DE69119914T2

DE69119914T2 - Druckkompensiertes strömungsverstärkendes tellerventil

Info

Publication number: DE69119914T2
Application number: DE69119914T
Authority: DE
Inventors: James A. Joliet Il 60435 Aardema; Andrew H. Peoria Il 61615 Nippert; Lawrence F. Joliet Il 60432 Schexnayder
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: DE69119914D1; JP3090275B2; EP0602036A1; WO1993005303A1; EP0602036B1; JPH07503083A; US5137254A; AU1250892A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Hydrauliksteuerventile der Sitzbauart bzw. Sitzhydrauliksteuerventile und insbesondere auf ein druckkompensiertes, strömungsverstärkendes Sitzventil.

Technischer Hintergrund

Auf eine Bauart von hydraulischen Steuerventilen mit niedriger Leckage wird im Allgemeinen als Sitzventil Bezug genommen. Solche Sitzventile weisen typischerweise ein zylindrisches Sitzventilelement auf, und zwar mit einem Ende mit verringertem Durchmesser, das gegen einen Ventilsitz im Ventil sitzt. Strömungsmittelfluß von einem Einlaßanschluß durch das Ventil zu einem Auslaßanschluß wird gesteuert durch steuerbares Bewegen des Ventilelementes vom Sitz weg. Eine Basisbauart eines Sitzventils besitzt einen Drosselungsschlitz durch das Ventilelement, um den Einlaßanschlußdruck mit einer Steuerkammer an der Hinterseite des Ventilelementes zu verbinden. Der Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer übt eine Schließkraft auß das Ventilelement aus, wodurch es gegen den Ventilsitz gehalten wird. Eine Feder wird auch im Allge meinen verwendet, um das Ventilelement gegen den Ventilsitz zu halten, wenn die Einlaß-, Steuer- und Auslaßdrükke alle gleich sind.
Ein Verfahren zum Steuern der Öffnungsposition des Sitzventilelementes ist es, die Steuerkammer mit dem Auslaßanschluß zu verbinden, und zwar durch eine variabel regulierende Zumeßöffnung eines Pilot- bzw. Vorsteuerventils. Die variable regulierende Zumeßöffnung ist normalerweise geschlossen, so daß der Strömunungsmitteldruck in der Steuerkammer gleich dem Einlaßdruck ist, und daß das Sitzventilelement gegen den Ventilsitz gepreßt wird, und zwar durch den Druck in der Steuerkammer. Eine Öffnung des Sitzventilelementes wird erreicht durch steuerbares Öffnen der variablen regulierenden Zumeßöffnung, um die Steuerkammer mit dem Auslaßanschluß zu verbinden. Dies erzeugt einen Druckabfall durch bzw. über den Drosselungsschlitz in dem Ventilelement, so daß der Einlaßdruck das Ventil vom Ventilsitz wegdrückt, wenn der Steuerdruck unter den Balance- bzw. Ausgleichdruck fällt. Der Öffnungsgrad des Ventilelementes wird darauffolgend gesteuert, und zwar durch Steuern des Flusses durch die variable Regulierungszumeßöffnung des Vorsteuerventils, um den Fluß durch den Drosselungsschlitz zu regulieren. Dieses Steuerverfahren wird in US-A-4.535.809 beschrieben. Eines der Probleme bei dieser Konstruktion ist, daß der Fluß bzw. die Strömung durch das Sitzventil ansteigt und abfällt, und zwar mit ansteigenden bzw. abfallenden Druckabfällen zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen. Der Druckabfall zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßanschluß verändert sich mit veränderlichen bzw. wechselnden Belastungen und/oder Druckabfall aufgrund anderer Kreise des Hydrauliksystems.
Ein weiteres Verfahren zum Steuern der Position des Sitzventilelementes, auch beschrieben in US-A-4.535.809, weist das Hinzufügen eines Druckminderungsventils auf, und zwar in Serie mit der variablen Regulierungszumeßöffnung, die im vorhergegangenen Absatz beschrieben wurde. Das Druckminderungsventil hält einen konstanten Druckabfall über die variable Regulierungszumeßöffnung aufrecht. Der Drosselungsschlitz dieser Konstruktion ist zu einem gewissen Grad immer offen, um Steuerströmungsmittelfluß durch den Schlitz zu gestatten, um die Steuerkammer unter Druck zu setzen, und um das Ventilelement gegen den Sitz zu drücken. Der Öffnungsgrad durch den Schlitz, wenn das Ventilelement gegen den Ventilsitz sitzt, hängt von Herstelltoleranzen ab. Jedoch, aufgrund dieses Steuerflusses nimmt der Auslaßfluß mit ansteigendem Druckabfall zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen ab.