DE3732445C2 - Druckregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Ein derartiges Druckregelventil ist aus dem Mannesmann Rexroth Datenblatt RD 26584 "Direktwirkendes Druckreduzierventil" Typ ZDR10D in Verbindung mit einem Magnetantrieb gemäß Mannesmann Rexroth Datenblatt RD 29169 "Proportionaldruckreduzierventil" Typ DRE2K bekannt.

Bei einem anderen bekannten Druckregelventil (DE-OS 21 33 316), von dem ein Verbraucher, z. B. die Servolenkung eines Fahrzeuges, gespeist wird, ist der Kolbenschieber außerdem mechanisch z. B. von einem Bremspedal, das über eine Vorspannfeder als Druckbegrenzung auf den Kolbenschieber wirkt, in eine Stellung verschiebbar, in der der Bremsdruck in der Anhängerbremse gesteuert wird. Zur Erhöhung der auf den Kolbenschieber aufgebrachten Betätigungskraft wirkt der eingesteuerte Druck auf beide Seitenflächen des als Differentialkolben ausgebildeten Kolbenschiebers.

Druckregelventile für größere Durchflußmengen und/oder höhere Drücke werden hingegen üblicherweise vorgesteuert ausgeführt. Da der Proportionalmagnet zur Regelung des Systemdrucks nur auf das Vorsteuerventil wirkt, können kleine Magnete Verwendung finden. Die Verstellgeschwindigkeit ist groß, doch wird einerseits Steueröl verbraucht und andererseits ist der Bauaufwand für ein vorgesteuertes Druckregelventil verhältnismäßig groß.

Bei Druckregelventilen ohne Vorsteuerung muß aufgrund der hohen Strömungskräfte ein verhältnismäßig großer Magnet eingebaut werden.

Grundsätzlich ist es bekannt, die Baugröße von Magneten dadurch zu verkleinern (FR-PS 14 00 801), daß man hydrau­ lische Zusatzkräfte für das Ventilglied erzeugt. Dies ist auch bei einem bekannten Druckbegrenzungsventil verwirklicht (DE-PS 33 15 222). Es handelt sich dabei um ein Sitzventil, dessen Schließkörper vom Stößel des Magnetankers über eine Vorspannfeder auf den Ventilsitz gedrückt wird, wobei der Vorspannfederraum mit dem Tank verbunden ist und der Schließkörper entgegen der Magnetkraft vom Systemdruck beaufschlagt ist. Zum Erzeugen der hydraulischen Zusatzkraft ist es erforderlich, die Stößeldurchführung zwischen dem Magnetankerraum und dem Vorspannfederraum mit einer Dichtung zu versehen.

Ausgehend von einem bekannten marktüblichen Druckregelventil liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Fertigungsaufwand für solche Ventile zu verringern und möglichst große Durchflußmengen und hohe Druckbereiche mit möglichst kleinen Proportionalmagneten zu beherrschen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist zwar bekannt (DE 31 25 143 A1), die von einem Proportionalmagneten auf den Kolbenschieber eines Druckminderventils aufgebrachte Magnetkraft hydraulisch zu verstärken, indem gleichsinnig zur Magnetkraft und gegensinnig zum Regeldruck ein Zwischendruck auf den Kolbenschieber wirkt, der sich in der dem Magnetstößel zugekehrten Ventilkammer ergibt, die über eine Drosselstelle mit der den Regeldruck führenden anderen Ventilkammer und andererseits über eine Drosselstelle mit dem Tank verbunden ist. Dies bedingt einen ständigen Steuerölverlust und außerdem zeigt das Ventil ein instabiles Verhalten.

Erfindungsgemäß wird die hydraulische Zusatzkraft zur Unterstützung der Magnetkraft mittels einer Differenzfläche erzeugt, ohne daß für den den Kolbenschieber betätigenden Stößel des Magnetankers eine besondere Abdichtung erforderlich ist. Dabei sind verschiedene Bauformen möglich, bei denen sich zusätzliche Vorteile ergeben. Die Differenzfläche kann sich aus dem Unterschied der Durchmesser des Kolbenschiebers und eines zusätzlichen den Kolbenschieber beaufschlagenden Zusatzkolbens ergeben. Dabei kann der Durchmesser des Zusatzkolbens größer oder kleiner als der des Kolbenschiebers sein. Die hydraulische Zusatzkraft ergibt sich hierbei entsprechend der Druckbeaufschlagung der beiden Stirnflächen des Kolbenschiebers und des Zusatzkolbens. In einer weiteren Ausführungsform kann der Zusatzkolben auf der dem Kolbenschieber abgekehrten Seite des Ankers angeordnet sein. Auch bei dieser Ausführungsform läßt sich eine entsprechende Differenzfläche erzielen.

