DE2150755A1 - Servogesteuertes Druckminderventil - Google Patents

Description

7vkte 12.1. .52ο 8.1ο. 1.971

Scr voqes teiler tos Druckminderventil

Die Erfindung betrifft ein Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung, desf-en Steuerkolben über einen symmetrischen hydraulischen Verstärker zu verstellen und ein Teilbereich der einen Stirnseite des Stciucrkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist. Bei einem bekannten Druckminderventil dieser Art wird die der vom Verbraucherdruck beaufschlagten Stirnseite gegenüberliegende Stirnseite des Steuerkolbens unmittelbar vom Pumpendruck beaufschlagt. Der den Verbraucherdruck festlegende Steuerdruck wird hierbei auf einen Teilbereich der der vom Pumpendruck beaufschlagten Stirnfläche gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerkolbens geleitet, so daß die sich aus der Summe der Produkte aus dem Verbraucherdruck und dem diesem Verbraucherdruck zugeordneten Teilbereich der Stirnfläche und aus dem Steuerdruck und diesem zugeordneten Restbereich der Stirnfläche des Steuerkolbens ergebende Kraft der aus dem Produkt aus dem Pumpendruck und der diesem zugeordneten gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerkolbens sich ergebenden Kraft entgegenwirkt. Der Steuerkolben ist ausgeglichen, wenn die einander entgegen gerichteten Kräfte gleich sind. Im Falle des Kräftegleichgewichtes befindet sich der Steuerkolben in der Ausgangsstellung, d. h., der Verbraucher; ist

von der Druckmittelquelle und dem Tank getrennt. Aufgrund dieser am Kolben wirkenden Kräfte ergibt sich, daß mit kleiner werdender: vom hydraulischen Verstärker erzeugten Steuerdruck der sich danach

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einstellende Verbraucherdruck steigt ατ··α umgekehrt. Da bei JiciOi' • bekannten Druckminderventil die vom Puaipendruck beaufschlagte Steiie-rkolbenstirnflache genau so groß ist, wie die vom Verbraucherdruck beaufschlagte Steuerkolbenstirnflache, ergeben sich für die Ansteuerung des Druckminderventilen Schwierigkeiten, wenn der Verbraucherdruck gleich dem Pumpendruck sein soll. In diesem Falle muß der Steuerdruck den Wert Null erreichen, was praktisch nur durch Absperren der Steuerflüssigkeit durch den hydraulischen Verstärker durchführbar ist. Dies läßt sich nur mit erheblichem technischem Aufwand bewerkstelligen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein servogesteuertes Druckminderventil in 3-Wege-Ausführung unter Verwendung eines symmetrischen hydraulischen Verstärkers als Servoteil zu schaffen, bei dem unter Ausnutzung des gesamten Regelbereiches des hydraulischen Verstärkers jeder Druck zwischen dem Wert Null und dem Pumpendruck mit einfachen Mitteln sicher einzustellen ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Steuer- ψ kolben zu beiden Seiten von von dem hydraulischen Verstärker erzeugten Drücken beaufschlagt ist, die in einer von der Nullstellung des Verstärkers abweichenden Steuerstellung voneinander verschiedene Größen aufweisen und die von der Steuerflüssigkeit des hydraulischen Verstärkers beaufschlagten einander gebenüberliegenden wirksamen Flächen des Steuerkolben voneinander abweichende Größen aufweisen, wobei die kleinere der beiden wirksamen Flächen auf der Seite des Steuerkolbens liegt, auf der ein

