DE3739824C2 - Vorgesteuertes 3-Wege-Druckregelventil - Google Patents
Vorgesteuertes 3-Wege-DruckregelventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes 3-Wege-Druck
regelventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung geht von einem bekannten Druckregelventil aus
(DE 29 03 560 C2). Dabei ist der Hauptregelkolben vom
Steuerdruck in Richtung einer Verbindung von der Pumpe
zum Verbraucher belastet. Andererseits wirkt auf den
Hauptregelkolben entgegen dem Steuerdruck der Verbraucher
druck, der somit den Hauptregelkolben in Richtung einer
Verbindung zwischen dem Verbraucher zum Tank belastet. Da
auch der Vorsteuerkolben entgegen der Stellkraft vom Ver
braucherdruck beaufschlagt ist, wird bei dem bekannten
Druckregelventil der Verbraucherdruck auf beide Kolben
als Istwert zurückgeführt. Es ist auch bekannt (DE
33 23 363 A1), bei einem vorgesteuerten 3-Wege-Druckregel
ventil, den Steuerdruckraum für den Hauptregelkolben über
ein Stromregelventil an die Pumpenzulaufleitung anzu
schließen. Die Absteuerung des Steuerdrucks zum Tank er
folgt über ein 2-Wege-Vorsteuerventil. Auch bei diesem
Ventil ist der Hauptregelkolben entgegen dem Steuerdruck
mit dem Verbraucherdruck belastet, der das Bestreben hat,
die Verbindung zwischen der Pumpe und dem Verbraucher zu
schließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Druckregel
ventil der eingangs geschilderten Art dahingehend weiter
zubilden, daß die Regelstabilität erhöht wird, also beim
Ändern des Sollwerts am Vorsteuerventil für den Verbraucher
druck das Einschwingverhalten zu verbessern und Instabili
täten zu vermeiden, die sich durch Druckschwankungen am
Verbraucher äußern.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im kenn
zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Hieraus geht hervor, daß der dem Steuerdruckraum entgegen
gesetzte Steuerraum des Hauptregelkolbens mit dem Pumpendruck
beaufschlagt ist, und der Zulauf in den Steuerdruckraum über
eine Drossel erfolgt, während das Vorsteuerventil ein 2-Wege
ventil ist, das den Ablauf des Druckmittels aus der Steuer
druckkammer zu einem niedrigeren Druckniveau steuert. Damit
können vom Verbraucher verursachte Druckschwankungen nicht
am Hauptregelkolben wirksam werden. Die Rückführung des
Verbraucherdrucks erfolgt vielmehr allein auf das Vorsteuer
ventil, das unabhängig vom Hauptventil ein entsprechend
steifes Regelverhalten aufweisen kann. Damit wird die Regel
stabilität des erfindungsgemäßen Ventils verbessert.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Auch diese Merkmale dienen der Verbesserung des Einschwing
verhaltens und der Regelstabilität. Außerdem wird eine ver
einfachte Bauweise erzielt. Dies gilt insbesondere für das
Vorsteuerventil.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Druckregel
ventils mit einem Vorsteuerventil,
Fig. 2 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1,
jedoch mit einem geänderten Vorsteuerventil und
Fig. 3 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1,
jedoch mit einem geänderten Hauptregelkolben.
In Fig. 1 ist ein Hauptregelkolben 1 in einer Bohrung 2
eines nicht näher dargestellten Gehäuses verschiebbar. Der
Hauptregelkolben 1 weist zwei Steuerkanten 3 und 4 auf, über
die eine zwischen den Steuerkanten liegende Ausnehmung 6 mit
einem Kanal 8 oder mit einem Kanal 9 verbindbar ist. Der
Kanal 8 ist an eine Pumpe 10 angeschlossen und der Kanal 9
ist an einen Tank T angeschlossen. Die Ausnehmung 6 zwischen
den Steuerkanten ist über eine Leitung 11 an einen Ver
braucher 12 angeschlossen.
Der Hauptregelkolben 1 begrenzt beidseits Steuerräume 14 und
15. Der Steuerraum 14 ist über eine Bohrung 16 stets mit dem
Kanal 8 verbunden, ist also stets mit dem Druck der Pumpe 10
beaufschlagt. Der Steuerdruckraum 15 ist ebenfalls über eine
Bohrung 17 mit dem Kanal 8 verbunden, so daß der Zulauf von
Steuerdruckmittel in den Raum 15 von der Pumpe her erfolgt.
