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Vorgesteuertes Druckminderventil Zusatzanmeldung zu Patent (Patentanmeldung
P 21 31 325.7-12) Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckminderventil in
3-Wege-Ausführung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Druckminderventile haben den Vorteil, daß sie auch bei kleiner
Druckdifferenz zwischen Druckmittelquelle und Verbraucher einen hohen Durchflußwert
aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein besonders ausgeprägtes
Stabilitätsverhalten bei derartigen Druckminderventilen zu gewährleisten.
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Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 erreicht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Schnitt
schematisch dargestellt.
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In der Figur bezeichnen St das Hauptsteuerventil und DR das Vorsteuerventil,
das als Drei-Wege-Druckminderventll ausgebildet ist. Mit 1 ist das Ventilgehäuse
und mit la die Ventilbüchse Qes Hauptsteuerventils bezeichnet, n deren Längsochrung
der
Regelkolben 3 mit den einander gegenüberliegenden Steuerkanten 3a, 3b geführt ist.
Der Regelkolben weist ferner noch vier am Umfang gleichmäßig verteilte Feinsteuernuten
3 1, 3r auf.
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Die Steuerkanten 3a, 3b und Feinsteuernuten 3 1, 3r des Regelkolbens
wirken mit den Steuerkanten 5c, 7c der den Regelkolben umschließenden Ringräume
5e, 7e der Ventilbüchse la zusanmen. Die Ringräume 5e, 7e stehen über Radialbohrungen
5a, 7a mit umlaufenden Kammern5,7am Umfang der Ventilbüchse la in Verbindung und
die Kammern 5, 7 mit dem den Pumpenanschluß P bildenden Gehäusekanal 4 bzw. mit
dem den Tankanschluß T bildenden Gehäusekanal 6. Der von den einander gegenüberliegenden
Steuerkanten 3a, 3b eingeschlossene Ventilraum 3e steht über Radialbohrungen 8a
in der Ventilbüchse la mit der umlaufenden Kammer 8 am Umfang der Ventilbüchse la
in Verbindung und die Kammer 8 steht mit dem den Verbraucher anschluß V bildenden
Gehäusekanal 8b in Verbindung. Die Sackbohrung 3m in Verbindung mit der Querbohrung
3n im Regelkolben 3 verbindet den Ventilraum 3e mit dem Regelkolbenraum 9, so daß
letzterer vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist. Mit dem Ventilgehäuse 1 ist das
Gehäuse 11 des Vorsteuerventils DR befestigt, dessen Steuerkolberl 12 von einstellbaren
Druckfedern 13 belastet ist, und zwar im Sinne einer Verbindung der Pumpenseite
P mit der Verbraucherseite V des Vorsteuerventils. Hierbei wirkt die Steuerkante
12a des Steuerkolbens mit der Steuerkante lla des Gehäuses 11 zusammen. In die Gegenrichtung
beaufschlagt den Steuerkolben der Verbraucherdruck, und zwar über den Verbindungskanal
11b zwischen der Verbraucherseite V und dem dem Federraum 13a gegenüberliegenden
Steuer<oibenraum 12b. Diese Verschieberichtung bewirkt unter ZusaT-e;r der Steuerkante
12c des Steuerkolbens mit der Steuerkante 11 du
Gehäuses eine Verbindung
der Verbraucherseite mit der vom Fedelraum 13a /gebildeten Tanksente. Die Stromführung
erfolgt hierbei über den ringförmigen Steuerraum 12f und über die Längsbhrung 12e
in Verbindung mit den Querbohrungen 12d im Steúerkolben 12.
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Die Verbindung des Federraumes 13a mit dem Tankanschluß T des Hauptsteuerventils
St erfolgt über den Anschlußkanal 22 und den Verbindungskanal 23 im Ventilgehäuse
1. Die Verbraucherseite V des Vorsteuerventils ist über den Gehäusekanal 21 mit
dem dem Regelkolbenraum 9 gegenüberliegenden Regelkolbenraum 20 verbunden und die
Pumpenseite P über den Gehäusekanal 18 mit der mit dem Pumpenanschluß P des Hauptsteuerventils
verbundenen Kammer 5.
