EP0092064A2 - Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils - Google Patents

Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils Download PDF

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EP0092064A2
EP0092064A2 EP83102910A EP83102910A EP0092064A2 EP 0092064 A2 EP0092064 A2 EP 0092064A2 EP 83102910 A EP83102910 A EP 83102910A EP 83102910 A EP83102910 A EP 83102910A EP 0092064 A2 EP0092064 A2 EP 0092064A2
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EP
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actuating
piston
sliding body
pressure
spring
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Reiner Bartholomäus
Michel Rivolier
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Bosch Rexroth AG
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Mannesmann Rexroth AG
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
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    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87169—Supply and exhaust
    • Y10T137/87193—Pilot-actuated
    • Y10T137/87209—Electric

Definitions

  • the invention relates to a device with the features specified in the preamble of claim 1.
  • both actuating devices must be arranged at one end and there are difficulties in that the actuating forces acting on them the sliding body act, should be the same size in both adjustment directions.
  • the object on which the invention is based is therefore to design the device of the type described at the outset in such a way that, when the two adjusting devices are arranged on one side, the adjusting forces in both directions of movement of the sliding body are the same with simple means.
  • a second solution according to the invention is carried out with the features specified in claim 4. If the circular surface of the actuating piston is acted upon, the pressure applied by the associated actuating device is also transmitted to the annular surface, thus generating a counter pressure. Since the area ratio of the ring area to the circular area is 1: 2, the different actuating forces are compensated in a purely hydraulic way, so that the compensating spring can be omitted. The adjustment forces in both directions of movement of the sliding body are thus the same.
  • the device according to the invention is suitable both for actuating the spool of directional valves, but also for other valves and in particular also for actuating the pistons of variable pumps.
  • a spool 10 is slidably disposed in a housing bore 11 of a valve housing 12.
  • the pressure medium paths to and from a consumer are not shown.
  • the sliding body 10 could also be connected to the adjusting device of a variable pump.
  • an actuating piston 14 is attached, which has a larger diameter than the spool 10.
  • the actuating piston 14 divides two pressure spaces 16 and 17 from the housing 15.
  • the pressure in the control chamber 16 is controlled by the control device 18 and the pressure in the control room 17 by the control device 19.
  • the pressure in the control chamber 17 acts on the circular surface 20 of the adjusting piston 14, while the pressure in the control chamber 16 acts on the annular surface 21 of the adjusting piston, which results from the difference between the outside diameter of the adjusting piston and the diameter of the piston slide 10.
  • a compensating spring 24 is supported at one end on a stop of the housing 12 and at the other end on a spring plate 25 which is pressed by the spring 24 against a housing stop 26, whereby the on the spring plate supported adjusting piston 14 and thus the piston valve 10 is pressed into the starting position shown.
  • a return spring 27 is provided, one end of which is also supported on the spring plate 25 and the other end of which is supported on a spring holder 28 which, in the starting position shown, is supported on a collar 29 of the slide piston and on the stop of the housing 12.
  • FIG. 2 shows a section through one of the adjusting devices 18 and 19.
  • the actuating device consists of a proportional magnet 30, the plunger 31 of which acts in a known manner on a piston 32 which works against a compression spring 33.
  • the pressure at the pressure connection 34 which is connected to the control chamber 16 or the control chamber 17, is set in a current-dependent manner by energizing the proportional magnet 30.
  • the plunger 31 of the magnet armature displaces the control piston 32 against the compression spring 33. Pressure medium then flows from the one with Pressure medium source connected port 35 to port 34.
  • the actuating device 19 If, on the other hand, the actuating device 19 is actuated, the pressure in the space 17 acts on the circular surface 20 and the piston slide 10 is displaced upwards, the return spring also being compressed again, in addition to the return spring, but also the compensating spring 24, which is supported on the housing stop 12 .
  • the compensating spring 24 must be dimensioned such that it compensates for the difference in the actuating forces, which is caused by the fact that the same pressure, which is actuated by the actuating devices, applies to actuating surfaces of different sizes, namely to the circular surface 20 and to the annular surface 21 of the actuating piston 14 works.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment in which a sliding body 10 is also connected to an actuating piston 14, which divides a control chamber 17 from a control chamber 16. Each control room is in turn connected to an actuating device 18 or 19.
  • a return spring 27 is in turn arranged between the actuating piston 14 and the piston slide 10, which is supported at one end on the spring plate 25 already described and at its other end on a spring holder 28. A compensation spring is not provided.
  • FIG. 4 the control piston 14 and the control rooms 16 and 17 are shown schematically.
  • the actuators 18 to 19 are provided with the pressure reducing valves 38 and 39 described with reference to FIG. 2, their connections being provided with the reference numerals used in FIG. 2 in FIG. 4. If the actuator 18 is actuated, the connections 35 and 34 are connected to one another at the pressure reducing valve 38, so that pressure medium is in the control Room 16 arrives and the actuating piston 14 moves to the right, the displaced volume flowing to the tank connection 36 of the pressure reducing valve 38.