In der Bohrung 17 ist eine Drossel 18 vorgesehen. Im Steuer
druckraum 15 befindet sich eine Feder 20. Der Hauptregel
kolben 1 liegt an einem gehäuseseitigen Anschlag 21 an,
wenn die Verbindung von der Pumpe 10 über den Kanal 8 und
die Steuerkante 3 zum Verbraucher voll geöffnet ist.
Die den Verbraucherdruck führende Ausnehmung 6 ist über eine
Leitung 25 mit einem Federraum 26 des Vorsteuerventils ver
bunden, in dem eine Feder 27 angeordnet ist. Der Verbraucher
druck und die Feder 27 belasten somit die Stirnfläche 28
des Vorsteuerkolbens 30. Gegensinnig wirkt auf den Vor
steuerkolben 30 die Stellkraft, die von einem Proportional
magneten 32 erzeugt wird und von einem Stößel 33 am Anker 34
des Magneten auf die Stirnfläche 35 des Vorsteuerkolbens 30
übertragen wird. Die Stirnfläche 35 wirkt als Steuerkante
für eine Öffnung 36, die in den Raum 37 mündet, der über
eine Leitung 38 mit der Ausnehmung und damit mit dem Tank
verbunden ist. Die Öffnung 36 mündet über einen Kanal 40
in den Steuerdruckraum 15 des Hauptventils.
In der dargestellten Ausführung ist der Anker 34 auf der
dem Vorsteuerkolben 30 abgekehrten Seite mit einer Verlän
gerung 43 versehen, die einen Federteller 44 aufweist.
Zwischen dem Federteller 44 und dem Gehäuse befindet sich
eine Feder 45, die somit gleichsinnig mit der Feder 27,
also gegensinnig zur Stellkraft des Proportionalmagneten
wirkt. Die Vorspannung der Feder 45 ist vorzugsweise ein
stellbar. In einer nicht dargestellten Ausführungsform
kann die Feder 45 entfallen und wird die von der Feder 45
aufgebrachte Federkraft auch von der Feder 27 geliefert.
Die Wirkungsweise des dargestellten Druckregelventils ist
wie folgt:
Wird von dem Proportionalmagneten 32 keine Stellkraft auf
gebracht, ist das Vorsteuerventil also in Ruhelage, so
schiebt die Feder 27 den Vorsteuerkolben 30 nach rechts,
so daß die Steuerkante 35 die Verbindung vom Steuerdruck
raum 15 zur Tankleitung 38 absperrt.
Daraus folgt, daß der Druck in beiden Steuerräumen 14 und
15 des Hauptregelkolbens gleich ist und dem Pumpendruck
entspricht. Die Druckfeder 20 schiebt den Hauptregelkolben
1 nach links, bis die Steuerkante 3 die Verbindung von der
Pumpe 10 zur Verbraucherleitung 11 absperrt und die Steuer
kante 4 die Verbindung der Verbraucherleitung 11 zum Tank T
freigibt.
Somit ist bei stromlosem Proportionalmagneten 32 der nied
rigst einstellbare Druck in der Verbraucherleitung 11 gleich
dem Tankdruck, d.h. Null bar. Durch die Sperrstellung der
Steuerkante 3 in der Verbindung zwischen der Pumpe und dem
Verbraucher ist ein Anfahrsprung des Verbrauchers 12 nicht
möglich.
Soll nun der Verbraucherdruck erhöht werden, so wird der
Proportionalmagnet 32 mit einem elektrischen Strom ange
steuert. Der Magnetanker 34 schiebt den Vorsteuerkolben 30
nach links und die Steuerkante 35 gibt die Öffnung 36 frei,
so daß der Steuerdruckraum 15 mit der Tankleitung 38 ver
bunden wird. Damit sinkt der Steuerdruck. Ist der Steuer
druck um das von der Feder 15 vorgegebene Δp gegenüber
dem Druck im Steuerraum 14 abgefallen, so bewegt sich der
Hauptregelkolben 1 nach rechts, die Steuerkante 3 öffnet
die Verbindung und die Steuerkante 4 schließt die Verbin
dung. Damit strömt Pumpendruckmittel zum Verbraucher. Der
im Verbraucher aufgebaute Druck belastet über die Leitung
25 und den Steuerraum 26 des Vorsteuerventils den Vorsteuer
kolben 30. Ist der Verbraucherdruck und damit die auf die
Kolbenfläche 28 des Vorsteuerkolbens 30 wirkende Kraft
entgegen der Stellkraft des Proportionalmagneten 32 soweit
angestiegen, daß beide Kräfte gleich groß sind, dann dros
selt die Steuerkante 35 den Steuerdruck im Raum 15 auf den
Druck im Steuerraum 14 minus dem Δp der Feder 15.