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Die Wirkungsweise des vorgesteuerten Druckminderventils ist folgende:
Der durch die den Steuerkolben 12 in Richtung einer Verbindung der Druck- mit der
Verbraucherseite des Vorsteuerventils DR belastenden anstellbaren Druckfedern 13
festgelegte Minderdruck auf der Verbraucherseite V des Vorsteuerventils wirkt über
den Gehäusekanal 21 auch in dem Regelkolbenraum 20 des Hauptsteuerventils und beaufschlagt
dort die Stirnfläche 3d des Regelkolbens in Richtung des Regelkolbenraumes 9. Der
Druck des mit dem Verbraucheranschluß V des HauptsteuerventiAsin Verbindung stehenden
nicht dargestellten Verbrauchers, stellt sich über die Sackbohrung 3m in Verbindung
mit der Querbohrung 3n im Regelkolben 3 auch im Kolbenraum 9 ein und beaufschlagt
dort die Stirnfläche 3c des Regelkolbens in Reglrichtung des Regelkolbenraumes 20.
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Ist der im Regelkolbenraum 20 wirkende eingestellte,gegenüber dem
Druck der Druckmittelquelle kleinere Minderdruck größer als der im Regelkolbenraum
9 wirkende Verbraucherdruck, verschiebt sicher der Regelkolben in Richtung des Regelkolbenraumes
9. Hierbei geben zunächst die Feinsteuernuten 3 1 und daran anschließend die umlaufenden
Steuerkanten 3a die Steuerkante 5c des Ringraumes 5e frei, so daß von der nicht
dargestellten Druckmittelquelle über den Druckmittelanschluß P Arbeitsmittel dem
Verbraucher V zuströmt und dort eine Druckerhöhung bewirkt. Solange die Summe aus
der auf den Regelkolben wirkenden Strahlkraft des Arbeitsmittels und der sich aus
dem Produkt aus dem im Kolbenraum 9 wirkenden Verbraucherdruck und der Stirnfläche
3c des Regelkolbens 3 ergebenden Kraft kleiner ist, als die sich aus dem Produkt
aus dem im Kolbenraum 20 herrschenden am Vorsteuerventil eingestellten Druck und
der Stirnfläche 3d des Regelkorbens 3 ergebende Kraft, liegt letzterer an der Begrenzungswand
9a des Regelkolbenraumes 9 an. In dieser Regelstellung hat der Durchflußquerschnitt
zwischen den Steuerkanten 3a und 5c seinen Größtwert. Steigt der Verbraucherdruck
soweit an, daß die Summe aus der auf den Regelkolben wirkenden Strahlkraft und der
aus dem Produkt aus dem Verbraucherdruck und der Stirnfläche 3c des Regelkolbens
3 resultierenden Kraft größer ist als die entgegengesetzt gerichtete, aus dem Produkt
aus dem im Regelkolbenraum 20 herrschenden am Vorsteuerventil eingestellten Druck
und der Stirnfläche 3d des Regelkolbens resultierenden Kraft, bewegt sich der Regelkolben
in Richtung des Regelkolbenraumes 20.
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Die damit verbundene Verringerung des Durchflußquerschnittes zwischen
den Steuerkanten 3a, 5c bzw. zwischen den Feinsteuernuten 3 1 und der Steuerkante
5c des Ringraumes 5e bewirkt eine Herabsetzung der Durchflußmenge.
