DE19615028A1

DE19615028A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE19615028A1
Application number: DE19615028A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dantlgraber; Michael Robohm
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-10-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil mit einem Steuer kolben, auf dessen eine Seite eine Steuerkraft wirkt und dessen entgegengesetzte Seite mit einem Regeldruck, der ein Maß für die Größe der Steuerkraft ist, beaufschlagt ist.

Ein derartiges Druckregelventil ist aus dem Datenblatt RD 58032/09.95 "Proportional-Druckreduzierventil, Typ FT DRE 2 K . . . , Serie 3X" bekannt. Dieses Druckregelventil besitzt einen Steuerkolben, auf dessen eine Seite eine Steuer kraft wirkt und dessen andere Seite von dem Ausgangsdruck des Druckregelventils beaufschlagt ist. Der Ausgangsdruck des Druck regelventils stellt sich so ein, daß er ein Maß für die Größe der Steuerkraft ist, die von der entgegengesetzten Seite auf den Steuerkolben wirkt. Der Ausgangsdruck des Druckregelventils wird daher im folgenden als Regeldruck bezeichnet. Bei dem aus dem Datenblatt RD 58032/09.95 bekannten Druckregelventil wird die Steuerkraft durch einen Elektromagneten erzeugt. Bei anderen Druckregelventilen wird die Steuerkraft hydraulisch durch einen auf eine Stirnfläche des Steuerkolbens wirkenden Steuerdruck oder mechanisch durch Auslenkung einer mit dem Steuerkolben kraftschlüssig verbundenen Feder erzeugt. Diese Druckregel ventile sind nur schwach gedämpft, d. h. der stationäre Wert des Regeldruckes stellt sich bei einer sprungförmigen Änderung der Steuerkraft erst nach mehreren Überschwingungen auf den neuen Wert ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dämpfung von Druckregelventilen der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Regeldruck zusätzlich über eine hydraulische nachgebende Rückführung im Sinne einer Gegenkopplung auf den Steuerkolben wirkt. Entsprechend der Wahl der Parameter der nachgebenden Rückführung läuft der Regeldruck mit verringerten Überschwingungen oder ganz überschwingungsfrei auf einen neuen Sollwert ein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unter anspruch 2 gekennzeichnet. Die nachgebende Rückführung läßt sich einfach durch einen Dämpfungskolben realisieren, der unter Bildung von zwei Druckräumen in einem Gehäuse geführt ist, wobei der eine Druckraum über eine Blende mit dem Regeldruck und der andere Druckraum direkt mit dem Regeldruck beaufschlagt ist. Die Verzögerungszeitkonstante der nachgebenden Rückführung ist durch das Volumen des Druckraumes, dem der Regeldruck über die Blende zugeführt ist, und durch die Querschnittsfläche der Blende bestimmt. Eine Vergrößerung des Volumens des Druckraumes, dem der Regeldruck über die Blende zugeführt ist, führt ebenso wie eine Verringerung der Querschnittsfläche der Blende zu einer Vergrößerung der Verzögerungszeitkonstante. Der Verstärkungs faktor der nachgebenden Rückführung ist das Produkt aus der Fläche des Dämpfungskolbens in dem Druckraum, dem der Regeldruck über die Blende zugeführt ist, und der Verzögerungszeit konstanten.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von drei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein elektro-magnetisch gesteuertes Druckregelventil,

Fig. 2 ein hydraulisch gesteuertes Druckregelventil und

Fig. 3 ein mechanisch gesteuertes Druckregelventil.

Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein elektro-magnetisch gesteuertes Druckregel ventil in schematischer Darstellung. In einem Gehäuse 1 ist ein Steuerkolben 2 mit zwei Steuerkanten 3 und 4 geführt. Der Steuerkolben 2 ist in der Ruhestellung dargestellt. In dieser Stellung des Steuerkolbens 2 ist der Ausgang A des Druckregel ventils mit dem Tank T verbunden. Der Steuerkolben 2 ist kraft schlüssig mit dem Anker 5 eines Elektromagneten 6 verbunden. Der Anker 5 ist in einem Gehäuse 7 geführt, das Bestandteil des Ankerkreises ist. Die Spule des Elektromagneten 6 ist mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Sie befindet sich außerhalb des Gehäuses 7. Links und rechts von dem Anker 5 befinden sich Ankerräume 9 und 10. Die Ankerräume 9 und 10 sind über einen Kanal 11 miteinander und über einen weiteren Kanal 12 mit dem Tank T verbunden. Die Kanäle 11 und 12 dienen zum Volumen ausgleich des Druckmittels zwischen den Ankerräumen 9 und 10 sowie dem Tank T bei einer Bewegung des Ankers 5. Eine Feder 13 hält den Anker 5 und den Steuerkolben 2 in der Ruhestellung, wenn die Spule 8 des Elektromagneten 6 nicht bestromt ist. Bei der Feder 13 handelt es sich um eine relativ weiche Feder, die relativ stark vorgespannt ist. Wird die Spule 8 des Elektro magneten 6 bestromt, wird der Anker 5 entsprechend der Höhe des Stromes, der durch die Spule 8 fließt, ausgelenkt. Der Anker 5 übt auf den Steuerkolben 2 eine im folgenden als Steuerkraft bezeichnete Kraft aus, die entgegen der Kraft der Feder 13 gerichtet ist. Die Steuerkraft ist der Sollwert des Druckregel ventils. Der Ausgang A des Druckregelventils ist über Leitungen 14 und 15 mit einem Druckraum 16 verbunden. Der Druck, der sich am Ausgang A des Druckregelventils einstellt, ist der Regel druck. Er ist mit p_A bezeichnet. Der Regeldruck p_A beaufschlagt die Stirnfläche des Steuerkolbens 2 im Druckraum 16 und erzeugt eine Gegenkraft zu der Steuerkraft des Elektromagneten 6. Die Gegenkraft ist proportional dem als Regelgröße des Druckregel ventils dienenden Regeldruck p_A. Ist die Spule 8 des Elektro magneten 6 bestromt, wirkt die Steuerkraft von der linken Seite auf den Steuerkolben 2. Der Steuerkolben 2 bewegt sich nach rechts. Die Steuerkante 3 schließt dabei die Verbindung von dem Ausgang A zum Tank T, und die Steuerkante 4 öffnet danach die Verbindung von der Pumpe P zum Ausgang A. Der Regeldruck p_A im Druckraum 16 übt auf den Steuerkolben 2 eine Gegenkraft aus, die der von dem Anker 5 auf den Steuerkolben 2 ausgeübten Steuer kraft entgegenwirkt. Strömungskräfte sind in dieser Betrach tungsweise vernachlässigt. Der Steuerkolben 2 nimmt im eingeschwungenen Zustand eine Lage ein, in der die Summe aus der Gegenkraft und der Kraft der Feder 13 gleich der Steuerkraft ist.

