DE3625428A1

DE3625428A1 - Proportional-drosselventil

Info

Publication number: DE3625428A1
Application number: DE19863625428
Authority: DE
Inventors: Hans Woelfges
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1985-08-10
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1988-02-04
Also published as: US4809746A

Description

Das Hauptpatent betrifft ein proportionales Drossel ventil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Damit ist das Ventilglied nicht nur hochdruckseitig kompensiert, wenn der Einlaßdruck schwankt, sondern ist auch gegenüber niederdruckseitigen Schwankungen kompensiert. Es ist also vermieden, daß sich die Einstellung des Ventilgliedes bei Druckschwankungen in der Tankleitung ändert, also die Ventileinstellung vom Tankdruck abhängig ist. Im Hauptpatent ist als Pilotventil ein Druckbegrenzungsventil mit einem Stromregler vorgesehen.

Die der Zusatzanmeldung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die erwähnte niederdruckseitige Kom pensation des Ventilgliedes gegen Druckschwankungen mit anderen Mitteln zu realisieren, die in den Patent ansprüchen angeführt sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Proportional- Drosselventil mit Druckwaage und einem Druckreduzierventil als Pilotventil,

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 mit einem vorgesteuerten Druckreduzierventil als Pilotventil.

In einem gemeinsamen Gehäuse 10 ist jeweils von einer Stirnseite her ein Drosselventil 11 und eine Druckwaage 12 eingebaut. Die Druckwaage 12 ist dem Drosselventil 11 vorgeschaltet und besteht aus einem Regelkolben 14 mit Bohrungen 15, die über Öffnungen 16 in einer im Gehäuse 10 angeordneten Büchse 17 mit dem Einlaß 18 in Verbin dung stehen. Der Regelkolben 14 ist von einer Feder 19, die mittels einer Büchse 20 von außen her einstellbar ist, gegen einen an der Büchse 17 vorgesehenen Anschlag 21 in die geöffnete Ausgangsstellung der Druckwaage ge drückt. Im Federraum 22 wirkt auf die Rückseite des Re gelkolbens 14 ferner der Druck im Auslaß 24 über eine Leitung 25. Die gegenüberliegende, dem Raum 26 zugekehrte Fläche des Regelkolbens 14 ist mit dem Ausgangsdruck der Druckwaage beaufschlagt.

Das Drosselventil besteht aus einem Ventilglied 30, das in einer im Gehäuse 10 einsitzenden Hülse 31 verschieb bar gelagert ist. Die vordere Stirnseite 32 des Ventil gliedes ist mit Blendenöffnungen 33 versehen, über die das Strömungsmittel aus dem Raum 26 in den Auslaß 24 strömen kann, wenn das Ventilglied aus der dargestellten Ausgangslage nach links in Öffnungsrichtung verschoben wird. Der im Raum 26 herrschende Ausgangsdruck der Druckwaage 12 wirkt in Öffnungsrichtung auf die durch den Durchmesser D ₂ bestimmte Stirnfläche des Ventil gliedes 30.

Über eine Bohrung 35 wird auch der Federraum 36 des Ventilgliedes mit dem Druck im Raum 26 beaufschlagt. Die von diesem Druck beaufschlagte Fläche ist von dem Innendurchmesser D ₃ des Ventilgliedes bestimmt. Da die Durchmesser D ₂ und D ₃ gleich sind, heben sich die im Raum 26 und 36 wirkenden Kräfte auf.

Eine Feder 38 im Federraum 36 drückt das Ventilglied in Schließrichtung. Die Feder 38 stützt sich an einer in der Bohrung 39 des Ventilgliedes 30 verschiebbar angeordneten Büchse 40 ab. Über eine mit dem Gehäuse 10 verschraubte Schraube 42 ist die Büchse 40 und damit die Kraft der Feder 38 einstellbar, die in Schließrichtung wirkt. Der Öffnungshub des Ventil gliedes 30 wird durch eine weitere Einstellschraube 43 begrenzt.

