetic core of the proportional magnet generated and transmitted via the plunger 11 to the valve actuator. This force which can be changed by applying current to the magnet is in equilibrium with the compressive force generated by the pressure in the line 3 on the surfaces 12 and 14 of the valve actuator 2. the pressure force on these surfaces outweighs the force generated by the magnet, then the valve actuator 2 moves to the right and lets oil from the pressure line 3 to the line connected to the tank 4 overflow.

Die erreichbaren Regeldrücke des Druckbegrenzungsventils sind durch die erzielbaren Stellkräfte über den Proportionalmagneten und die für den notwendigen Durchflußstrom erforderliche Stellkolbenfläche 12 bzw. 13 bzw. 14 begrenzt. Eine beliebige Erhöhung des Systemdruckes bei gleicher Magnetstellkraft läßt sich erreichen, wenn man einen Teil der mit dem Systemdruck in Leitung 3 beaufschlagten Flächen des Ventilstellgliedes 2 hydrostatisch entlastet. Dies wird wie nachfolgend geschildert erreicht: Die Fläche 12 des Ventilstellgliedes wird durch eine Verbindungsbohrung 19 zwischen dem Druckraum 20 und der Tankleitung 4 entlastet.The achievable control pressures of the pressure relief valve are through the actuating forces that can be achieved via the proportional solenoid and those required for the Flow rate required actuating piston area 12 or 13 or 14 limited. One Any increase in the system pressure with the same solenoid actuating force can be achieved, if one part of the areas acted upon by the system pressure in line 3 of the valve actuator 2 is hydrostatically relieved. This is shown as follows Achieved: The surface 12 of the valve actuator is through a connecting hole 19 between the pressure chamber 20 and the tank line 4 is relieved.

Es wirken auf das Ventilstellglied 2 nur noch Druckkräfte über die Flächen 13 und 14, die sich bis auf die Differenzfläche 18 gegenseitig aufheben, d.h. durch die genannten Maßnahmen ist die Druckwirkfläche des Ventilstellgliedes bei vorgegebenem Kolbenquerschnitt 12 und damit vorgegebenen Durchflußströmen beliebig reduzierbar. Dadurch kann auch der Druckregelbereich bei vorgegebenen Magnetstellkräften ohne Durchflußeinbußen beliebig erhöht werden.There are only pressure forces acting on the valve actuator 2 via the Areas 13 and 14, which cancel each other up to the difference area 18, i.e. due to the measures mentioned, the effective pressure area of the valve actuator is with a given piston cross-section 12 and thus given flow rates as desired reducible. As a result, the pressure control range can also be used with specified magnetic actuating forces can be increased as required without loss of flow.

Durch die Druckerhöhung des Reg;.31systems werden jedoch bei gegebenem Förderstrom die Steliwege des Ventilstellgliedes kleiner. Dies bewirkt eine mit wachsendem Systemdruck bzw.Due to the pressure increase of the Reg; .31 system, however, with a given The flow rate of the valve actuator travel is smaller. This causes a with increasing system pressure or

mit kleiner werdener Differenzkolbenf1äche 18 sich verringern de geschwindigkeitsabhängige Dämpfung des Druckregelsystems.as the differential piston area 18 becomes smaller, the speed-dependent ones decrease Damping of the pressure control system.

Ein derartiges Druckbegrenzungsventil ist daher ohne zusätzliche Maßnahmen dynamisch nicht stabil.Such a pressure relief valve is therefore without additional measures dynamic not stable.

Um eine stabile Regelfunktion eines Ventils zu erreichen, muß a) entweder eine geschwindigkeitsabhängige Systemdämpfung erreicht werden (dies ist bei den vorliegenden kleinen Stellwegen praktisch nicht möglich), b) oder eine andere Systemdämpfung bzw. Systemgegenkoppelung (dynamische Sollwertkorrektur) erreicht werden.In order to achieve a stable control function of a valve, a) either a speed-dependent system damping can be achieved (this is the case with the existing small travel ranges practically not possible), b) or another system damping or system negative feedback (dynamic setpoint correction) can be achieved.

Einen möglichen Lösungsweg zeigt Fig. 1.One possible solution is shown in FIG. 1.