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere Probleme wie oben beschrieben zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein druckkompensiertes druckverstärkendes Sitzventil einen Einlaßanschluß auf, einen Auslaßanschluß, eine zylindrische Bohrung und ein langgestrecktes Ventilelement mit einem ersten Kolbenteil, der gleitend in der zylindrischen Bohrung angeordnet ist, wodurch eine Steuerkammer definiert wird. Das Ventilelement ist beweglich zwischen einer geschlossenen Position, in der der Einlaßenschluß vom Auslaßanschluß abgeblockt bzw. abgesperrt ist, und einer geöffneten Position, um eine Hauptströmungsregulierzumeßöffnung zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen einzurichten bzw. vorzusehen. Der erste Kolbenteil weist eine variable Zumeßöffnung zwischen dem Einlaßanschluß und der Steuerkammer auf. Fluß- bzw. Strömungsregulierungsdurchlaßmittel sind vorgesehen zum Verbinden der Steuerkammer mit dem Auslaßanschluß. Ventilmittel regulieren steuerbar den Strömungsmittelfluß durch die Flußregulierungsdurchlaßmittel. Mittel sind vorgesehen zum Einrichten bzw. Vorsehen eines begrenzten Kompensationsflußpfades von der Steuerkammer zum Auslaßanschluß parallel zu den Flußregulierungsdurchlaßmitteln. Die Einrichtungs- bzw. Vorsehungsmittel weisen eine Kompensationszumeßöffnung auf, die in dem Kompensationsflußpfad angeordnet ist, und ein Kompensationsventil, das beweglich ist zwischen einer variablen geöffneten Position zum Steuern von Strömungsmittelfluß durch den Kompensationsflußpfad, und einer geschlossenen Position, wobei Strömungsmittelfluß durch den Kompensationsflußpfad abgeblockt wird.
Es ist wünschenswert, die flußverstärkenden Sitzventile zu druckkompensieren, so daß der Auslaßfluß des Ventils im Wesentlichen konstant bleibt, und zwar für eine gegebene Öffnung eines Vorsteuerventils, und zwar ungeachtet der Lastdruckveränderungen oder des Einlaßdruckes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei zur besseren Darstellung Teile im Querschnitt gezeigt sind;
Figur 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Figur 1; und
Figur 3 bis 6 sind schematische Veranschaulichungen anderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Ein druckkompensiertes strömungsverstärkendes Sitzventil ist generell durch das Bezugszeichen 10 angezeigt, und weist einen zusammengesetzten bzw. Kompositventilkörper 11 und ein Ventilelement 12 auf. Der Körper weist folgendes auf: Ein Paar von konzentrischen zylindrischen Bohrungen 13, 14, ein Paar von axial beabstandeten Ringen bzw. Ringräumen 16, 17, einen Einlaßanschluß 19 in Verbindung mit dem Ring 17, einen Auslaßanschluß 21 in Verbindung mit der zylindrischen Bohrung 14, und einen Ventilsitz 22 zwischen der zylindrischen Bohrung 14 und dem Auslaßanschluß 21. Die zylindrische Bohrung 14 ist in einer ringförmigen Hülse 24 geformt bzw. ausgebildet, die passend in einer Bohrung 26 sitzt. Eine Vielzahl von Strömungsmodulierungsanschlüssen 27 erstrecken sich durch die Hülse 24, um den Ring 17 mit der zylindrischen Bohrung 14 zu verbinden.
Das Ventilelement 12 besitzt ein Paar von konzentrischen Kolbenteilen 28, 29, die gleitend in den zylindrischen Bohrungen 13 bzw. 14 angeordnet sind, und eine ringförmige Reaktionsoberfläche 31 dazwischen definieren. Eine Steuerkammer 32 wird durch den Ring 16 und das Ende des Kolbenteils 28 definiert. Das Gebiet bzw. der Querschnitt des Endes des Kolbenteils 28 ist wesentlich größer als das Gebiet der Oberfläche 31. Der Kolbenteil 29 endet an bzw. mit einem konischen Endteil 34 und arbeitet mit den Anschlüssen 27 zusammen, um eine Hauptflußregulierungszumeßöffnung 35 vorzusehen. Ein Paar von Flußbzw. Strömungssteuerzumeßöffnungen 36 mit variabler Fläche bzw. variablem Querschnitt ist in dem Kolbenteil 28 vorgesehen, um den Einlaßanschluß 19 mit der Steuerkammer 32 zu verbinden. Die Zumeßöffnungen 36 sind in der Form eines Paares von sich achseal erstreckenden rechteckigen Schlitzen 37, die mit dem Einlaßanschluß 19 durch ein Paar von sich diagonal erstreckenden Durchlässen 38 verbunden sind. Wie genauer in Figur 2 gezeigt, ist ein Minimalflußgebiet bzw. ein Minimalströmungsquerschnitt "a" der Schlitze 37 immer geöffnet, um kontinuierlich den Einlaßanschluß 19 mit der Steuerkammer 32 zu verbinden. Eine leichtgewichtige Feder 39, die zwischen dem Ventilelement 12 und dem Körper 11 angeordnet ist, drückt federnd den konischen Endteil 34 in dichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz 22.
Eine druckkompensierte Pumpe 41 mit variabler Verdrängung ist mit dem Einlaßanschluß 19 verbunden, und ein Motor 42 ist mit dem Auslaßanschluß 21 verbunden.
Das Sitzventil 10 weist auch folgendes auf: Strömungsregulierdurchlaßmittel 43, die die Steuerkammer 32 mit dem Auslaßanschluß 21 verbinden, Ventilmittel 44 zum steuerbaren Regulieren des Strömungsmittelflusses durch die Durchlaßmittei 43 und Mittel 45 zum Vorsehen bzw. Einrichten eines begrenzten Kompensationsflußpfades 46 von der Steuerkammer 32 zum Auslaßanschluß 21 parallel zu den Durchlaßmitteln 43. Die Durchlaßmittel 43 weisen einen Regulierungsdurchlaß 47 auf, der mit der Steuerkammer 32 und dem Auslaßanschluß 21 verbunden ist, und sich dazwischen erstreckt. Die Ventilmittel 44 weisen ein Druckminderungsventil 48 und ein Flußregulierungsventil 49 auf, die seriell bzw. aufeinander folgend in dem Reguherungsdurchlaß 47 angeordnet sind. Das Flußregulierungsventil 49 ist beweglich zwischen einer geschlossenen Position, wobei die Verbindung durch den Regulierungsdurchlaß 47 abgeblockt wird, und einer stufenlos variablen geöffneten Position, wodurch eine variable Regulierungszumeßöffnung 50 vorgesehen wird zum Regulieren von Strömungsmittelfluß durch den Regulierungsdurchlaß 47. Das Druckminderungs- bzw. Druckreduzierventil 48 hält einen im Wesentlichen konstanten Druckabfall über das Regulierungsventil 49 in seiner geöffneten Position aufrecht.