Das Ventilglied 30 ist abgesetzt und weist eine ring förmige Steuerfläche 45 auf. Der an die Steuerfläche 45 angrenzende Raum zwischen dem Ventilglied 30 und der Hülse 31 ist über Öffnungen 47 in der Hülse mit einer Steuerleitung 48 verbunden, die an den gesteuer ten Auslaß eines Pilotventils 50 angeschlossen ist. Die vom Steuerdruck beaufschlagte Steuerfläche 45 ist durch die Differenz des Außendurchmessers D ₁ und des die Stirnseite des Ventilgliedes bestimmenden Durchmessers D ₂ bestimmt. Der die Steuerfläche beauf schlagende Steuerdruck wirkt in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes.

Das Pilotventil 50 ist ein elektrisch ansteuerbares proportionales Druckreduzierventil, dessen eingangs seitiger Anschluß unmittelbar über eine Leitung 60 mit dem Einlaß 18 und dessen abflußseitiger Anschluß über ein Pilotventil 52 mit der Tankleitung 53 verbunden ist. Der Steuerdruck in der Steuerleitung 48 wirkt auf den Steuerkolben des Druckreduzierventils gegensinnig zu der vom Proportionalmagnet ausgeübten Kraft. Ferner ist der abflußseitige Anschluß des Druckreduzierventils und damit die Tankleitung über eine Leitung 61 an den Steuerkolben des Druckreduzier ventils geführt. Die zum Tank T führende Leitung 53 ist über eine Leitung 56 an den Raum 55 auf der Rück seite des Drosselventils angeschlossen.

Im folgenden ist die Wirkungsweise des Drosselventils erläutert. Das Drosselventil 11 verändert abhängig vom Steuerdruck, der mit dem elektrisch verstellbaren Pilotventil 50 einstellbar ist, den Drosselquerschnitt zwischen dem Raum 26 und dem Auslaß 24 und bestimmt somit die Durchflußmenge. Das Druckreduzierventil 50 erzeugt proportional zu dem von ihm angelegten elek trischen Sollwert den Steuerdruck, der über die Steuerleitung 48 auf die Steuerfläche 45 des Ventil gliedes wirkt.

Der Steuerdruck verschiebt das Ventilglied in Öffnungs richtung so weit, bis die Kraft der Druckfeder 30 gleich der hydraulischen Öffnungskraft des Steuerdrucks ist. Da die Kraftänderung der Druckfeder 38 über den Federhub linear ist, wird der Durchflußquerschnitt des Drosselventils stufenlos proportional dem angelegten Sollwert am Pilotventil 50 eingestellt. In der durch die Höhe des Steuerdrucks vorgegebenen Lage bleibt das Ventilglied stehen. Da über die gleichen Durch messer D ₂ und D ₃ das Ventilglied selbst druckausge glichen ist, kann die Position des Ventilgliedes durch Druckschwankungen sowohl im Einlaß 18 als auch am Auslaß 24 nicht verändert werden. Solche Druckschwan kungen können sehr erheblich sein, insbesondere dann, wenn es sich um große Querschnitte und lange Leitungen handelt, also um große Durchflußmengen und Volumen, die zu niederfrequenten resonanten Schwingungen neigen und damit erhebliche Druckschwankungen hervorrufen können.

Die vom Steuerdruck beaufschlagte Ringfläche 45 des Ventilgliedes 30 weist die gleiche Fläche auf wie die dem Raum 55 zugekehrte endseitige Stirnfläche 58 des Ventilgliedes. Treten in der zum Tank T führenden Leitung 53 Druckschwankungen auf, so werden diese ebenfalls ausgeglichen, da sich bei Druckerhöhung oder Druckerniedrigung in der Leitung 53 diese Druckänderung gleichzeitig auf die endseitige Ring fläche 58 des Ventilgliedes 30 und über das Druck begrenzungsventil 52, das auf den niedrigstmöglichen Druck eingestellt ist, also geöffnet ist, und über die Leitung 61 auf den Steuerkolben des Druckredu zierventils 50 wirkt, wodurch der Steuerdruck in der Leitung 48 und damit auch auf die Steuerfläche 45 um die gleiche Druckdifferenz wie der Druck auf die Ringfläche 58 verändert wird. Somit entstehen durch die Druckänderung gleich große hydraulische Kräfte auf die Ringflächen 45 und 58, so daß die Lage des Ventilgliedes 30 nicht verändert wird. Solche Druckschwankungen können insbesondere bei langen, zum Tank T führenden Leitungen 53 auftreten, in denen oft auch am Ende ein Filter 59 vorgesehen ist, so daß sich ensprechende Staudruckänderungen einstellen können.