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Dies bewirkt nun wiederum eine Herabsetzung der auf den Regelkolben
wirkenden Strahlkraft. Durch die Abnahme der auf den Regelkolben 3 wirkenden Strahlkraft
mit kleiner werdender Durchflußmenge, nimmt der Regelkolben schließlich eine Regelstellung
ein, die neben der Größe des Verbraucherdruckes von der Größe der Strahlkraft bestimmt
ist. Ist der Verbraucherdruck soweit angeim stiegen, daß dessen Größe der Größe
des/Regelkolbenraum. 20 wir'renaer am Vorsteuerventil Zeingestellten Minderdruckes
entspricht, nimmt der Regelkolben die gezeigte Schließstellung ein Damit ist die
Verbindung des Verbrauchers V mit der Druckmittelquelle getrennt, so daß eine weitere
Druckerhöhung von Seiten der Druckmittelquelle unterbunden ist. Steigt der Druck
im Verbraucher beispielsweise durch Einwirken einer äußeren Kraft auf einen Arbeitszylinder
auf einen Wert an, der größer ist als der eingestellte Druck im Regelkolbenraum
20,vverszhiebt sich der Regelkolben 3 in Richtung des Regelkolbenraumes 20 und verbindet
durch Freigabe der Steuerkante
des Ringraumes
den Verbraucher mit dem Tank an
schluß T. Damit entspannt sich der Verbraucher durch Abführen von Arbeitsmittel
in den Tank T soweit, bis der Verbraucherdruck geringfügig unter dem am Vorsteuerventil
eingestellten Druck liegt. Durch das damit am Regelkolben 3 wirkende Druckungleichgewicht
verschiebt sich der Regelkolben wieder zurück in Richtung des Regelkolbenraumes
9, wobei die Verbindung des Verbrauchers mit dem Tank unterbrochen und im Bereich
der Feinsteuernuten 3 1 eine geringe Querschnittsöffnung zur Pumpenseite hin freigegeben
wird, durch die wieder eine geringe zusätzlicne Strahlkraft durch das Arbeitsmittel
am Regelkolben 3 wirksam wird, die ein weiteres Öffnen desselben in Richtung zur
Pumpenseite verhindert und zugleich ein gedämpftes Einregeln des Regelkolbens
in
dessen Ausgangsstellung, in der der Verbraucher vom Tank und von der Druckmittelquelle
getrennt ist, bewirkt.
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Durch die Ausbildung des Regelkolbens 3 mit Feinsteuernuten 3 l,3r
und durch das Zusammenwirken der umlaufenden Steuerkanten 3a, 3b des Regelkolbens
mit jeweils einer umlaufenden Steuerkante 5c, 7c der Ringräume 5e, 7e ergibt sich
nach Überfahren der Feinsteuernuten ein 360° verlaufender freier Steuerquerschnitt
zwischen den Steuerkanten. In diesem Regelbereich erfolgt bei kleinen Stellungsänderungen
des Regelkolbens eine verhältnismäßig große Steuerquerschnittsänderung, so daß ein
schnelles Ausregeln des eingestellten Verbraucherdruckes gewährleistet ist. Die
Stabilisierung der Regelung übernehmen die Feinsteuernuten 3 1, 3r, indem diese
eine intensive Abbremsung der Regelbewegung des Regelkolbens bewirken und besonders
kleine, die Regelgenauigkeit begünstigende Strahlkräfte durch das Arbeitsmittel
hervorrufen. Die Verwendung eines direktgesteuerten Druckminderventils als Vorsteuerventil
DR hat den Vorteil, daß pumpenseitige Druckstöße auf die Regelstellung des Regelkolbens
12 des Vorsteuerventils praktisch ohne Einfluß auf dessen Regelstellung bleiben.
Ferner werden Druckstöße im Verbrauchersystem, die über den Regelkolbenraum 20 des
Hauptsteuerventils St sowie über den Verbindungskanälen 24,21 der Verbraucherseite
V des Vorsteuerventils und von dort weiter über den Kanal lib den Steuerkolben 12
im Sinne einer Verschiebung in Richtung des Federraumes 13a beeinflußen, werden
durch den Regelkolben des Vorsteuerventils dämpfend ausgeregelt, so daß ein Aufschwingen
des Druckminderventils ausgeschlossen ist. Ein Ansprechen des Vorsteuerventils erfolgt
durch die Null- bzw.
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Minus-Uberdeckung des Regelkolbens 12 des Vorsteuerventils DR
verzögerungsfrei.
Bei Einsatz des Druckminderventils in Prozeßanlagen mit mehreren erforderlichen
Druckeinstellungen wird der Auslaßkanal 22 des Federraumes 13a zum Tank unterbrochen
und über den Anschluß 25 eine Steuerflüssigkeit mit dem jeweils erforderlichen Druck
dem Federraum 13a zugeführt, der neben den Druckfedern 13 den Regelkolben 12 in
Richtung einer Verbindung der Druck mit der Verbraucherseite des Vorsteuerventils
beaufschlagt. Der Tankanschluß erfolgt hierbei über den Kanal 26, wobei die Axialbohrung
12e des Regelkolbens 12 des Vorsteuerventils, die eine Verbindung des Federraumes
13a mit dem mit der Verbraucherseite in Verbindung zu bringenden Steuerraum 12f
herstellt, verschlossen wird.