Der Flußpfad 46 weist einen Kompensationsdurchlaß 51 auf, der mit dem Durchlaß 47 verbunden ist, und zwar an gegenüberliegenden Seiten der Ventile 48 und 49. Die Vorsehungsmittel 45 weisen Mittel 52 auf zum Steuern von Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 51 des Flußpfades 46. Die Regulierungsmittel 52 weisen eine Kompensations zumeßöffnung 53 und ein Kompensationsventil 54 auf, und zwar seriell bzw. in Reihe angeordnet im Durchlaß 51. Das Kompensationsventil 54 ist beweglich zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position, um modulierbar Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 51 zu steuern. Die Kompensationzumeßöffnung 53 sieht ein Maximalflußgebiet bzw. einen Maximalflußquerschnitt durch den Durchlaß 51 vor, und zwar in der vollständig geöffneten Position des Kompensationsventils 54.
In diesem Ausführungsbeispiel sind das Druckregulierungsventil 48 und das Kompensationsventil 54 in einem einzigen Ventil kombiniert gezeigt, und zwar beweglich zwischen den Positionen A, B und C. Eine solche Bewegung kann durch irgendwelche geeigneten Mittel durchgeführt werden, wie beispielsweise Vorsteuerbetätigung, Elektromagnetbetätigung oder mechanische Betätigung. Alternativ können das Flußregulierungsventil und das Kompensationsventil 54 getrennte Ventile sein, die aufeinander folgend betätigt werden. Auch kann die Zumeßöffnung 53 innerhalb des Kompensationsventils 54 verkörpert sein und durch den Maximalöffnungsquerschnitt des Kompensationsventils vorgesehen sein.
Andere Ausführungsbeispiele eines druckkompensierenden flußverstärkenden Sitzventils 10 der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren 3 bis 6 offenbart. Es sei bemerkt, daß die gleichen Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, um ähnlich konstruierte entsprechende Elemente dieser Ausführungsbeispiele zu bezeichnen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 verbindet der Kompensationsdurchlaß 51 die zylindrische Bohrung 13 mit dem Auslaßanschluß 21 und das Kompensationsventil 54 wird durch einen Schlitz 57 gebildet, der in dem Kolbenteil 28 des Ventilelementes 12 vorgesehen ist. Der Schlitz 57 ist in kontinuierlicher Verbindung mit der Steuerkammer 32. Die Verbindung durch den Kompensationsdurchlaß 51 ist durch den Kolbenteil 28 blockiert, wenn der Endteil 34 gegen den Ventilsitz 22 sitzt.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel der Figur 3, mit der Ausnahme, daß die Vorsehungsmittel 45 aufweisen, daß der Endteil 34 des Ventilelementes 12 axial vom Kolbenteil 29 getrennt ist, und zwar durch einen Teil 58 mit verringertem Durchmesser, wobei der Ventilsitz 22 axial von den Anschlüssen 27 beabstandet ist, und zwar durch eine ringförmige Kammer bzw. Ringkammer 59, die in der Hülse 24 gebildet ist, und wobei der Kompensationsdurchlaß 51 die Bohrung 13 mit dem Ring 59 verbindet.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind der Kompensationsdurchlaß 51, die Zumeßöffnung 53 und ein Kompensationsventil 62 innerhalb des Ventilelementes 12 angeordnet. Insbesondere weist das Kompensationsventil 62 ein Sitzventil 63 auf, und zwar mit einem Kolben 64, der gleitend in einer axialen Bohrung 66 angeordnet ist, und definiert eine Betätigungskammer 67 in Verbindung mit dem Einlaßanschluß 19 durch eine Öffnung 68. Ein konischer Ventilteil 69 des Sitzventils 63 wird gegen einen Ventilsitz 71 vorgespannt, und zwar durch eine Feder 72, die in einer zur Steuerkammer 32 geöffneten Kammer 73 angeordnet ist. Der Kompensationsdurchlaß 51 verbindet die dem Ventilsitz 71 benachbarte Bohrung 66 mit dem Auslaßanschluß 21.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 weisen die Ventilmittel 44 eine feste Zumeßöffnung 74 auf, die im Regulierungsdurchlaß 47 angeordnet ist, und ein Druckregulierungsventil 76, das auch im Regulierungsdurchlaß 47 angeordnet ist, und zwar stromaufwärts der Zumeßöffnung 74, um steuerbar den Druckabfall über die feste Zumeßöffnung 74 zu variieren. Das Kompensationsventil 54 ist in das Regulierungsventil 76 eingebaut, und ist im Durchlaß 51 des Kompensationsflußpfades 46 angeordnet, ähnlich dem Ausführungsbeispiel der Figur 1.

