DE3805288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Druckregelung in einem System sind 3/2-Regelventile bekannt. Der von einem elektrisch angesteuerten Vorsteuerventil eingestellte Steuerdruck beaufschlagt dabei die eine Seite des Regelkolbens in Richtung einer Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und dem Regeldruckraum, während eine Feder zusammen mit dem Regeldruck die andere Seite des Regelkolbens in Richtung einer Verbindung zwischen einem Tank und dem Regeldruckraum beaufschlagt. Derartige Ventile sind beispielsweise aus DE 33 47 000 A1 bekannt.

Bei einem bekannten 2-Wege-Sitzventil (DE 35 25 331 A1) ist zum Betätigen des Schließkörpers ein Stellkolben vorgesehen, der mit dem Schließkörper verbunden ist. Bei einem Proportionaldrosselventil (EP 00 83 688 A2) ist es darüber hinaus bekannt, den Stellkolben für den Regelkolben als Stufenkolben auszubilden, dessen unterschiedlich große Ringflächen wahlweise mit dem Steuerdruck eines Vorsteuerventils beaufschlagt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Regelgeschwindigkeit eines Regelventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu vergrößern.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.

Danach ist ein Stufenkolben vorgesehen, mit dem es möglich ist, das Druckgefälle zur Verstellung des Regelkolbens zu vergrößern und damit die Verstelldynamik des Regelkolbens zu erhöhen. Auch wenn der Regeldruck annähernd dem Druck der Druckmittelquelle ist, herrscht am Ventilkolben des Vorsteuerventils noch ein großes Druckgefälle, so daß der Regelkolben die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und dem Regeldruckraum öffnen kann. Ferner ist das Steuerhubvolumen zur Betätigung des Stufenkolbens verhältnismäßig gering.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur ein Schnitt durch ein Regelventil mit Vorsteuerventil dar­ gestellt ist.

Das Regelventil ist als Einbauventil in einen nicht darge­ stellten Ventilblock vorgesehen und besteht aus einem Ventilgehäuse 1 mit einer Bohrung 2, in der ein Regel­ kolben 3 verschiebbar angeordnet ist, der Steuerkanten 4 und 5 aufweist, über die der Regeldruckraum 6 mit einem zu einem Tank führenden Anschluß 7 bzw. einem zu einer Druckmittelquelle führenden Anschluß 8 verbindbar ist. Ferner weist der Regelkolben 3 Bohrungen 9 auf, so daß der Regeldruck auch im Raum 10 wirksam ist. Das Ventil­ gehäuse 1 ist an einem Ventildeckel 15 gehalten, das eine mit der Regelkolbenachse fluchtende Bohrung 16 aufweist, in der ein Stellkolben 17 verschiebbar angeordnet ist, der aus einem Stellkolbenabschnitt 18 größeren Durchmes­ sers und einem Stellkolbenabschnitt 19 mit kleinerem Durchmesser besteht. Der Abschnitt 19 mit dem kleineren Durchmesser D₂ ist dem Regelkolben 3 zugekehrt, ist ab­ dichtend durch eine Bohrung 20 geführt und mit dem Regel­ kolben bei 21 verbunden. Der Abschnitt 18 mit dem größeren Durchmesser D₁ ist abdichtend durch eine Bohrung 24 ge­ führt und erstreckt sich in einen Steuerdruckraum 22. Zwischen den beiden Abschnitten 18 und 19 befindet sich ein druckentlasteter Raum 25, der über einen Kanal 26 mit dem Tank verbunden ist. In dem Raum 25 ist eine Feder 28 angeordnet, die sich am Abschnitt 18 einerseits und am Ventildeckel 15 andererseits abstützt.

Achsparallel zur Bohrung 16 ist im Ventildeckel 15 eine weitere Bohrung 31 vorgesehen, in der ein Ventilkolben 32 eines Vorsteuerventils angeordnet ist, das ein 3/2-Wege­ ventil ist, wobei ein zum Steuerdruckraum 22 führender Anschluß 33 mit einem mit der Druckmittelquelle verbunde­ nen Anschluß 34, 34a oder mit der den Tankdruck führenden Bohrung 31 verbindbar ist. Das Vorsteuerventil wird von einem Proportionalmagnet 35 mit angebautem Wegaufnehmer 41 geregelt. Der Kern des Wegaufnehmers und der Anker des Proportionalmagneten sind fest miteinander verbunden.