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ιοί!bereich der Stirnfläche des Stouerkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt wird. Dadurch, daß die eine Stirnfläche des Steuerkolben:? nicht n.ehr unmittelbar vom Pumpen druck, sondern von dem einen Steuerdruck des hydraulischen Verstärkers beaufschlagt: ist, läßt sich infolge der vom hydraulischen Verstärker bewirkten απ Steuerkolben wirkenden Druckdifferenz in Verbindung mit dem am Steuerholben wirkenden Verbraucherdruck eine genaue Festlegung des Verbraucherdruckes durchführen, und zwar unabhängig von der gewählten Größe. Dies gilt insbesondere für den Wert Null und dem dem Pumpendruck entsprechenden Größtwert. Ein v/eiterer Vorteil besteht darin, daß sich eine linderimg des Pumpendruckes wertmäßig nur zur Hälfte auf den Verbraucherdruck auswirken kann. Es sind an sich Druckminderventile in 3-Wege-Ausführung bekannt, deren Steuerkolben ebenfalls von einer von einem hydraulischen Verstärker bewirkten Druckdifferenz angesteuert werden. Diese Druckdifferenz wirkt jedoch mit einer den Steuerkolben in Öffnungsrichtung belastenden Regelfeder zusammen. Die Verwendung einer Regelfeder hat den Nachteil daß der eingestellte Verbraucherdruck stark von der Größe des Arbeitsmittelstromes abhängig ist. Im Bereich der Stromungsrichtungsumkehr des Arbeitsmittels tritt sogar eine sprunghafte Änderung des eingestellten Verbraucherdruckes auf. Bei einem ausschließlich vom Steuer- und Verbraucherdruck beaufschlagten Steuerkolben fällt die Abhängigkeit des eingestellten Minder- bzw. Regeldruckes von der Größe des Arbeitsmittelstromes praktisch nicht ins Gewicht. Hinzu kommt, daß auch eine größere Steuerkantenüberdeckung des Steuerkolbens die Kennlinie

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nicht beeinflußt. Dadurch läßt sxch der Sreuerf lüssigkod.trbo'Jarf besonders klein halten.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wirken die Steuerkanten des Steuerkolbous jeweils mit einer oder mehreren Durchbrechungen in der Führupg:.d">ohrung für den Steuerkolben als Steueröffnungen zusammen. Dnmit ergibt sich gegenüber einem ringförmigen Querschnitt als Steueröffnung der Vorteil, daß ein längerer Hub des Steuerkolbens für eine bestimmte Arbeitsinittelmenge erforderlich ist. Dies wirkt sich insbesondere günstig auf eine stabile Druckeinstellung aus. Für die Fertigung kann es auch vorteilhaft sein, die Durchbrechungen am Steuerkolben vorzusehen, die in diesem Falle mit einer kreisförmigen Steuerkante an der Führungsbohrung für den Stcuerkolben im Ventilgehäuse zusammenwirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

In der einzigen Figur ist mit 1 der*Steuerkolben bezeichnet, der in einer Gehäusebohrung 2 geführt ist. Der Steuerkolben v/eist eine umlaufende Nut 3 auf, in deren Bereich die mit dem Verbraucher V in Verbindung stehende Leitung 4 einmündet. Die umlaufende Steuerkante la des Steuerkolbens wirkt mit den Durchbrechungen 5 zum über die Leitung 6 mit dem Tank T in Verbindung stehenden umlaufenden Gehäuseraum 7 zusammen. Die umlaufende Steuerkante Ib"des Steuerkolbens wirkt mit den Durchbrechungen 8 des umlaufenden mit der Druckmittelquelle P über die Leitung 9 in Verbindung stehenden Gehäuseraum Io zusammen. In der gezeigten Ausgangsstellung-des

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Steuerko-lbens 1 ist. der Verbraucher V nqv/ehl vorn Tank T al ο auch von der Druckmittelquelle P getrennt. Der Steuerkolben 1 v/eist auf der einen Seite eine zylindrische Verlängerung ic geringeren Durchmessers auf, die in einerentsprechenden Gehäusebohrung 11 geführt ist. Der Steuerkolbenraum 12 steht über die Leitung 13 mit der Strahldüse 14 und der ringförmige Stauerkolbenraum 15 steht über die Leitung 16 mit der zum Verbraucher V führenden Leitung 4 in Verbindung und der vein der Steuerkolbenverlängerung Ic begrenzte Steuerraum 17 steht über die Leitung 18 mit der Strahldüse 19 in Verbindung. Die beiden Strahldüsen 14 und 19 stehen ihrerseits mit einer Prallplatte 2o in Wirkverbindung, deren Abstand zu den Düsenöffnungen 14a bzw. 19a von einem nichtgezeigten beispielsweise elektrischen Stellmagneten als Anstellantrieb veränderbar ist. Von dem über die Leitung 9 mit der Druckmittelquelle P verbundenen Ringraum Io führt eine Leitung 21 zu den miteinander verbundenen Abzweigleitungsabschnitten 13a bzw. 18a. In dem Abzweigleitungsabschnitt 13a ist eine feststehende Düse 22 und in dem Abzweigleituncjsabschnitt 18a eine feststehende Düse 23 angeordnet. Diese feststehenden Düsen bilden in Verbindung mit den Strahldüsen 14,19 und der Prallplatte 2o,sowie deren nichtgezeigtem Anstellantrieb den symmetrisehen hydraulischen Verstärker.