Um den Einschwingvorgang besser zu dämpfen, ist ein Dämpfungs kolben 17 vorgesehen. Der Dämpfungskolben 17 ist über den Anker 5 mit dem Steuerkolben 2 kraftschlüssig verbunden. Der Dämpfungskolben 17 ist in einem Gehäuse 18 geführt. Links und rechts von dem Dämpfungskolben 17 befindet sich je ein Druckraum 19 bzw. 20. Der Regeldruck p_A ist dem Druckraum 19 über eine Leitung 21 und eine Blende 22 verzögert zugeführt. Dem Druckraum 20 ist der Regeldruck p_A dagegen über die Leitung 21 und eine weitere Leitung 23 unverzögert zugeführt. Der Dämpfungskolben 17 mit den von dem Regeldruck p_A beaufschlagten Druckräumen 19 und 20 sowie die Blende 22 bilden eine hydraulische nachgebende Rückführung. Die von den Drücken in den Druckräumen 19 und 20 beaufschlagten Flächen 24 und 25 des Dämpfungskolbens 17 sind gleich groß. Diese Rückführung dämpft Schwingungen des Regel druckes p_A Da eine Änderung des Regeldruckes p_A in dem Druck raum 19 erst später wirksam wird als in dem Druckraum 20, ergibt sich zunächst eine resultierende Kraft, die der Steuerkraft entgegenwirkt. Diese Kraft verringert sich in dem Maße, in dem sich der Druck in dem Druckraum 19 dem Regeldruck p_A in dem Druckraum 20 angleicht. Wenn sich auch in dem Druckraum 19 der Regeldruck p_A eingestellt hat, wirken auf den Dämpfungskolben 17 von beiden Seiten gleich große Kräfte, da die Flächen 24 und 25 des Dämpfungskolbens 17 gleich groß sind. Die Verzögerungszeit konstante der nachgebenden Rückführung ist mit T₁ bezeichnet. Sie ist durch das Volumen des Druckraumes 19 und durch die Querschnittsfläche der Blende 22 bestimmt. Eine Vergrößerung des Volumens des Druckraumes 19 führt ebenso wie eine Verringerung der Querschnittsfläche der Blende 22 zu einer Vergrößerung der Verzögerungszeitkonstante T₁ der nachgebenden Rückführung. Der Verstärkungsfaktor der nachgebenden Rückführung ist das Produkt aus der Fläche 24 des Dämpfungskolbens 17 und der Verzögerungs zeitkonstanten T₁.