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Abstract

Ein Schiebekörper, insbesondere der Kolbenschieber eines Ventils, wird in beiden Verstellrichtungen von Druckmittel betätigt, das auf die Ringfläche bzw. die Kreisfläche eines am Schiebekörper einseitig befestigten Stellkolbens wirkt. Der Ausgleich der infolge der unterschiedlich großen Druckangriffsflächen des Stellkolbens bedingten unterschiedlichen Stellkräfte erfolgt durch eine Feder oder eine hydraulische Gegenkraft.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Es ist bekannt, je eine Stelleinrichtung jeweils an einem Ende des Schiebekörpers am Gehäuse anzuordnen. Dabei ergeben sich keine Schwierigkeiten, da die von dem eingesteuerten Druck beaufschlagten Stellflächen des Schiebekörpers gleich groß sind, so daß sich gleiche Stellkräfte in jeder Bewegungsrichtung des Schiebekörpers ergeben.
  • Soll aber die Betätigung des Schiebekörpers in beiden Richtungen einseitig erfolgen, da das gegenüberliegende Ende des Schiebekörpers entweder unzugänglich ist oder zum Anschluß anderer Einrichtungen freibleiben soll, so müssen beide Stelleinrichtungen am einen Ende angeordnet werden und ergeben sich Schwierigkeiten insofern, als die Stellkräfte, die auf den Schiebekörper wirken, in beiden Verstellrichtungen gleich groß sein sollen.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß bei einseitiger Anordnung beider Stelleinrichtungen die Verstellkräfte in beiden Bewegungsrichtungen des Schiebekörpers mit einfachen Mitteln gleich sind.
  • Diese Aufgabe ist in einer ersten erfindungsgemäßen Lösung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hiernach wird der Unterschied zwischen der Ringfläche und der Kreisfläche des Stellkolbens, der bei jeweils gleichen Drücken zu ungleichen Stellkräften führt, dadurch ausgeglichen, daß bei Druckbeaufschlagung der Kreisfläche, also der größeren Stellfläche zusätzlich eine Ausgleichsfeder zusammengedrückt wird, die so abgestimmt ist, daß die auf den Schiebekörper wirkende Verstellkraft gleich der Verstellkraft ist, die von der anderen Stelleinrichtung hervorgerufen wird, wenn die Ringfläche des Stellkolbens beaufschlagt wird, wobei in der durch diese hervorgerufene Bewegungsrichtung des Schiebekörpers die Ausgleichsfeder wirkungslos ist.
  • Ein erheblicher Vorteil ist darin zu sehen, daß beide Stelleinrichtungen völlig identisch aufgebaut sind und bei gleichen Signalen für den Magnetantrieb den gleichen Druck einsteuern und daß der Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte durch eine Ausgleichsfeder vorgenommen wird.
  • Eine zweite erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den im Patentanspruch 4 angegebenen Merkmalen. Wird die Kreisfläche des Stellkolbens beaufschlagt, so wird gleichzeitig der von der zugeordneten Stelleinrichtung eingesteuerte Druck auch auf die Ringfläche übertragen, erzeugt also einen Gegendruck. Da das Flächenverhältnis von Ringfläche zur Kreisfläche 1 : 2 beträgt, erfolgt ein Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte auf rein hydraulischem Wege, so daß die Ausgeichsfeder in Wegfall geraten kann. Die Verstellkräfte in beiden Bewegungsrichtungen des Schiebekörpers sind somit gleich.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich sowohl zum Betätigen der Kolbenschieber von Wegeventilen, aber auch von anderen Ventilen und insbesondere auch zum Betätigen der Kolben von Verstellpumpen.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1 eine Schnittansicht einer Betätigungsvorrichtung für den Kolbenschieber eines Wegeventils,
    • Figur 2 eine Schnittansicht durch ein Druckreduzierventil als Stelleinrichtung,
    • Figur 3 eine Schnittansicht durch eine Betätigungs- vorrichtung in abgeänderter Ausführung mit hydraulischem Ausgleich und
    • Figur 4 ein Schaltschema der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform.