Erfindungsgemäße Ausführungsformen zeichnen sich ferner durch eine kompakte Bauweise, insbesondere eine verhältnis­ mäßig geringe axiale Baulänge und die Anwendung bei hohen Druckwerten aus.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Dreiwege- Druckregelventils mit einem an dem dem Propor­ tionalmagneten abgekehrten Ende des Kolbenschiebers angeordneten Zusatzkolben,

Fig. 2 ein Druckregelventil ähnlich Fig. 1 mit abge­ ändertem Kolbenschieber,

Fig. 3 ein Druckregelventil ähnlich Fig. 1, bei dem der Ankerraum des Magneten druckentlastet ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Druckregel­ ventils mit einem dem Kolbenschieber abgekehrt angeordneten Zusatzkolben und

Fig. 5 ein Druckregelventil ähnlich Fig. 4 in einer abgeänderten Ausführung.

Die schematische Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt einen Kolbenschieber 10 mit zwei Bunden 11 und 12, die zwischen sich eine Ringnut 13 einschließen. Der Kolbenschieber 10 ist in einer Bohrung 14 eines Gehäuses verschiebbar. Über die Steuerkanten 15, 16 ist hierbei ein in die Ringnut 13 mündender Regeldruckkanal 18 wahlweise mit einem an eine Druckmittelquelle P angeschlossenen Kanal 19 oder einen an einem Tank T angeschlossenen Kanal 21 verbindbar.

Auf der einen Seite des Kolbenschiebers 10 ist ein Pro­ portionalmagnet 24 vorgesehen, dessen in einem Ankerraum 25 beweglicher Anker 26 einen Stößel 27 trägt, der am Kolben­ schieber 10 anliegt. Die beiderseitigen Räume des Ankers 26 sind in nicht-dargestellter Weise miteinander verbunden. Der Ankerraum 25 ist ferner über einen Kanal 29 mit dem Regeldruckkanal 18 verbunden.

Auf der dem Anker 26 abgekehrten Seite des Kolbenschiebers 10 ist ein Zusatzkolben 30 vorgesehen, der von einer Feder 31 an den Kolbenschieber 10 angedrückt wird. Der Federraum 32 ist über einen Kanal 33 mit dem Regeldruckkanal 18 ver­ bunden. Der Raum 34 zwischen dem Zusatzkolben 30 und dem Kolbenschieber ist über eine Bohrung 36 im Kolbenschieber mit dem zum Tank T führenden Kanal 21 stets verbunden. Der Raum 34 ist somit druckentlastet.

Der Durchmesser D_ZK des Zusatzkolbens 30 ist größer als der Durchmesser D_K des Kolbenschiebers 10. Die durch den Durchmesser des Zusatzkolbens 30 definierte Fläche, die dem Raum 32 zugekehrt ist, sowie die durch den Durchmesser des Kolbenschiebers definierte Fläche, die dem Ankerraum 25 zugekehrt ist, sind jeweils mit dem Regeldruck A beaufschlagt. Die Differenz der beiden Flächen berechnet sich aus (D_ZK²-D_K²). Es muß somit nur die dieser Differenzfläche entsprechende Kraft von dem Proportionalmagneten 24 aufgebracht werden. Es ist ersichtlich, daß die Magnet­ kraft sowie der Regeldruck im Raum 25 auf den Kolben­ schieber 10 gleichsinnig wirken, während der den Zusatz­ kolben 30 beaufschlagende Regeldruck und die Feder 31 gegen­ sinnig wirken.