Hier wird die Stabilität des Regelkreises durch eine Rückführung des Staudrucks im Stauraum 15 auf die Rückfläche 22 des Mã 'le~ ankers 6 bewirkt. Dies erfordert a) ein Schließen oder Drosseln der Bohrung 9, damit der aynamisch sich verändernde Druck im Stauraum 15 nicht auf die Fläche 23 des Ankers 6 wirken kann, b) eine Leitungsverbindung 21 zum Raum 17, damit der Anker 6 an seiner rückwärtigen Fläche 22 mit dem Druck im Stauraum 15 beaufschlagt werden kann.The stability of the control loop is ensured here by feeding back the Back pressure in the storage space 15 on the rear surface 22 of the anchor 6 causes. this requires a) a closing or throttling of the bore 9, so that the aynamic changing pressure in the storage space 15 cannot act on the surface 23 of the armature 6, b) a line connection 21 to space 17, so that the armature 6 at its rear The pressure in the storage space 15 can be applied to surface 22.

Die Wirkungsweise dieses Systems mit Druckrückkoppelung ist folgende.The mode of operation of this system with pressure feedback is as follows.

Beginnt das Ventilstellglied 2 sich zu bewegen, z.B. den Drosselquerschnitt 24 zu vergrößern, dann nimmt der Ö.ldurchfluß zu und der Staudruck im Raum 15 wächst geringfügig. Während sich dieser Druckanstieg über Bohrung 21 direkt auf den Raum 17 und die Fläche 22 des Ankers 6 überträgt, kann sich diese Druckänderung auf Fläche 23 nur stark verzögert auswirken, da diese Fläche nur eine stark gedrosselte Verbindung über Lagerung 8 oder Leitung 9 zum Stauraum 15 hat. Es entsteht somit eine dynamische Schließkraft auf das Ventilstellglied 2, wenn es den Drosselquerschnitt 24 vergrößern will (Rückkoppelung), und eine Öffnungskraft, wenn dieses den Drosselquerschnitt 24 verkleinern will. Der erreichte Effekt ist ähnlich einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfung mit einem erhöhten Verstärkungsfaktor (wo100).If the valve actuator 2 begins to move, e.g. the throttle cross-section 24, then the oil flow increases and the back pressure in space 15 increases slightly. While this Pressure rise via bore 21 directly transfers to the space 17 and the surface 22 of the armature 6, this pressure change can only have a strongly delayed effect on surface 23, since this surface is only a strongly throttled Connection via storage 8 or line 9 to storage space 15 has. It thus arises a dynamic closing force on the valve actuator 2 when it is the throttle cross-section 24 wants to increase (feedback), and an opening force, if this the throttle cross-section 24 wants to shrink. The effect achieved is similar to a speed-dependent one Attenuation with an increased gain factor (wo100).

Dieses Gegenkoppelungsprinzip kann auch bei Längskolbenventilen angewandt werden. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit hierzu am Beispiel eines Druckminderventils.This counter-coupling principle can also be used for longitudinal piston valves will. Fig. 2 shows an embodiment for this using the example of a pressure reducing valve.

Das Ventil hat die Aufgabe, den Arbeitsdruck in einer Steuerleitung 103 konstant zu halten. Ist er zu groß, so soll durch Bewegung des Ventilstellgliedes 102 nach rechts über einen sich öffnenden Drosselquerschnitt 124 Öl in die mit der Tankleitung verbundene Leitung 104 abfließen.The valve has the task of maintaining the working pressure in a control line 103 to keep constant. If it is too big, move the valve actuator 102 to the right over an opening throttle cross-section 124 oil into the with the Drain the tank line connected line 104.

Ist der Druck in Leitung 103 zu klein, dann soll das Ventilstellglied eine Bewegung nach rechts machen und eine Drosselöffnung 125 zur Hochdruckleitung 127 freigeben; es strömt Öl von 127 nach 103 und der Druck in Leitung 103 steigt an.If the pressure in line 103 is too low, the valve actuator should make a movement to the right and a throttle opening 125 to the high pressure line 127 release; oil flows from 127 to 103 and the pressure in line 103 increases at.