Abweichend von dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungs beispiel ist es auch möglich, den Anker 5 als Dämpfungskolben auszugestalten, so daß auf einen gesonderten Dämpfungskolben verzichtet werden kann. In diesem Fall dienen die Ankerräume 9 und 10 als Dämpfungsräume, und der Kanal 11 in dem Anker 5 ist zusätzlich mit einer Blende zu versehen. Außerdem wird dem Ankerraum 10 über den Kanal 12 anstelle des Tankdruckes der Regeldruck p_A zugeführt. Die Verzögerungszeitkonstante T₁ dieser nachgebenden Rückführung ist durch das Volumen des Ankerraumes 9 und die Querschnittsfläche der Blende zwischen den Ankerräumen 9 und 10 bestimmt. Der Verstärkungsfaktor der nachgebenden Rück führung ist dann das Produkt aus der dem Ankerraum 9 zugewandten Fläche des Ankers und der Verzögerungszeitkonstanten T₁.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres hydraulisch gesteuertes Druck regelventil in schematischer Darstellung. Die als Sollwert für den Regeldruck p_A dienende Steuerkraft wird durch einen Steuer druck p_st erzeugt. Der Steuerdruck p_st ist einem Steuerraum 26 zugeführt. Die Steuerkraft ist das Produkt aus dem Steuerdruck p_st und einer ringförmigen Fläche 27. Die ringförmige Fläche 27 ist die Querschnittsfläche des Steuerkolbens 2 vermindert um die Querschnittsfläche der Kolbenstange des Steuerkolbens 2. Eine Feder 28, die in dem Druckraum 16 angeordnet ist, hält den Steuerkolben 2 in der Ruhestellung, wenn dem Steuerraum 26 kein Steuerdruck zugeführt ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel dämpft die aus dem Dämpfungskolben 17, den Druckräumen 19 und 20 sowie der Blende 22 bestehende nachgebende Rückführung den Einschwingvorgang des Regeldruckes p_A, wie im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt ein drittes hydraulisch gesteuertes Druck regelventil in schematischer Darstellung. Die als Sollwert für den Regeldruck p_A dienende Steuerkraft wird durch Zusammen drücken einer Feder 29 erzeugt, deren eine Seite sich an dem Steuerkolben 2 und dessen andere Seite sich an einem Federteller 30 abstützt. Die Lage des Federtellers 30 ist ein Maß für die Größe der Steuerkraft. Die Verschiebung des Federtellers 30 erfolgt über einen zweiarmigen Hebel 31, beispielsweise das Fahrpedal einer mobilen Arbeitsmaschine. Eine Feder 32, die in dem Druckraum 16 angeordnet ist, hält den Steuerkolben 2 in der Ruhestellung, wenn sich der Federteller 30 in der Ruhestellung befindet und daher keine Steuerkraft auf den Steuerkolben 2 wirkt. Mit dem Steuerkolben 2 ist eine nachgebende Rückführung kraftschlüssig verbunden. Die nachgebende Rückführung besitzt ein Gehäuse 33, in dem ein Dämpfungskolben 34 geführt ist. Der Dämpfungskolben 34 ist über eine Kolbenstange 35 mit dem Steuer kolben 2 verbunden. Auf beiden Seiten des Dämpfungskolbens 34 befinden sich Druckräume 36 und 37. Der Regeldruck p_A ist dem Druckraum 36 über eine Blende 38 und dem Druckraum 37 direkt zugeführt. Damit entspricht der Druckraum 36 dem Druckraum 19 in der Fig. 1 und 2 und der Druckraum 37 dem Druckraum 20 in den Fig. 1 und 2. Die von dem Regeldruck p_A in dem Druckraum 37 beaufschlagte Fläche des Dämpfungskolbens 34 ist um die Quer schnittsfläche der Kolbenstange 35 größer als die von dem Druck in dem Druckraum 36 beaufschlagte Fläche des Dämpfungskolbens 34. Die von dem Regeldruck p_A verursachte Gegenkraft, die der Steuerkraft entgegenwirkt, setzt sich aus zwei Anteilen zusammen, nämlich dem Produkt aus der Querschnittsfläche der Kolbenstange 35 und dem Regeldruck p_A sowie dem Produkt aus der druckbeaufschlagten Ringfläche des Steuerkolbens im Druckraum 16 und dem Regeldruck p_A Für die nachgebende Rückführung sind daher nur noch die einander gegenüberliegenden gleich großen Ringflächen des Dämpfungskolbens 34 wirksam. Die nachgebende Rückführung dämpft die Schwingungen des Regeldruckes p_A Da eine Änderung des Regeldruckes p_A in dem Druckraum 36 erst später wirksam wird als in dem Druckraum 37, ergibt sich zunächst eine resultierende Kraft, die der Steuerkraft entgegenwirkt. Diese Kraft verringert sich in dem Maße, in dem sich der Druck in dem Druckraum 36 dem Regeldruck p_A in dem Druckraum 37 angleicht. Wenn sich auch in dem Druckraum 36 der Regeldruck p_A eingestellt hat, wirken auf den Dämpfungskolben 34 von beiden Seiten gleich große Kräfte, da die für die nachgebende Rückführung wirksamen Flächen des Dämpfungskolbens 34 - wie oben ausgeführt - gleich groß sind. Die Verzögerungszeitkonstante der nachgebenden Rückführung T₁ ist durch das Volumen des Druckraumes 36 und durch die Querschnittsfläche der Blende 38 bestimmt. Eine Vergrößerung des Volumens des Druckraumes 36 führt ebenso wie eine Verringerung der Querschnittsfläche der Blende 38 zu einer Vergrößerung der Verzögerungszeitkonstante T₁ der nachgebenden Rückführung. Der Verstärkungsfaktor der nachgebenden Rückführung ist das Produkt aus der Ringfläche des Dämpfungskolbens 34 und der Verzögerungszeitkonstanten T₁.

Claims

1. Druckregelventil mit einem Steuerkolben, auf dessen eine Seite eine Steuerkraft wirkt und dessen entgegengesetzte Seite mit einem Regeldruck, der ein Maß für die Größe der Steuerkraft ist, beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeldruck (p_A) zusätzlich über eine hydraulische nachgebende Rückführung (17, 19, 20, 22; 34, 36, 37, 38) im Sinne einer Gegenkopplung auf den Steuerkolben (2) wirkt.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein kraftschlüssig mit dem Steuerkolben (2) verbundener Dämpfungskolben (17; 34) unter Bildung von zwei Druckräumen (19, 20; 36, 37) in einem Gehäuse (18; 33) geführt ist, daß der eine Druckraum (19; 36) über eine Blende (22; 38) mit dem Regeldruck (p_A) beaufschlagt ist und daß der andere Druckraum (20; 37) direkt mit dem Regeldruck (p_A) beaufschlagt ist.