In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt, bei der der Kolbenschieber 210 in einer Bohrung 211 eines Gehäuses 200 verschiebbar angeordnet ist und einen Bund 212 mit je einer Steuerkante 215 und 216 sowie hieran anschlie­ ßende Ringnuten 213 und 214 aufweist. Beim Verschieben des Kolbenschiebers 210 ist über die Steuerkante 215 der mit einer Druckmittelquelle P verbundene Kanal 219 mit dem Regeldruckkanal 218 verbindbar, während von der Steuerkante 216 der Durchlaß vom Regeldruckkanal 218 zur Ringnut 213 und damit zu einem mit einem Tank T verbundenen Kanal 221 gesteuert wird. An beiden Enden weist der Kolbenschieber 210 jeweils einen Bund 208 und 209 auf.

Gegenüber der Darstellung in Fig. 1 sind somit die An­ schlüsse zur Druckmittelquelle und zum Tank vertauscht und wird der Durchlaß zum Regeldruckkanal 218 vom Bund 212 be­ stimmt.

Wie in Fig. 1 ist ein Proportionalmagnet 24 mit einem Anker 26 und einem am Anker befestigten Stößel 27 vorge­ sehen. Der Anker ist in einem Ankerraum 25 verschiebbar, der über einen Kanal 29 an den Regeldruckkanal 218 ange­ schlossen ist.

Andererseits gelangt der Regeldruck über eine Leitung 33 zum Verbraucher A sowie in den Federraum 32 für den Zusatz­ kolben 30. Dies entspricht der Darstellung in Fig. 1. Auch der Raum 34 zwischen dem Zusatzkolben 30 und dem Kolbenschieber 210 ist über eine Bohrung 236 an den zum Tank führenden Kanal 221 angeschlossen. Dabei erstreckt sich die Bohrung 236 im Kolbenschieber 210 zwischen dem Raum 34 und mündet in die Ringnut 213. Damit entfällt die in Fig. 1 erforderliche lange Bohrung im Kolbenschieber.

Im übrigen entspricht die Wirkungsweise und die Art und Weise, in der die hydraulische Zusatzkraft erzeugt wird, völlig den anhand der Fig. 1 geschilderten Verhältnissen.

Eine Abänderung ist in Fig. 3 dargestellt. Bauteile, die gleich den in Fig. 1 erläuterten Bauteilen sind, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Zusatzkolben 330 hat in dieser Ausführung einen Durchmesser D_ZK, der kleiner ist als der Durchmesser D_K des Kolbenschiebers 10. Der Bund 11 des Kolbenschiebers 10 weist eine Erweiterung 334 auf, die in einer Kammer 335 angeordnet ist. Dabei ist der Federraum 332 der Kammer 335 mit dem Raum 337 auf der anderen Seite der Erweiterung 334 verbunden, beispielsweise durch einen Ringspalt oder andere Mittel. Der Regeldruck wirkt somit auf den Zusatzkolben 330 sowie auf beide Seiten der Erweiterung 334 und auf die Differenzfläche, die sich wie folgt ergibt (D_K²-D_ZK²). Der im Bund 11 ausgebildete Raum 340, also der Raum zwischen dem Kolbenschieber 10 und dem Zusatzkolben 330 ist über eine Bohrung 336 mit dem zum Tank T führenden Kanal 21 verbunden. Die Erweiterung 334 hat den Zweck, daß der Durchmesser des Zusatzkolbens 330 nur wenig kleiner ist als der des Kolbenschiebers. Auch hier ergibt sich somit als Wiegefläche für die hydraulische Zusatzkraft die Flächendifferenz zwischen dem Kolbenschie­ ber und dem Zusatzkolben. Der Ankerraum 25 beidseits des Magneten 26 ist in dieser Ausführungsform mit dem Tank ver­ bunden, so daß die dem Anker zugekehrte Stirnfläche des Kolbenschiebers 10 druckentlastet ist. Diese Ausführungs­ form hat ebenfalls einen verhältnismäßig geringen Ferti­ gungsaufwand und zusätzlich den Vorteil, daß das Druckregel­ ventil für hohe Druckwerte geeignet ist, da der Magnet nur mit dem Tankdruck verbunden ist.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der ein Kolbenschieber 410 mit einer durchgehenden Bohrung 411 versehen ist, welche die Räume 412 und 413 beidseits des Kolbenschiebers verbindet. Der Kolbenschieber 410 trägt den Anker 426 des Proportionalmagneten 24. Der Schieberkolben ist auf der dem Raum 413 zugekehrten Seite als Zusatzkolben 430 ausgebildet, dessen Durchmesser D_ZK größer ist als der Durchmesser D_K des Kolbenschiebers. In dem Raum 413 ist ferner die Feder 431 angeordnet.