Der Kolben 1 bewegt sich nach links in Regelstellung der
Steuerkanten 3 und 4. Aus dem Anschluß 8 fließt entspre
chend dem Querschnitt der Drossel 18 und dem Δp der Feder
15 Steuerflüssigkeit über die Steuerkante 35 zur Tanklei
tung 38.
Wird ein kleinerer Verbraucherdruck gewünscht, so wird der
Sollwert des Vorsteuerventils verringert, d.h. die Magnet
kraft auf den Vorsteuerkolben 30 entsprechend dem neuen
Sollwert reduziert. Dadurch wird der Vorsteuerkolben 30
nach rechts verschoben und die Steuerkante 35 drosselt,
so daß der Steuerdruck im Raum 15 ansteigt. Die Feder 20
schiebt den Kolben 1 nach links und die Steuerkante 3
schließt die Verbindung vom Anschluß 8 zum Verbraucher.
Gleichzeitig öffnet die Steuerkante 4 die Verbindung vom
Verbraucher zum Tank, so daß der Verbraucherdruck sinkt.
Sind der Verbraucherdruck und damit die hydraulische Kraft
auf die Stirnfläche 28 des Vorsteuerkolbens 30 soweit abge
sunken, daß die hydraulische Kraft auf die Kolbenfläche 28
kleiner ist als die Kraft des Proportionalmagneten 32, dann
schiebt dieser den Vorsteuerkolben 30 nach links. Die Steuer
kante 35 öffnet und der Steuerdruck im Raum 15 sinkt ab.
Der höhere Druck im Steuerraum 14 schiebt den Kolben 1 nach
rechts in die neue Regelstellung.
Das Druckregelventil weist ferner folgende Eigenschaften
auf, wenn am Vorsteuerventil Änderungen des Sollwerts vor
genommen werden, um entsprechende Änderungen des Verbrau
cherdruckes, nämlich von einem hohen Druck auf einen nied
rigeren oder umgekehrt, einzustellen.
Bei einem elektrischen Sollwertsprung von einem niedrigen
auf einen höheren Druck wird der Proportionalmagnet 32 mit
einem entsprechend höheren elektrischen Strom angesteuert
und damit die aufgebrachte Stellkräft erhöht. Diese Magnet
kraft überwiegt gegenüber der auf der Kolbenfläche 28 la
stenden hydraulischen Kraft. Dadurch ist der Stößel 33 in
der Lage, den Vorsteuerkolben 30 nach links zu verschieben
und dabei die Öffnung 36 zum Vorsteuerdruckraum 15 zu
öffnen. Der Öffnungshub und somit auch der Drosselquer
schnitt zwischen der Öffnung 36 und der Steuerkante 35 ist
von der Differenz zwischen der Magnetkraft einerseits und
der hydraulischen Kraft auf die Kolbenfläche 28 sowie der
Federkonstante der Druckfedern 27 und 45 bestimmt. Die
Federkonstante der Feder 45 ist verhältnismäßig groß ge
wählt. Die Feder 45 besitzt also eine steile Federkenn
linie. Durch Abströmen der Steuerflüssigkeit aus dem Raum
15 in die Tankleitung 38 sinkt der Steuerdruck.
Bei einem Sollwertsprung größer als 30% vom gesamten Stell
bereich schiebt der höhere Druck im Steuerraum 14 den Haupt
regelkolben 1 nach rechts auf den Anschlag 21. Dabei wird
die Feder 20 höher vorgespannt. Auch diese Druckfeder hat
eine große Federkonstante. Der Verbraucherdruck steigt nun
mehr an und der Vorsteuerkolben 30 wird nach rechts ver
schoben. Damit entspannt sich die Feder 45 und im gleichen
Maße erhöht sich die vom Proportionalmagneten aufgebrachte
Stellkraft auf den Vorsteuerkolben 30 bis zum Wert des
vorgegebenen Sollwertes.