In der gezeigten Ausgangsstellung der Prallplatte 2o ist deren Abstand zu den Strahldüsenaustritten 14a bzw. 19a gleich groß. Der sich hierbei ergebende ringförmige Drosselquerschnitt zwischen der Prallplatte und dem Düsenaustritt 14a bzw. 19a ist ebenso groß, wie der Drosselquerschnitt der feststehenden Drossel 22 und 23·. Dadurch stellt sich in den Leitungen 13 und 18 genau der halbe

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Druck des in der Verbindungfleitung 21 herrschenden Pumpendruckes ein, so üub auch im Steuc-rkolbenrc'uia 12 _r sowie im Raum der halbe Pumpendiuck wirkt:. Da die den Ste-ucrkolberiraurn 12 ^f begrenzende stirriseitige Stcuerkolbenfiächp Id größer isL, als die den Raum 17 begrenzende stirnrteitige Fläche Ie der Steuerkolbenverlängerung Ic, bewegt sich der Steuerkolben 1 zunächst in Richtung des Raumes 17 und verbindet über die Durchbrechungen die Druckmittelquelle P mit dem Verbraucher V. Sobald der Verbraucherdruck, der auf die Ringfläche If des Steuerkolbens wirkt,.

^ soweit angestiegen ist, daß er dem halben Pumpendruck entspricht, ist der Steuerkolben 1 kräftemäßig ausgeglichen. Ein v/eiterer Anstieg des Verbraucherdruckes würde sofort ein Schließen des Steuerkolberis 1 zur Folge haben und gegebenenfalls ein Öffnen der Tankseite T mit dem Verbraucher V bewirken. Wird beispielsweise über einen elektrischen Stelliaagneten die Prallplatte 2o aus ihrer gezeigten Ausgangslage um einen bestimmten Betrag beispielsweise in Richtung der Strahldüse 19 verschwenkt, erhöht sich der Druck in der Leitung 18, während er sich um den gleichen Betrag

^ in der Leitung 13 verrincjert. Das damit verbundene auf den Steuerkolben 1 wirkende Druckungleichgewicht verschiebt den Steuerkolben in Richtung des Kolbenraumes 12, so daß eine Verbindung des Verbrauchers V mit dem Tank T über die Durchbrechungen 5 freigegeben wird. Die damit verbundene Druckabsenkung im Verbraucher wirkt sich über die Abzweigleitung 16 auch in dem Raum 15 aus,

so daß die Ringfläche If des Steuerkolbens 1 mit diesem geringeren Verbraucherdruck beaufschlagt wird. Sobald der Verbraucherdruck soweit abgesunken ist, daß die Summe der Produkte aus der ringförmigen Steuerkolbenfläche If und dem Verbraucherdruck und der Fläche Ie der Steuerkolbenverlängerung la und dem Steuerdruck in der Steuerleitung 18 mit dem Produkt aus der Stirnfläche Id

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BAD ORiOlHAL

dt-·::, St.c'.-Tirhoi.bo-riü i-r-d- dem Steuerdruck ij; der Steuerlei tu ng ] 3 gleich ist, ist der Steuerkolbon kräftenäßig wieder ausgeglichen U:id trennt bei eine>ti wci teren Absänken des Verbraucherdruckes dc-n Verbraucher V wieder vom Tank. Mit Ei roichen der gezeigten Ausgnngsstellung üas Steuerkolbens 1 ist der Regolvorgang beendet und der nsye Verbraucherdruck eingestellt. Wild die Prallplatte in Richtung der Strahldüse 14 verschv;er<ki., steigt der Druck .in der Steuerleitung 13, während er in der Steuerleitung 18 um denselben Betrag abnimmt. Day damit am Steuerkolben 1 v/irkende Druckungleichgewicht verschiebt diesem in Richtung des Raumes 17, so daß der Verbraucher mit der Druckmittelquelle P verbunden wird. Der damit verbundene Druckanstieg im Verbraucher V pflanzt sich über die Abzweigleitung 16 in den ringförmigen Steuerkolbenraum 15 fort und beaufschlagt dort die Ringfläche If. Sobald der Verbraucherdruck soweit angestiegen ist, daß der Steuerkolben 1 wieder kräftemäßig ausgeglichen ist, verschiebt er sich bei einem weiteren Druckanstieg des Verbrauchers in Richtung des Kolbenraumes 12 und trennt in der gezeigten Ausgangsstellung die Druckmittelquelle P vom Verbraucher V, so daß ein weiterer Druckanstieg im Verbraucher wirkungsvoll unterbunden ist.