Infolge des beide Räume 412 und 413 über die Ringnut 13 und die Bohrung 411 beaufschlagenden Regeldrucks und die Differenzfläche zwischen Kolbenschieber und Zusatzkolben ergibt sich in Fig. 4 eine nach links gerichtete resul­ tierende Kraft. Deshalb muß die Magnetkraft nach rechts wirken. Die hydraulische Zusatzkraft wirkt im Raum 412 auf den Kolbenschieber 410. Der Ankerraum 425 beidseits des Ankers 426 ist jeweils mit dem Tank T verbunden.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführung, bei der der Kolben­ schieber 510 an seinem dem Anker 526 abgekehrten Ende einen Ansatz 530 aufweist, der einen kleineren Durchmesser d_k als der Durchmesser D_K des Kolbenschiebers 510 aufweist. Der Zusatzkolben wird also von dem Ansatz 530 gebildet. Der Durchmesser D_K des Kolbenschiebers 510 auf beiden Seiten des Ankers 526 ist gleich. Die resultierende Kraft ergibt sich somit aus der von dem Durchmesser D_K zum Durchmesser d_k bestimmten Flächendifferenz. Beide Räume 512 und 513 sind über eine im Kolbenschieber befindliche Bohrung 511 mit der Ringnut 13 und damit mit dem Regeldruck verbunden.

Auf den Ansatz 530 ist eine Kappe 540 aufgeschoben, die in einer mit dem Tank T verbundenen Kammer 541 angeordnet ist. Die Kappe 540 stützt sich linksseitig am Gehäuse ab. Da der Außenraum 541 zum Tank hin entlastet ist, ergibt sich ebenfalls infolge der Flächendifferenz zwischen dem Durch­ messer des Kolbenschiebers und des Ansatzes 530 eine nach links wirkende Druckkraft, die mit der nach rechts wirkenden Magnetkraft verglichen wird.

Der mit den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 vermittelte Vorteil liegt vor allem in der kompakten Bauweise.

Claims (18)

1. Druckregelventil mit einem Kolbenschieber zum Steuern der Druckmittelwege zwischen einem Regeldruckkanal, einem mit einer Druckmittelquelle verbundenen und einem mit einem Tank verbundenen Kanal, mit einem Proportionalmagneten, dessen Anker über einen Stößel auf den Kolbenschieber wirkt, wobei die vom Proportionalmagneten aufgebrachte Magnetkraft entgegen der Kraft einer Feder und entgegen dem Regeldruck auf den Kolbenschieber wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeldruck in beiden Regelrichtungen des Kolbenschiebers (10, 210, 410, 510) wirkt und daß von dem Regeldruck eine Differenzfläche beaufschlagt ist, so daß eine resultierende Kraft erzeugt wird, die gegensinnig zur Magnetkraft wirkt und größer ist als die gleichsinnig zur Magnetkraft wirkende, vom Regeldruck erzeugte Kraft.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Differenzfläche ein Zusatzkolben (30, 330, 430, 530) vorgesehen ist.

3. Druckregelventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zusatzkolben (30) an dem dem Proportionalmagneten (24) abgekehrten Ende des Kolbenschiebers (10, 210) angeordnet ist, der Zusatzkolben (30) einen größeren Durchmesser als der Kolbenschieber (10, 210) aufweist, der Raum (34) zwischen dem Zusatzkolben (30) und dem Kolben­ schieber (10, 210) mit dem Tank verbunden ist und der Zusatzkolben (30) sowie die dem Proportionalmagneten zugekehrte Stirnfläche des Kolbenschiebers (10, 210) mit dem Regeldruck beaufschlagt sind (Fig. 1, 2).

4. Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolbenschieber (10) zwei Bunde (11, 12) mit je einer Steuerkante (15, 16) auf­ weist, über die eine mit dem Regeldruckkanal (18) verbundene Ringnut (13) mit der Druckmittelquelle bzw. dem Tank ver­ bindbar ist, wobei eine zum Raum (34) zwischen dem Kolben­ schieber (10) und dem Zusatzkolben offene Bohrung (36) im Kol­ benschieber (10) in den Tankkanal (21) mündet (Fig. 1).

5. Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolbenschieber (210) drei Bunde (208, 209, 212) aufweist, von denen der mittlere Bund (212) je eine Steuerkante (215, 216) aufweist, über die der Regeldruckkanal (218) mit einer mit der Druckmittel­ quelle bzw. mit einer mit dem Tank in Verbindung stehenden Ringnut (213, 214) verbindbar ist, wobei eine zum Raum (34) zwischen dem Kolbenschieber (210) und dem Zusatzkolben (30) offene Bohrung (236) im Kolbenschieber (210) in die mit dem Tank ver­ bundene Ringnut (213) mündet (Fig. 2).

6. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker­ raum (25) des Proportionalmagneten mit dem Regeldruckkanal (18, 218) verbunden ist, wobei der Anker (26) zusammen mit dem Stößel (27) druckausgeglichen ist (Fig. 1, 2).

7. Druckregelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben (330) an dem dem Proportionalmagneten abgekehrten Ende des Kol­ benschiebers (10) angeordnet ist, der Zusatzkolben (330) einen kleineren Durchmesser als der Kolbenschieber (10) aufweist, der Raum (340) zwischen dem Zusatzkolben (330) und dem Kolbenschieber (10) mit dem Tank verbunden ist, der Zusatzkolben (330) und die den Zusatzkolben (330) umschließende Stirnfläche des Kolbenschiebers (10) mit dem Regeldruck beaufschlagt ist und die dem Proportional­ magneten zugekehrte Stirnfläche des Kolbenschiebers (10) druck­ entlastet ist (Fig. 3).

8. Druckregelventil nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolbenschieber (10) eine Erweiterung (334) aufweist, in der der Zusatzkolben (330) angeordnet ist und die Erweiterung in einer mit dem Regel­ druck beaufschlagten Kammer (335) angeordnet ist.

9. Druckregelventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerraum (25) des Proportionalmagneten mit dem zum Tank führenden Kanal (21) verbunden ist, wobei der Anker (26) zusammen mit dem Stößel (27) druckausgeglichen ist (Fig. 3).

10. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (31, 331) an dem dem Proportionalmagneten abgekehrten Ende des Kolbenschiebers (10) angeordnet ist.

11. Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben (430) an dem dem Kolbenschieber (410) abgekehrten Ende des Ankers (426) angeordnet ist, einen größeren Durchmesser als der Kolben­ schieber (410) aufweist und die Stirnflächen des Kolben­ schiebers (410) und des Zusatzkolbens (430) mit dem Regeldruck beauf­ schlagt sind (Fig. 4).

12. Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben als Ansatz (530) an dem Ende des Kolbenschiebers (510) ange­ ordnet ist, der Ansatz einen kleineren Durchmesser als der Kolbenschieber (510) aufweist, auf dem Ansatz eine Kappe (540) verschiebbar angeordnet ist und daß die Stirnflächen des Ansatzes (530) und des Kolbenschiebers (510) mit dem Regeldruck beaufschlagt sind, wobei die vom Regeldruck beaufschlagte Stirnfläche des Kolbenschiebers (510) den gleichen Durchmesser wie der Kolbenschieber (510) aufweist (Fig. 5).

13. Druckregelventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (410, 510) einstückig ausgebildet ist und den Anker (426, 526) trägt.

14. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Ankers (426, 526) druckbeaufschlagte Räume vor­ gesehen sind.

15. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben­ schieber (410, 510) zwei Bunde (410, 414, 510, 514) mit je einer Steuer­ kante (15, 16) aufweist, über die eine mit dem Regeldruck­ kanal (18) verbundene Ringnut (13) mit der Druckmittelquelle bzw. dem Tank verbindbar ist, wobei die an den Kolbenschie­ ber (410, 510) und den Zusatzkolben angrenzenden Räume (412, 413; 512, 513) über eine Bohrung (411, 511) im Kolbenschieber (410, 510) und im Anker (426, 526) miteinander verbunden sind (Fig. 4, 5).

16. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker­ raum (425, 525) mit dem Tank verbunden ist (Fig. 4, 5).

17. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (431) an dem Zusatzkolben (430) anliegt.

18. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (531) an dem dem Ansatz (30) gegenüberliegenden Ende des Kolbenschiebers (510) anliegt (Fig. 5).