  • Gemäß Figur 1 ist ein Kolbenschieber 10 in einer Gehäusebohrung 11 eines Ventilgehäuses 12 verschiebbar angeordnet. Die Druckmittelwege zu und von einem Verbraucher sind nicht dargestellt. Der Schiebekörper 10 könnte auch mit der Verstelleinrichtung einer Verstellpumpe verbunden sein. An einer Verlängerung 13 des Kolbenschiebers 10 ist ein Stellkolben 14 befestigt, der einen größeren Durchmesser als der Kolbenschieber 10 aufweist. Der Stellkolben 14 teilt im Gehäuse 15 zwei Druckräume 16 und 17 ab. Der Druck im Steuerraum 16 wird von der Stelleinrichtung 18 und der Druck im Steuerraum 17 von der Stelleinrichtung 19 eingesteuert.
  • Der Druck im Steuerraum 17 wirkt auf die Kreisfläche 20 des Verstellkolbens 14, während der Druck im Steuerraum 16 auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens wirkt, die sich aus der Differenz des Außendurchmessers des Stellkolbens zum Durchmesser des Kolbenschiebers 10 ergibt.
  • Eine Ausgleichsfeder 24 stützt sich mit ihrem einen Ende an einem Anschlag des Gehäuses 12 und mit ihrem anderen Ende an einem Federteller 25 ab, der von der Feder 24 an einen Gehäuseanschlag 26 angedrückt ist, wodurch der am Federteller abgestützte Stellkolben 14 und damit der Kolbenschieber 10 in die dargestellte Ausgangslage gedrückt ist. Zusätzlich zur Ausgleichsfeder 24 ist eine Rückführfeder 27 vorgesehen, deren eines Ende ebenfalls am Federteller 25 abgestützt ist und deren anderes Ende an einem Federhalter 28 abgestützt ist, der in der dargestellten Ausgangslage an einem Bund 29 des Schieberkolbens und am Anschlag des Gehäuses 12 abgestützt ist.
  • In Figur 2 ist ein Schnitt durch eine der Stelleinrichtungen 18 bzw. 19 dargestellt. Die Stelleinrichtung besteht aus einem Proportionalmagnet 30, dessen Stößel 31 in bekannter Weise auf einen Kolben 32 wirkt, der gegen eine Druckfeder 33 arbeitet. Die Einstellung des Druckes am Druckanschluß 34, der mit dem Steuerraum 16 bzw. dem Steuerraum 17 verbunden ist, erfolgt stromabhängig durch Erregen des Proportionalmagneten 30. Der Stößel 31 des Magnetankers verschiebt den Steuerkolben 32 gegen die Druckfeder 33. Druckmittel strömt dann von dem mit einer Druckmittelquelle verbundenen Anschluß 35 zum Anschluß 34. Übersteigt die Summe der Kräfte von Ausgangsdruck x Kolbenfläche + Federkraft die dem Magnetstrom proportionale Magnetkraft, so wird der Kolben 32 in Richtung auf seine Ausgangslage zurückgeführt, so daß vom Anschluß 34 ein Teil des Druckmittels so lange zum Tankanschluß 36 abfließen kann, bis am Kolben 32 Kraftgleichgewicht herrscht.
  • Wird auf diese Weise durch Ansteuern der Stelleinrichtung 18 Druckmittel in den Raum 16 geleitet, das auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens 14 wirkt, so wird der Kolbenschieber 10 nach unten verschoben, wobei nur die Rückführfeder 27 zusammengedrückt wird, da der Federteller 25 am Gehäuseanschlag 26 festgehalten ist. Die Ausgleichsfeder 24 bleibt wirkungslos.
  • Wird dagegen die Stelleinrichtung 19 betätigt, so wirkt der Druck im Raum 17 auf die Kreisfläche 20 und wird der Kolbenschieber 10 nach oben verschoben, wobei ebenfalls wieder die Rückführfeder zusammengedrückt wird, zusätzlich zur Rückführfeder aber auch die Ausgleichsfeder 24, die sich am Gehäuseanschlag 12 abstützt. Die Ausgleichsfeder 24 muß so bemessen sein, daß sie den Unterschied der Stellkräfte ausgleicht, der dadurch hervorgerufen wird, daß der von den Stelleinrichtungen eingesteuerte gleiche Druck auf unterschiedlich große Stellflächen, nämlich einmal auf die Kreisfläche 20 und zum anderen auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens 14 wirkt.
  • In Figur 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt, in der ebenfalls ein Schiebekörper 10 mit einem Stellkolben 14 verbunden ist, der einen Steuerraum 17 von einem Steuerraum 16 abteilt. Jeder Steuerraum ist wiederum an eine Stelleinrichtung 18 bzw., 19 angeschlossen. Im Steuerraum 16 ist zwischen dem Stellkolben 14 und dem Kolbenschieber 10 wiederum eine Rückführfeder 27 angeordnet, die sich mit einem Ende an dem bereits geschilderten Federteller 25 und mit ihrem anderen Ende an einem Federhalter 28 abstützt. Eine Ausgleichsfeder ist nicht vorgesehen.