Die auf das Ventilstellglied 102 wirkende Vergleichskraft wird durch Druckbeaufschlagung der Fläche 118 erreicht, deren Druckraum 113 über eine Bohrung 128 mit der Steuerleitung 103 verbunden ist.The comparison force acting on the valve actuator 102 is determined by Pressurization of the surface 118 reached, the pressure chamber 113 via a bore 128 is connected to the control line 103.

Auch hier kann zur Druckgegenkoppelung des Regelsystems der beim Regelvorgang erzeugte Staudruck im Raum 115 über Längsbohrung 121 und Raum 117 auf die rückseitige Fläche 122 des Ankers 1C6 geleitet werden. Zusätzlich besteht hier die Möglichkeit einei weiteren Rückkoppelung durch Beaufschlagung des Raumes 116 mit dem Rücklauf staudruck eines vom Druckreduzierventil beaufschiagten Stellzylinders.Here, too, the control system can be used for pressure negative feedback Control process Back pressure generated in space 115 via longitudinal bore 121 and space 117 on the rear Surface 122 of the armature 1C6 are conducted. There is also the option here a further feedback by applying the return to the space 116 back pressure of an actuating cylinder acted upon by the pressure reducing valve.

Die Ausführung nach Figur 2 ermöglicht die Fertigung von direkt betätigten Druckbegrenzungs- und Druckminderventilen mit Durchflußwerten, die bislang nur vorgesteuerten Ventilen (mehrstufige Ventile) vorbehalten waren.The embodiment of Figure 2 enables the production of directly operated Pressure relief and pressure reducing valves with flow rates that were previously only pilot operated Valves (multi-stage valves) were reserved.

Claims (6)

AnsprücheExpectations 1. Stetig arbeitendes Ventil mit einem Ventilstellglied, auf das das zu steuernde Medium in einer Richtung und eine Kraft in entgegengesetzter Richtung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilstellglied (2) mit einem Stellkolben (6) verbunden ist, auf dessen eine Seite ein hinter der Ventilöffnung durch die Strömung des Mediums erzeugter Staudruck derart ungedrosselt einwirkt, daß er der Druckkraft entgegenwirkt, die am Ventilstellglied (2) durch das zu steuernde Medium erzeugt wird.1. Continuously operating valve with a valve actuator to which the medium to be controlled in one direction and a force in the opposite direction acts, characterized in that the valve actuator (2) with an actuating piston (6) is connected, on one side of which a behind the valve opening through the Flow of the medium generated dynamic pressure acts so unthrottled that he the The pressure force on the valve actuator (2) is counteracted by the medium to be controlled is produced. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite des Stellkolbens (6) mit einem konstanten Druck oder mit dem gedrosselten Staudruck beaufschlagt ist.2. Valve according to claim 1, characterized in that the other Side of the control piston (6) with a constant pressure or with the throttled Back pressure is applied. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (6) mit dem Ventilstellglied (2) über eine Kolbenstange S5) und/o-der Spindel (11) verbunden ist und in einem Zylinder (30) einliegt, dessen dem Ventilstellglied (2) zugewandter Raum (16) mit dem hinter der Ventilöffnung liegenden Stauraum (15) über eine gedrosselte Leitung (9) verbunden ist.3. Valve according to claim 2, characterized in that the actuating piston (6) with the valve actuator (2) via a piston rod S5) and / or the spindle (11) is connected and rests in a cylinder (30) whose valve actuator (2) facing space (16) with the storage space (15) located behind the valve opening a throttled line (9) is connected. 4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (6) den Magnetkern eines Elektromagneten (6, 10) bildet.4. Valve according to claim 2 or 3, characterized in that the The actuating piston (6) forms the magnetic core of an electromagnet (6, 10). 5. Ventil nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seite des Stellkolbens (6)auf die der Staudruck ungedrosselt angelegt ist, eine größere Fläche aufwelst als die Seite des Ventilstellgliedes (2;- auf die das Medium einwirkt.5. Valve according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the Side of the setting piston (6) on which the dynamic pressure is applied unthrottled, one larger area than the side of the valve actuator (2; - on which the medium acts. 6. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlegen des ungedrosselten Staudrucks der Stellkolben (6) eine Längsbohrung (21) aufweist.6. Valve according to one of claims 2 to 5, characterized in that that for applying the unthrottled back pressure of the actuating piston (6) a longitudinal bore (21).
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