Industrielle Anwendbarkeit

Mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Figur 1, wenn sowohl das Regulierungsventil 49, als auch das Kompensationsventil 54 in der geschlossenen Position sind, die durch den Buchstaben "A" wie in Figur 1 gezeigt dargestellt wird, geht Strömungsmittel vom Einlaßanschluß 19 durch die Durchlässe 38 und die Schlitze 37 in die Steuerkammer 32. Weil es keinen Strömungsmittelfluß durch die Durchlässe 47 und 51 gibt, ist der Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer 32 im Wesentlichen gleich dem Strömungsmitteldruck im Einlaßanschluß 19. Wenn das Gebiet bzw. der Querschnitt des Ventilelementes 12, das dem Strömungsmitteldruck in der Steuerkammer 32 unterworfen ist, größer ist als der Querschnitt der Reaktionsoberfläche 31 wird das Ventilelement 12 nach unten gedrückt, so daß der Endteil 34 dichtend mit dem Ventilsitz 22 in Eingriff bleibt. Wenn die Strömungsmitteldrücke im Einlaßanschluß 19 und im Auslaßanschluß 21 gleich sind, hält die Feder 39 das Ventilelement in der Dichtposition.
Bei der Verwendung des Ausführungsbeispiels der Figur 1 der vorliegenden Erfindung wird die Betätigung des Sitzventils 10 inizuert bzw. eingeleitet durch einleitende steuernde Bewegung des Kompensationsventils 54 von der "A"-Position in die "B"-Position. Dies richtet in steuerbarer Weise Strömungsmittelfluß ein, und zwar vom Einlaßanschluß 19 durch die Durchlässe 38, den Gesamtöffnungsquerschnitt "a" der Schlitze 37, die Steuerkammer 32, den Durchlaß 51, die Zumeßöffnung 53 und das Kompensationsventil 54 zum Auslaßanschluß 21. Eine Bewegung des Kompensationsventils 54 zwischen den "A"- und den "B" Positionen steuert modulierbar das Strömungsmittel, das durch den Durchlaß 51 hindurch geht, während die Zumeßöffnung 53 im Allgemeinen die Strömungsmittelmenge begrenzt, die durch den Durchlaß 51 des Flußpfades 46 hindurch geht. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Fluß durch das Regulierungsventil 49 in der "B"-Position immer noch blockiert. Der Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 51 ist ziemlich niedrig und erzeugt im Allgemeinen keinen Druckabfall, der ausreicht, um zu verursachen, das das Ventilelement 12 sich nach oben bewegt, um den md teil 34 vom Ventilsitz 22 abheben zu lassen. Auf solchen geringen Fluß wird Bezug genommen als Schwebefluß (impending flow).
Auf eine weitere Bewegung des Kompensationsventils 54 und des Regulierungsventils 49 von der "B"-Position in die "C"-Position steigt der Strömungsmittelfluß durch den Fluß- bzw. Strömungspfad 46 nicht, und zwar aufgrund der Größe der Zumeßöffnung 53. Jedoch öffnet eine Bewegung des Regulierungsventils 49 zwischen den "B"- und "C"- Positionen die Regulierungszumeßöffnung 50 und sieht Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 47 zwischen der Steuerkammer 32 und dem Auslaßanschluß 21 vor, und zwar ausreichend um einen Druckabfall zwischen dem Einlaßanschluß 19 und der Steuerkammer 32 zu erzeugen. Bei einigem geringem Regulierungsfluß durch die Regulierungszumeßöffnung 50 des Regulierungsventils 47 bewegt sich das Ventilelement 12 nach oben und hebt den Endteil 34 vom Ventilsitz 22 ab, jedoch deckt es nicht irgendeinen der Modulierungsanschlüsse 27 in der Hülse 24 ab. Bei ansteigendem Regulierungsfluß durch die Regulierungszumeßöffnung 50 und ansteigender Bewegung des Ventilelements 12 beginnt der Kolbenteil 29, die Anschlüsse 27 abzudecken, wodurch ein Strömungsmittelfluß durch die Hauptflußregulierungzumeßöffnung 35 eingerichtet bzw. vorgesehen wird, und zwar vom Einlaßanschluß 19 zum Auslaßanschluß 21. Die Aufwärtsbewegung des Ventilelementes 12 und somit der Öffnungsgrad der Anschlüsse 27 wird bestimmt durch den Fluß zwischen dem Einlaßanschluß 19 und der Steuerkammer 32, der wiederum modulierbar vom Öffnungsgrad des Flußregulierungsventils 49 gesteuert wird. An einer Gleichgewichtszustandsposition des Regulierungsventils 49 ist der Fluß durch die Schlitze 37 gleich dem Gesamtfluß durch die Durchlässe 47 und 51. Auch ist der Fluß durch die Hauptzumeßöffnung 35 um eine proportionale Menge größer als der Fluß durch die Regulierungszumeßöffnung 50.