Ist der Verbraucherdruck soweit angestiegen, daß die Diffe
renz zum vorgegebenen Sollwert nur noch 30% vom gesamten
Stellbereich des Ventils beträgt, ist der Vorsteuerkolben
30 in eine Stellung verschoben, in der der Drosselquer
schnitt an der Steuerkante 35 so dimensioniert ist, daß
der Vorsteuerdruck im Raum 15 den Hauptregelkolben 1 noch
nicht vom Anschlag 21 abhebt. Der Kolben 1 befindet sich
somit noch am Anschlag 21. Die hydraulische Kraft zwischen
den beiden Kolbenstirnflächen in den Räumen 14 und 15 ist
mit der Feder ausgeglichen. Steigt der Verbraucherdruck
weiter an, so wird von der Steuerkante 35 des Vorsteuer
kolbens der Öffnungsquerschnitt 36 verringert und damit der
Steuerdruck erhöht. Damit beginnt die Schließbewegung des
Kolbens 1, die somit bei etwa 30% vom gesamten Stellbe
reich für den Verbraucherdruck beginnt. Von der Feder 45
wird somit die Kraft des Proportionalmagneten auf den Vor
steuerkolben 30 beeinflußt, die eine vorgezogene Schließ
bewegung des Hauptregelkolbens zur Folge hat.
Unterstützt wird die vorgezogene Schließbewegung zusätzlich durch die
große Federkonstante der Feder 20. Die hohe Federkonstante
erzeugt ein großes Δp zwischen den Drücken in den Steuer
räumen 14 und 15. Durch dieses Δp erhöht sich die über die
Drossel 18 in den Vorsteuerdruckraum 15 einfließende Steuer
ölmenge beachtlich. Hieraus folgt ein Rückstau an der Dros
selstelle 36, der die vorgezogene Schließbewegung des
Hauptregelkolbens 1 unterstützt. Durch diese Maßnahme wird
das Einschwingverhalten unabhängig vom Mediumvolumen und
vom Verbraucherdruck verbessert. Auch ist der Verbraucher
druck nicht direkt auf den Hauptregelkolben zurückgeführt,
so daß sich entsprechende Druckschwankungen, die vom Ver
braucher verursacht sind, nicht so stark auf das Haupt
ventil auswirken. Die Rückführung des Verbraucherdrucks
erfolgt nur auf das Vorsteuerventil, dessen Regelverhalten
entsprechend steif ausgelegt werden kann, so daß sich
Druckschwankungen des Verbrauchers weniger nachteilig
auswirken können.
Bei Sollwertsprüngen kleiner als 30% vom gesamten Stellbereich
des Vorsteuerventils ist die vorgezogene Schließbewegung
des Hauptregelkolbens anteilig kleiner.
Umgekehrt wird auch bei einem elektrischen Sollwertsprung
von einem hohen auf einen niedrigen Druck das Einschwing
verhalten verbessert.
In Fig. 2 ist eine Ausführung dargestellt, in der ledig
lich der Vorsteuerkolben 30′ des Vorsteuerventils abge
ändert ist. Hierbei handelt es sich um ein Sitzventil, das
die Verbindung zwischen der Steuerdruckleitung 40 zu der
den Verbraucher führenden Leitung 25 steuert. Alle anderen
Bauteile sind baugleich mit den in Fig. 1 dargestellten
Ventilen und mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Da
somit der Drosselquerschnitt zur Einstellung des Steuer
drucks im Raum 15 zum Verbraucherdruck hin erfolgt, muß der
Steuerdruck im Vergleich zum einzustellenden Verbraucher
druck entsprechend hoch sein.
In Fig. 3 ist eine geänderte Ausführungsform des Haupt
regelkolbens 1 dargestellt. Im übrigen sind die Bauteile
baugleich mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
und tragen gleiche Bezugszeichen. In Fig. 3 mündet die
Pumpendruckleitung 10 in den Steuerraum 14 und die Steuer
kanten 3 und 4 sind beidseits eines Kolbenabschnitts des
Hauptregelkolbens 1 angeordnet, so daß je nach Lage des
Hauptregelkolbens die zum Verbraucher 12 führende Leitung
11 über den Steuerraum 14 mit dem Systemdruck oder über die
Ausnehmung 9 mit dem Tank verbindbar ist.