Ferner ist an dem Stellkolbenabschnitt 18 ein Stift 38 befestigt, der den Steuerdruckraum 22 durchsetzt und in den Innenraum eines Wegaufnehmers 40 ragt. An dem Stift 38 ist der Kern des Wegaufnehmers fest angebracht. Die Bauweise der beiden Weggeber ist allgemein bekannt.

Das von dem Wegaufnehmer 40 erzeugte elektrische Signal entspricht dem Istwert der Position des Regelkolbens 3. Das Signal wird in einer Regelschaltung 42 mit einem Sollwert verknüpft und hieraus eine Regelgröße gebildet, die zur Ansteuerung des unterlagerten Regelkreises 42a mit Proportionalventil 35 und Wegaufnehmer 41 und damit zur Ein­ stellung eines Steuerdrucks im Raum 22 dient.

Die Funktionsweise des Regelventils ist wie folgt: Wird am Sollwerteingang der Regelschaltung 42 der Sollwert Null % eingegeben, so soll der Regelkolben 3 die darge­ stellte Position einnehmen, nämlich seine Mittelposition, in der der Raum 6 gegenüber den zum Tank und zur Druck­ mittelquelle führenden Anschlüssen 7 und 8 an den Steuer­ kanten 4 und 5 abgesperrt ist. Die Istwertposition des Regelkolbens 3 wird vom Weggeber 40 erfaßt und in die Regelschaltung 42 geführt. Solange am Reglereingang eine Soll-Istwertdifferenz ansteht, wird eine Stellgröße für den unterlagerten Regelkreis 42a mit dem Proportionalmagnet 35 und Wegaufnehmer 41 gebildet, die den Vorsteuerkolben 32 so ansteuert, daß über den Steuerdruck im Raum 22 der Regel­ kolben 3 verstellt wird, bis die Soll-Istwertdifferenz im Regelkreis 42 Null ist und somit die entsprechende Position des Regelkolbens 3 erreicht ist.

Das Einstellen des Steuerdrucks im Raum 22 erfolgt in be­ kannter Weise durch das Vorsteuerventil 32, wobei der Anschluß 33 mit Hilfe des Kolbenbundes 36 über den Ring­ raum 37 mit dem Druckanschluß 34, 34a oder mit der den Tankdruck führenden Bohrung 31 verbindbar ist.

Der Regelkolben 3 ist druckausgeglichen, so daß der Regel­ druck im Raum 6 nur auf die durch den Durchmesser D₂ be­ stimmte Fläche des Stellkolbenabschnitts 19 wirkt. Gleich­ sinnig mit dem Regeldruck wirkt die Feder 28. Diesen Kräften wirkt der Steuerdruck im Raum 22 entgegen. Steht am Regler 42 keine Differenz zwischen Sollwert und Ist­ wert an, sind die Kräfte am Stellkolben 17 im Gleichge­ wicht.

Wird der Sollwert von Null bis 100% erhöht, so öffnet die Steuerkante 5 den Druckanschluß 8 zum Raum 6, wird dagegen der Sollwert von Null bis minus 100% verstellt, so öffnet die Steuerkante 4 den Raum 6 zum Tankanschluß 7.

Soll bei einem Sollwertsprung beispielsweise die Steuer­ kante 5 den Druckanschluß 8 mit dem Regeldruckraum 6 ver­ binden, so wird über das Vorsteuerventil 32 ein erhöhter Steuerdruck im Raum 22 eingesteuert. Da die vom Steuer­ druck beaufschlagte Fläche des Stellkolbenabschnitts 18 erheblich größer ist, als die vom Regeldruck beauf­ schlagte Fläche des Abschnitts 19, stellt sich im Stell­ kolben ein hohes Druckgefälle ein. Über den Anschluß 33 kann Steuerdruckmittel mit hohem Druckgefälle und somit großer Menge in den Raum 22 einströmen, so daß der Stell­ kolben 17 und damit der Regelkolben 3 schnell in Öffnungs­ stellung gelangen. Es ist auch dann ein hohes Druckge­ fälle vorhanden, wenn der Regeldruck im Raum 6 gleich oder annähernd gleich dem Druck der Druckmittelquelle im Anschluß 8 ist. Es kann also auch in diesem Zustand der Regelkolben 3 die Verbindung des Raums 6 zum Anschluß 8 öffnen. Für die Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit des Regelventils ist es auch günstig, daß das Steuerhubvolumen des Raums 22 bedeutend kleiner ist als der Raum 10, wenn der Steuerdruck unmittelbar den Regelkolben 3 beaufschlagt.