  • Vielmehr erfolgt der Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte durch die in Figur 4 dargestellte Schaltung der Druckreduzierventile. In Figur 4 sind der Stellkolben 14 und die Steuerräume 16 und 17 schematisch dargestellt. Die Stellantriebe 18 bis 19 sind mit den anhand der Figur 2 beschriebenen Druckreduzierventilen 38 bzw. 39 versehen, wobei in Figur 4 deren Anschlüsse mit den in Figur 2 verwendeten Bezugszeichen versehen sind. Wird der Stellantrieb 18 betätigt, so werden an dem Druckreduzierventil 38 die Anschlüsse 35 und 34 miteinander verbunden, so daß Druckmittel in den-Steuerraum 16 gelangt und den Stellkolben 14 nach rechts verschiebt, wobei das verdrängte Volumen zum TankanschluB 36 des Druckreduzierventils 38 abfließt.
  • Wird dagegen die Stelleinrichtung 19 betätigt und steuert das Druckreduzierventil 39 an, so gelangt Druckmittel vom Anschluß 35 über 34 sowohl in den Steuerraum 17 als auch über die Zweigleitung 40 und den Anschluß 36 und 34 des nichtangesteuerten Druckreduzierventils 38 in den Steuerraum 16. Verhält sich die Ringfläche 21 zur Kreisfläche 20 wie 1 : 2, so sind bei gleichen von der Stelleinrichtung 18 oder 19 eingesteuerten Drücken des Druckmittels die Stellkräfte am Stellkolben 14 gleich groß.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines in einer Gehäusebohrung verschiebbaren und unter der Kraft einer Rückführfeder stehenden Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils, wobei für jede Verstellrichtung des Schiebekörpers eine Stelleinrichtung insbesondere mit einem Magnetantrieb vorgesehen ist, bei dessen Betätigung ein Steuerkolben verschoben und Druckmittel auf ein dem Steuerkolben zugeordneten Stellfläche des Schiebekörpers geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Schiebekörper (10) ein Stellkolben (14) befestigt ist, dessen dem Schiebekörper abgekehrte Kreisfläche (20) mit dem von der ersten Stelleinrichtung (19) eingesteuerten Druck und dessen dem Schiebekörper zugekehrte Ringfläche (21) mit dem von der zweiten Stelleinrichtung (18) eingesteuerten Druck beaufschlagt ist, und daß die Ringfläche des Stellkolbens (14) von einer Ausgleichsfeder (24) zum Ausgleich der durch die unterschiedlich großen Verstellflächen von Ring- und Kreisfläche ausgeübten ungleichen Stellkräfte beaufschlagt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsfeder (24) mit einem Ende am Gehäuse (12) und mit dem anderen Ende auf einem Federteller (25) abgestützt ist, der an dem Stellkolben (14) und einem Gehäuseanschlag (26) abgestützt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Ausgleichsfeder (24) eine Rückführfeder (27) angeordnet ist, die mit einem Ende am Federteller (25) und mit dem anderen Ende an einem am Schieberkörper (10) und im Gehäuse (12) abgestützten Halter (28) abgestützt ist.
4. Vorrichtung zum Betätigen eines in einer Gehäusebohrung verschiebbaren und unter der Kraft einer Rückführfeder stehenden Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils, wobei für jede Verstellrichtung des Schiebekörpers eine Stelleinrichtung insbesondere mit einem Magnetantrieb vorgesehen ist, bei dessen Betätigung ein Steuerkolben verschoben und Druckmittel auf ein dem Steuerkolben zugeordneten Stellfläche des Schiebekörpers geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite ein Stellkolben (14) befestigt ist, dessen der Stirnseite abgekehrten Kreisfläche (20) mit dem von der ersten Stelleinrichtung (19) einge- steuerten Druck und dessen der Stirnfläche zugekehrten Ringfläche (21) mit dem von der zweiten Stelleinrichtung (18) eingesteuerten Druck beaufschlagt ist und der von der ersten Stelleinrichtung (19) eingesteuerte Druck zum Ausgleich der durch die unterschiedlich großen Verstellflächen von Ring-und Kreisfläche ausgeübten ungleichen Stellkräfte zusätzlich die Ringfläche beaufschlagt, deren Fläche die Hälfe der Kreisfläche beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 mit je einem von einem Magnetantrieb betätigten Druckreduzierventil als Stelleinrichtung, wobei der zum Stellkolben führende Anschluß mit einer Druckmittelquelle oder mit Tank verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankanschluß (36) der zweiten Verstelleinrichtung (18) mit dem zur Kreisfläche des Stellkolbens führenden Anschluß (34) der ersten Stelleinrichtung verbunden ist.
EP83102910A 1982-04-21 1983-03-24 Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils Expired EP0092064B1 (de)

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