Claims (8)
1. Vorgesteuertes 3-Wege-Druckregelventil, dessen
Hauptregelkolben auf beiden Stirnseiten Steuerräume begrenzt,
von denen der eine Steuerraum von dem vom Vorsteuerventil
festgelegten Steuerdruck beaufschlagt ist, wobei vom
Hauptregelkolben abhängig vom Steuerdruck ein Verbraucher
mit einer Pumpe oder einem Tank verbindbar ist, und bei dem
der Vorsteuerkolben vom Verbraucherdruck entgegen der auf
den Vorsteuerkolben wirkenden Stellkraft beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Steuerräume (14, 15) des Hauptregelkolbens (1) mit der Pumpe (10) verbunden sind, wobei im Zulauf zum Steuerdruckraum (15) eine Drossel (18) vorgesehen ist,
daß der Steuerdruck den Hauptregelkolben (1) in Richtung der Verbindung des Verbrauchers (12) mit dem Tank und der Pumpendruck den Hauptregelkolben (1) in Richtung der Verbindung des Verbrauchers (12) mit der Pumpe (10) belastet, und
daß die Absteuerung des Steuerdrucks auf ein niedrigeres Druckniveau am Vorsteuerkolben (30) mit steigendem Verbraucherdruck gedrosselt wird.
daß beide Steuerräume (14, 15) des Hauptregelkolbens (1) mit der Pumpe (10) verbunden sind, wobei im Zulauf zum Steuerdruckraum (15) eine Drossel (18) vorgesehen ist,
daß der Steuerdruck den Hauptregelkolben (1) in Richtung der Verbindung des Verbrauchers (12) mit dem Tank und der Pumpendruck den Hauptregelkolben (1) in Richtung der Verbindung des Verbrauchers (12) mit der Pumpe (10) belastet, und
daß die Absteuerung des Steuerdrucks auf ein niedrigeres Druckniveau am Vorsteuerkolben (30) mit steigendem Verbraucherdruck gedrosselt wird.
2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß vom Vorsteuerkolben (30) die Verbindung
des Steuerdruckraums (15) mit einer zum Tank führenden
Leitung (38) steuerbar ist.
3. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß vom Vorsteuerkolben (30′) die Verbindung
des Steuerdruckraums (15) mit einer zum Verbraucher führenden
Leitung (25) steuerbar ist (Fig. 2).
4. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß entgegen der Stellkraft auf
den Vorsteuerkolben (30) eine Federkraft drückt.
5. Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß von der Feder (27, 45) eine vorbestimmte
Mindestkraft aufgebracht wird, wenn sich der Vorsteuerkolben
(30) im Drosselbereich befindet und daß dabei ein Verbraucherdruck
einstellbar ist, der kleiner ist als der von der
Stellkraft vorgegebene Sollwert des Verbraucherdrucks, und
daß durch die Drosselung der Steuerdruck soweit erhöht wird,
daß der Hauptregelkolben (1) in Richtung des Schließens der
Verbindung zwischen Verbraucher (12) und Pumpe (10) belastet
wird.
6. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil von einem
Proportionalmagneten (32) betätigbar ist.
7. Druckregelventil nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß am Anker (34) des Proportionalmagneten
(32) eine zusätzliche Feder (45) angeordnet ist, die gleichsinnig
mit einer den Vorsteuerkolben (30) belastenden Feder
(27) und gleichsinnig mit dem Verbraucherdruck sowie gegensinnig
zur Stellkraft wirkt.
8. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erhöhen des Verbraucherdrucks
der Steuerdruck soweit abgesenkt wird, daß der Hauptregelkolben
(1) entgegen der Kraft einer im Steuerdruckraum
(15) angeordneten Druckfeder (20) an einem gehäuseseitigen
Anschlag (21) abgestützt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873739824 DE3739824C2 (de) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Vorgesteuertes 3-Wege-Druckregelventil |
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Publications (2)
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DE3739824C2 true DE3739824C2 (de) | 1994-09-29 |
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Family Applications (1)
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