Dadurch, daß das Arbeitsmittel von der Druckmittelquelle P über die Durchbrechungen δ von dem ringförmigen Gehäuseraum Io in den

"* n

von der umlaufenden Nut des Steuerkelbens gebildeten Kammer¹ ein-

strömt und vom Verbraucher V über die Durchbrechungen 5 in den mit dem Tank T verbundenen Gehäuseraura 7 abströmt, wirken am

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BAD ORIGINAL

Steuerkolben nur kleine StrömumjFkräf to, so daß sich nur eine geringe .Abhängigkeit des Eegeldruckas von der durchströmenden Arbeitsmittelmenge ergibt. Je kleiner der freie Gesamrquerschnitt dieser Durchbrechungen bezogen auf einen bestimmten Hub des Steuerkolbens gewählt wird, c.*.if einen um so größeren Hub muß sich der Steuerkolben einstellen, um eine bestimmte Ärbeitrimittelmenge passieren zu lassen und ij;ü no kleiner sind d:i e am Steuerkolbcn v/irkenden Strömungskräfte.

Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführungsbeispiel gebunden, insbesondere kann der Eteuerleitung 18 der Steuerdruck auch in den ringförmigen Steuerkolbeni~aum 15 und der Verbraucherdruck über die Abzweigleitung 16 in den Raum 17 geleitet v/erden, ohne die Funktion des Druckminderventils, zu beeinträchtigen. Auch das Verhältnis zwischen der Ringfläche If und der" Stirnfläche Ie der Steuerkolbenverlängerung Ic kann ohne die Wirkungsweise des Druckminderventils zu verändern, den Gegebenheiten, insbesondere der'Leistung des die erste Stufe bildenden hydraulischen Verstärkers angepaßt werden. Je größer der Durchmesser der Stirnfläche Ie der Steuerkolbenverlängerung Ic gewählt wird, um so kleiner wird zwangsläufig die Ringfläche If, so daß sich der diese Ringfläche If beaufschlagende Verbraucherdruck nur gering auf die Regelung auswirken kann. Dadurch wird es ermöglicht, mit einem wesentlich geringeren vom hydraulischen, Ver-

starker bewirkten Differenzdruck den Verbraucherdruck von seinem Minimalwert auf seinen Größtwert auszuregeln. Bei voller Aus-

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BAD ORIGIN^¹-

nutzung des Regelbereiches des hydraulischen Verstärkers läßt sich bei kleinem erCorderliclieiu maximalem Differenzdruck, der Verstärkungsfaktor der hydraulischen Verstärkung des auf die Prallplatte 2o wirkenden Eingangssignal^ entsprechend erhöhen.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   /l. Druckminderventil in 3-Wego-Ausführung dessen Steuerkolben über einen symmetrischen hydraulischen Verstärker zu verstellen ist und ein Teilbereich der einen Stirnseite des Steuerkolbens vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (1) zu beiden Seiten (ld, Ie) von von dem hydraulischen Verstärker k (14, 19, 2o, 22, 23) erzeugten Drücken beaufschlagt ist, die in einer von der Nullstellung des Verstärkers abweichenden Steuerstellung voneinander verschiedene Größe aufweisen und die von der Steuerflüssigkeit des hydraulischen Verstärkers beaufschlagten einander gegenüberliegenden wirksamen Flächen (ld, Ie) des Steuerkolbens (1) voneinander abweichende Größe aufweisen, wobei die kleinere (Ie) der beiden wirksamen Flächen des Steuerkolbens auf der Seite liegt, auf der der vom Verbraucherdruck (V) beaufschlagte Teilbereich (If) der Stirnfläche des Steuerkolbens (1) liegt.
2. 2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η—

   zeichnet , daß die Steuerkanten (la, Ib) des Steuer-· kolbens (1) jeweils mit einer oder·mehreren Durchbrechungen ; (5_t 8) in der Führungsbohrung (2) für den Steuerkolben als Steueröffnung^ zusammenwirken. «

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3. 3. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Durchbrechungen am Steuerkolben (1) vorgesehen ''-ind, die mit einer ringförmigen Steuerkante der Führunucbohrung (2) zusammenwirken.

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