Das Druckreduzierungsventil 48 funktioniert in seiner gewöhnlichen Weise, um einenkonstanten Druckabfall über das Regulierungsventil 49 aufrecht zu erhalten. Die Kombination der Kompensationszumeßöffnung 53 und des Kompensationsventils 54 im Flußpfad 46, ist parallel angeordnet mit dem Druckreduzierungsventil 48 und das Regulierungsventil 54 macht das Sitzventil im Wesentlichen vollständig kompensiert. Somit bleibt der Stömungsmittelfluß durch die Einlaß- und Auslaßanschlüsse im Wesentlichen konstant auf einer gegebenen Einstellung des Regulierungsventils 49, und zwar ungeachtet der Druckdifferenzen zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen 19, 21.
Im Allgemeinen wird, um das Sitzventil vollständig kompensiert zu machen, die Größe der Kompensationszumeßöffnung 53 geringfügig kleiner sein als der Gesamtquerschnitt "a" der Schlitze 37, der immer offen ist. Jedoch kann das Größenverhältnis zwischen der Zumeßöffnung 53 und dem Gesamtquerschnitt "a" variiert werden, um Schließflußkräfte zu kompensieren, die auf das Ventilelement 12 wirken, und die Strömungsmittelmenge, die zwischen dem Ventilelement und der Bohrung 13 hindurchleckt. Anhängig von der Größe der Flußkräfte und der Bohrungsleckage kann die Größe der Kompensationszumeßöffnung geringfügig geringer, gleich oder geringfügig größer sein als der offene Querschnitt "a" der Schlitze. In Wirklichkeit wird die Größe der Kompensationszumeßöffnung vorzugsweise so ausgewählt, daß der Endteil 34 gesetzt bzw. auf dem Sitz bleibt, wenn das Kompensationsventil in der "B"- oder "C"-Position ist, und der Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 51 durch die Kompensationszumeßöffnung begrenzt wird.
Alternativ kann der Auslaßfluß vom Auslaßanschluß 21 absichtlich so vorgesehen werden, daß er mit ansteigendem Druckabfall zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen ansteigt oder abfällt, und zwar durch Verändern der Größe der Kompensationzumeßöffnung 53 relativ zum Querschnitt "a" der Steuerschlitze 37, der immer geöffnet ist.
Bei der Verwendung des Ausführungsbeispiels der Figur 3 wird die Betätigung des Sitzventils 10 auf die offene Position iniziiert bzw. eingeleitet durch Öffnen der flußregulierenden Zumeßöffnung 50 des Regulierungsventils 49. Bei einigem geringem regulierten Fluß durch die Regulierungszumeßöffnung 50 bewegt sich das Ventilelement 12 nach oben, um den Endteil 34 vom Sitz 22 abzuheben bzw. abzusetzen und der Schlitz 57 steht in Verbindung mit dem Kompensationsdurchlaß 51. Ein Teil des Schwebeflusses geht durch den Kompensationsdurchlaß 51 und der Rest geht durch den Regulierungsdurchlaß 47. Ein Erhöhen des Regulierungsflusses durch die Regulierungzumeßöffnung bewirkt, daß das Ventilelement 12 sich weiter aufwärts bewegt. An einer vorbestimmten Position des Ventilelementes 12 begrenzt die feste Zumeßöffnung 53 den Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 51. Kurz danach beginnt der Kolbenteil 29, die Modulationsanschlüsse 27 abzudecken, wodurch gestattet wird, daß Strömungsmittelfluß vom Einlaßanschluß 19 durch die Anschlüsse 27 zum Auslaßanschluß 21 hindurch geht.
Der Betrieb bzw. die Betätigung des Ausführungsbeispiels der Figur 4 ist im Wesentlichen die gleiche wie das Ausführungsbeispiel der Figur 3. Jedoch wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Kompensationsdurchlaß 51 positiv vom Auslaßanschluß 21 abgeblockt, wenn der Endteil 34 gegen den Ventilsitz 22 sitzt. Somit wird jeglicher Leckagefluß über den Kolbenteil 28 positiv vom Auslaßanschluß 21 abgeblockt. Die anfängliche Aufwärtsbewegung des Ventilelementes 12 hebt den Endteil 34 vom Sitz ab, wodurch sofort eine Verbindung zwischen dem Kompensationsdurchlaß 51 und dem Auslaßanschluß 21 eingerichtet wird.
Mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Figur 5, wenn das Regulierungsventil in der blockierten Position ist, und der Endteil 34 gegen den Ventilsitz 22 sitzt, ist der Druck in der Steuerkammer 32 gleich dem Druck im Einlaßanschluß 19. Das Sitzventil 63 wird somit in die geschlossene Position gedrückt, die von der Feder 72 gezeigt wird. Wenn die Regulierungszumeßöffnung 50 des Regulierungsventils 49 anfänglich geöffnet wird, um Regulierungsströmungsmittelfluß durch den Regulierungsdurchlaß 47 einzuleiten, fällt der Druck in der Steuerkammer 32 ab, und zwar aufgrund des Druckabfalls über die Schlitze 37. Bei einigem geringem Druckabfall öffnet das Sitzventil 63, wodurch Strömungsmittelfluß von der Steuerkammer 32 durch den Kompensationsdurchleß 51 und die Zumeßöffnung 53 zum Auslaßanschluß 21 zugelassen wird. Bei einigem vorbestimmtem Druckabfall, wird das Sitzventil 63 vollständig geöffnet werden. Die Kompensationszumeßöffnung 53 begrenzt die Strömungsmittelmenge, die durch den Durchlaß 51 in der offenen Position des Kompensationsventils 53 hindurch gehen kann. Nachdem die Maximalflußrate durch den Durchlaß 51 erreicht worden ist, und mit einigem zusätzlichen Regulierungsfluß bewegt sich das Ventilelement 12 nach oben, wodurch der Endteil 34 vom Ventilsitz 22 abgesetzt bzw. abgehoben wird, und schließlich wird der Kolbenteil 29 die Anschlüsse 27 abdecken, um den Hauptfluß zwischen dem Einlaßanschluß 19 durch die Anschlüsse 27 zum Auslaßanschluß 21 einzuleiten.
Der Betrieb bzw. die Betätigung des Ausführungsbeispiels der Figur 6 wird eingeleitet durch das gleichzeitige Bewegen des kombinierten Druckregulierungsventils 76 und des Kompensationsventils 54. Die Anfangsbewegung des Kompensationsventils 54 gestattet es, daß Strömungsmittel durch den Kompensationsdurchlaß 51 von der Steuerkammer 32 zum Auslaßanschluß 21 fließt. Bei einem vorbestimmtem Punkt entspricht die Strömungsmittelflußrate durch den Durchlaß 51 der Größe der festen Zumeßöffnung 53, so daß eine weitere Öffnung des Kompensationsventils 54 keinen Effekt auf den Strömungsmittelfluß durch den Durchlaß 51 hat. Kurz nachdem dies auftritt, öffnet das Druckregulierungsventil 76, um Strömungsmittelfluß durch den Regulierungsdurchlaß 47 zu gestatten, um einen Druckabfall zwischen dem Einlaßanschluß 19 und der Steuerkammer 32 zu erzeugen. Wie zuvor beschrieben, bewegt sich bei ansteigendem Fluß durch den Regulierungsdurchlaß 47 das Ventilelement 12 anfangs nach oben, und zwar ausreichend, um den Endteil 34 vom Ventilsitz 22 abzuheben, wobei der Kolbenteil 29 darauffolgend die Anschlüsse 27 abdeckt, um Strömungsmittelfluß vom Einlaßanschluß 19 zum Auslaß anschluß 21 einzuleiten. Das Druckregulierungsventil 76 ist betätigbar, um steuerbar den Druckabfall über die feste Zumeßöffnung 74 zu variieren, und zwar im Verhältnis zur Eingangskraft, die auf das Regulierungsventil ausgeübt wird, um es in die offene Position zu bewegen.
Im Hinblick auf das Vorangegangene ist es leicht offensichtlich, daß die Struktur der vorliegenden Erfündung ein verbessertes druckkompensierendes flußverstärkendes Sitzventil vorsieht, das das Sitzventil im Wesentlichen vollständig druckkompensiert macht. Dies wird durchgeführt durch das Vorsehen eines Kompensationsventils und einer Kompensationszumeßöffnung in einem Kompensations durchlaß, und zwar parallel angeordnet mit den Ventilmitteln im Regulierungsflußdurchlaß, so daß der kleine bzw. geringe Fluß durch den Kompensationsdurchlaß im Wesentlichen der Flußmenge gleicht, die durch die Schlitze im Haupventilelement fließen kann, bevor der Hauptfluß zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen aufgebaut bzw. vorgesehen wird.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Druckkompensiertes flußverstärkendes Sitzventil (10); das folgendes aufweist:

Einen Einlaßanschluß (19);

Einen Auslaßanschluß (21);

Eine zylindrische Bohrung (13);

Ein langgestrecktes Ventilelement (12) mit einem ersten Kolbenteil (28), und zwar gleitend angeordnet in der Bohrung (13), wodurch eine Steuerkammer (32) definiert wird, wobei das Ventilelement (12) beweglich ist zwischen einer geschlossenen Position, in der der Einlaßanschluß (19) von dem Auslaßanschluß (21) abgeblockt bzw. abgeschnitten ist, und einer offenen Position, in der eine Hauptflußregulierungszumeßöffnung (35) zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen (19, 21) eingerichtet bzw. gebildet ist, wobei der erste Kolbenteil (28) eine variable Zumeßöffnung (36) zwischen dem Einlaßanschluß (19) und der Steuerkammer (32) aufweist;

Flußregulierungsdurchlaßmittel (43), die die Steuerkammer (32) mit dem Auslaßanschluß (21) verbinden; und Ventilmittel (44) zum steuerbaren Regulieren des Strömugsmittelflusses durch die Flußregulierungdurchlaßmittel (43), gekennzeichnet durch:

Mittel (45) zum Einrichten bzw. Aufbauen eines begrenzten Kompensationsflußpfades (46) von der Steuerkammer (32) zum Auslaßanschluß (21), und zwar parallel zu den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43), wobei die Einrichtungsmittel (45) eine Kompensationszumeßöffnung (53), die im Kompensationsflußpfad (46) angeordnet ist, und ein Kompensationsventil (54, 62) aufweisen, das beweglich ist zwischen einer variablen offenen Position zum Steuern des Strömungsmittelflusses durch den Kompensationsflußpfad (46) und einer geschlossenen Position, in der Strömungsmittelfluß durch den Kompensationsflußpfad blockiert wird.

2. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 1, wobei die Kompensationszumeßöffnung (53) eine Maximalströmungsfläche bzw. einen Maximalflußquerschnitt einrichtet bzw. vorsieht, um Strömungsmittelfluß durch den Kompensationsflußpfad (46) in der offenen Position des Druckkompensationsventils (54) zu begrenzen.

3. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 2, das einen ringförmigen Ventilsitz (22) aufweist, der zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen (19, 21) angeordnet ist, wobei das Ventilelement (12) einen Endteil (34) besitzt, der dichtend mit dem Ventilsitz (22) in der geschlossenen Position des Ventilelementes (12 im Eingriff steht.

4. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 3, wobei entweder die Ventilsitze (22) oder der Endteil (34) eine Kegelform besitzen.

5. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 3, das eine zweite zylindrische Bohrung (14) koaxial mit der ersten Bohrung (13) aufweist und eine Vielzahl von Anschlüssen (27), die den Einlaßanschluß (21) mit der zweiten Bohrung (14) verbinden, und wobei das Ventilelement (22) einen zweiten Kolbenteil (29) aufweist, der gleitend in der zweiten Bohrung (14) angeordnet ist, wobei der zweite Kolbenteil (29) und die Anschlüsse (27) zusammenarbeiten, um die Hauptflußregulierungs zumeßöffnung (35) zu definieren, wenn das Ventilelement (12) in der offenen Position ist.

6. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 5, wobei die variable Zumeßöffnung (36) einen sich axial erstreckenden Schlitz (37) aufweist, der im ersten Kolbenteil (28) angeordnet ist und in dauernder Verbindung mit dem Einlaßanschluß (19) ist.

7. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 6, wobei die Anschlüsse (27) axial vom Ventilsitz (22) beabstandet sind, und wobei eine Bewegung des Ventilelementes (12) in die offene Position eine Verbindung dahindurch aufbaut.

8. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 7, wobei der sich axial erstreckende Schlitz (37) einen Minimalströmungsquerschnitt besitzt, der immer zur Steuerkammer (32) hin offen ist, und wobei die Kompensationszumeßöffnung (53) einen Querschnitt besitzt, der im Wesentlichen gleich dem Minimalströmungsquerschnitt ist.

9. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 7, wobei die Ventilmittel (44) ein Flußregulierungsventil (49) aufweisen, das in den Strömungsregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und beweglich ist zwischen einer geschlossenen Position, in der die Verbindung durch die Flußregulierungsdurchlaßmittel (43) hindurch blokkiert ist, und einer stufenlos variablen offenen Position, die variable Verbindung durch die Flußregulierungsdurchlaßmittel (43) einrichtet bzw. schafft, und ein Druckminderungsventil (48), das in den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und zwar in aufeinanderfolgender Flußbeziehung mit dem Flußregulierungsventil 49 zum Aufrechterhalten eines im Wesentlichen konstanten Druckabfalls über das Flußregulierungsventil hinweg in seiner offenen Position.

10. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 9, wobei der Kompensationsflußpfad (46) einen Kompensationsdurchlaß (51) aufweist, der die Steuerkammer (32) mit dem Auslaßanschluß (21) verbindet, wobei die Kompensationszumeßöffnung (53) und das Kompensationsventil (54) im Kompensationsdurchlaß angeordnet sind.

11. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 10, wobei die Bewegung des Flußregulierungsventils (49) und des Druckkompensationsventils (54) sequentiell bzw. aufeinander folgend ist, wobei das Kompensationsventil (54) sich zuerst öffnet und eine Position erreicht, um einen Maximalströmungsmittelfluß durch den Kompensations durchlaß (51) einzurichten bzw. zu bewirken, bevor das Flußregulierungsventii (49) sich öffnet.

12. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 7, wobei der Kompensationsflußpfad (46) einen Kompensationsdurchlaß (51) aufweist, der die erste Bohrung (13) mit dem Auslaßanschluß (21) verbindet, und wobei das Kompensationsventil (54) den ersten Kolbenteil (28) und einen Strömungsmittelflußregulierungsdurchlaß (57) im ersten Kolbenteil (28) in dauernder Verbindung mit der Steuer kammer (32) aufweist.

13. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 12, wobei der Regulierungsdurchlaß (57) vom Kompensationsdurchlaß (51) abgeblockt ist, wenn das Ventilelement (12) in der geschlossenen Position ist, und in Verbindung mit dem Kompensationsdurchlaß (51) ist, bevor das Ventilelement (12) seine offene Position erreicht.

14. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 13, wobei die Ventilmittel (44) ein Flußregulierungsventil (49) aufweisen, das in den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und beweglich ist zwischen einer geschlossenen Position, in der die Verbindung durch die Flußregulierungsdurchlaßmittel (43) blockiert ist, und einer stufenlos variablen offenen Position, wobei eine variable Verbindung durch die Flußregulierungsdurchlaßmittel (43) aufgebaut wird, und ein Druckminderungs ventil das in den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und zwar in aufeinanderfolgender Flußbeziehung mit dem Flußregulierungsventil (49) zum Aufrechterhalten eines im Wesentlichen konstanten Druckabfalls über das Flußregulierungsventil an seiner offenen Position.

15. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 7, wobei der Kompensationsflußpfad 46 Mittel aufweist zum Definieren einer ringförmigen Kammer bzw. Ringkammer (59), die vom Auslaßanschluß (21) abgeblockt wird, und zwar in der geschossenen Position des Ventilelementes (12), und die mit dem Auslaßanschluß in der geöffneten Position des Ventilelementes (12) in Verbindung steht, und einen Kompensationsdurchlaß (51), der die erste Bohrung (13) mit der Ringkammer (59) verbindet, und wobei das Kompensationsventil (54) den ersten Kolbenteil (28) und einen Strömungsmittelflußregulierungsdurchlaß (57) im ersten Kolbenteil in dauernder Verbindung mit der Steuerkammer (32) aufweist.

16. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 15, wobei der Regulierungsdurchlaß (57) vom Kompensationsdurchlaß (51) abgeblockt wird, wenn das Ventilelement (12) in der geschlossenen Position ist, und in Verbindung mit dem Kompensationsdurchlaß (51) ist, bevor das Ventilelement (12) seine offene Position erreicht.

17. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 16, wobei die Ventilmittel (44) ein Flußregulierungsventil (49) aufweisen, das in den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und beweglich ist zwischen einer geschlossenen Position, in der die Verbindung durch die Flußregulierungsdurchlaßmittel (43) blockiert ist, und einer stufenlos variablen offenen Position, die eine variable Verbindung durch die Flußregulierungdurchlaßmittel (43) einrichtet bzw. schafft, und ein Druckminderungsventil, das in den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und zwar in aufeinanderfolgender Flußbeziehung mit dem Flußregulierungsventil (49) zum Aufrechterhalten eines im Wesentlichen konstanten Druckabfalls über das Regulierungsventil in seiner offenen Position.

18. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 7, wobei der Kompensationsflußpfad (46) einen Kompensationsdurchlaß (51) im Ventilelement (12), und wobei er in dauernder Verbindung mit dem Auslaßanschluß (21) ist, und wobei das Kompensationsventil (62) eine Bohrung (66) im Ventilelement (12) aufweist, und ein Sitzventil (63) aufweist, das in der Bohrung (66) des Ventilelementes (12) angeordnet ist, wobei das Sitzventil (63) die Verbindung zwischen der Steuerkammer (32) und dem Kompensationsdurchlaß (51) in seiner geschlossenen Position blockiert, und eine Verbindung zwischen der Steuerkammer (32) und dem Kompensationsdurchlaß (51) in seiner geöffneten Position aufgebaut bzw. einrichtet.

19. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 18, wobei folgendes vorgesehen ist: Ein Ventilsitz (71) benachbart zur Bohrung (66) im Ventilelement (12), ein konischer Teil bzw. Kegelteil (69) in dichtendem Eingriff mit dem Ventilsitz (71) in der geschlossenen Position des Kompensationsventils (62), und eine Feder (72), die federnd das Kompensationsventil (62) in die geschlossene Position drückt.

20. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 19, wobei das Sitzventil (63) einen Kolben (64) aufweist, der gleitend in der Bohrung (66) des Ventilelementes (12) angeordnet ist, wobei eine Betätigungskammer (67) definiert wird, und eine Öffnung (68), die den Einlaßanschluß (21) mit der Betätigungskammer (67) verbindet.

21. Flußverstärkendes Sitzventil (10) nach Anspruch 7, wobei die Ventilmittel (44) eine feste Zumeßöffnung (74) aufweisen, die in den Flußregulierungsdurchlaßmitteln (43) angeordnet ist, und ein Druckregulierungsventil (76), das in Serie bzw. in Reihe angeordnet ist mit der festen Zumeßöf§nung (74) und betätigbar bzw. betreibbar ist, um einen variablen Druckabfall über die feste Zumeßöffnung (74) proportional zu einer Eingangs- bzw. Eingabekraft aufrecht zu erhalten, die auf das Druckregulierungsventil angewandt wird.