Soll dagegen über die Steuerkante 4 die Verbindung des Raums 6 zum Tankanschluß 7 geöffnet werden, so wird vom Vorsteuerventil der Kanal 33 zum Tank hin geöffnet. Die Druckfeder 28, unterstützt von der auf den Kolbenabschnitt 19 wirkenden Regeldruckkraft, verschiebt den Stellkolben nach links.

Claims (9)

1. Regelventil mit einem Regelkolben, der durch einen Steuerdruck gegensinnig zu einem auf den Regelkolben wirkenden Regeldruck einstellbar ist, mit Steuerkanten zur Verbindung des Regeldruckraumes mit einer Druckmittelquelle oder einem Tank, mit einem Vorsteuerventil zum Erzeugen des Steuerdrucks und mit einer Regelschaltung, die abhängig von einem Sollwert und einer Iststellung des Regelkolbens ein Signal zur Ansteuerung des Vorsteuerventils erzeugt, wobei der Regelkolben mit einem Stellkolben verbunden ist, der als Stufenkolben ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druck beaufschlagbaren Flächen des Stufenkolbens (17) kleiner sind als die Querschnittsfläche des Regelkolbens (3), daß die größere Querschnittsfläche des Stufenkolbens mit dem Steuerdruck und die kleinere Querschnittsfläche mit dem Regeldruck beaufschlagt ist, wobei zum Druckausgleich für den mit dem Stufenkolben (17) verbundenen Regelkolben (3) ein an die dem Stufenkolben zugekehrte und mit diesem verbundene Endfläche angrenzender Raum (10) vorgesehen ist, der mit dem Regeldruck beaufschlagt ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsflächen des Stufenkolbens (17) etwa 2 : 1 ist.

3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die dem Regelkolben (3) zugekehrte Endfläche des Stufenkolbens (17) angrenzender Raum (25) vorgesehen ist, der mit dem Tank verbunden ist und in dem eine entgegen dem Steuerdruck wirkende Feder (28) angeordnet ist.

4. Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellkolbenabschnitt (19) mit einem kleineren Durchmesser (D₂) abdichtend in einer Gehäusebohrung (20) zwischen dem mit dem Tank verbundenen Raum (25) und dem Regelkolben (3) und ein Stufenkolbenabschnitt (18) mit einem größeren Durchmesser (D₁) abdichtend in einer Gehäusebohrung (24) zwischen dem mit dem Tank verbundenen Raum (25) und dem vom Steuerdruck beaufschlagten Ende des Stellkolbens (17) angeordnet ist.

5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhöhung des Steuerdrucks eine Verbindung zwischen dem Regeldruckraum (6) und einem Druckanschluß (8) und bei Verringerung des Steuerdrucks eine Verbindung zwischen dem Regeldruckraum (6) zu einem Tankanschluß (7) geöffnet wird.

6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stufenkolben (17) ein Wegaufnehmer (40) befestigt ist.

7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (17) und das Vorsteuerventil (32) achsparallel in einem Gehäusedeckel (15) angeordnet sind.

8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäusedeckel (15) ein Ventilgehäuse (1) für den Regelkolben (3) zum Einbau in einen Ventilblock angeordnet ist.

9. Regelventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil ein 3/2- Proportionalwegeventil ist, das neben dem den Steuerdruck führenden Raum (22) angeordnet ist und dessen Bohrung (31) in einen zum Tank führenden Anschluß (26) mündet, der in den druckentlasteten Raum (25) zwischen den beiden Stufenkolbenabschnitten (18, 19) mündet.