Bei einem Versagen des Pilotventils 50 kann der Steuerdruck notfalls auch mit dem Pilotventil 52 ein gestellt werden.

Mit der dem Drosselventil 11 vorgeschalteten Druck waage 12 wird in bekannter Weise trotz unterschied licher Belastungen von Seiten des an den Auslaß 24 angeschlossenen Verbrauchers und des Druckmittelzu flusses im Einlaß 18 die Durchflußmenge durch das Drosselventil und damit die Arbeitsgeschwindigkeit des Verbrauchers konstant gehalten. Der Regelkolben 14 der Druckwaage wird von der Kraft der Feder 19 und dem am Auslaß 24 herrschenden Druck (Verbraucher druck) in Öffnungsrichtung und vom Ausgangsdruck im Raum 26, der gleich dem Eingangsdruck des Drossel ventils ist, in Schließrichtung beaufschlagt. Erhöht sich der Auslaßdruck, so wird der Regelkolben 14 in Öffnungsrichtung verstellt, so daß sich auch der Druck im Raum 26 erhöht und damit das Druckgefälle über den Drosselquerschnitt konstant bleibt. Umgekehrt bleibt das Druckgefälle und damit der Durchfluß auch konstant, wenn sich der Druck im Auslaß 24 verringert, wodurch der Regelkolben in Schließrichtung verstellt wird, den Zufluß über die Öffnungen 14, 15 drosselt und damit den Druck im Raum 26 verkleinert, bis am Drosselventil wieder das gleiche Druckgefälle herrscht.

Steigt der Druck im Einlaß 18 und als Folge auch der Druck im Raum 26, dann verstellt sich der Regelkolben 14 in Schließrichtung, wodurch der Zufluß über die Öffnungen 14 und 15 stärker gedrosselt wird. Der Druck im Raum 26 und damit auf das Druckgefälle über das Drosselventil bleiben konstant. Fällt der Druck im Einlaß 18, dann sinkt auch der Druck im Raum 26. Der Regelkolben 14 verschiebt sich in Öffnungsrichtung, so daß der Zufluß über die Öffnungen 14 und 15 schwä cher gedrosselt wird. Der Druck im Raum 26 und als Folge das Druckgefälle über das Drosselventil bleiben gleich.

Der Druck der Feder 19 ist über eine Gewindebüchse 20 verstellbar, die auf der den Einstellschrauben 42 und 43 gegenüberliegenden Stirnseite des Ventilgehäuses 10 angeordnet ist. Das in der Zeichnung dargestellte Bauprinzip von Druckwaage und Drosselventil in einer Achse ermöglicht eine günstige Bauform, bei der an den äußeren Stirnseiten die Verstellmöglichkeit zur Justierung des maximalen Hubes und dem Blendenöff nungsbeginn des Drosselventils sowie des Druckgefälles der Druckwaage angeordnet werden können.

In Fig. 2 ist das elektrisch angesteuerte proportio nale Druckreduzierventil 50 vorgesteuert. Als Vor steuerventil dient das Pilotventil 52. Die Tankleitung 53 ist somit unmittelbar mit dem abflußseitigen Anschluß des Pilotventils 50 verbunden. Der am Pilotventil 52 eingestellte Vorsteuerdruck wird über eine Leitung 62 auf das Druckreduzierventil 50 geführt. Somit kann sich der Tankdruck zum Steuer druck addieren. Auch hier wird also bei Druckschwan kungen in der Tankleitung der Steuerdruck so verändert, daß die Lage des Ventilgliedes 30 konstant bleibt und somit unabhängig vom Tankdruck ist.

Claims

1. Proportional-Drosselventil mit einem Einlaß, einem Auslaß, einem den Drosselquerschnitt zwischen Einlaß und Auslaß regelnden Ventilglied, dessen dem Einlaß zugekehrte Stirnseite vom Einlaßdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, mit einer in einem Federraum des Ventilgliedes angeordneten Feder, die das Ventilglied in Schließrichtung beaufschlagt, mit einer von einer Ringfläche des Ventilgliedes gebildeten Steuerfläche und mit einem Pilotventil, mit dem ein Steuerdruck einstellbar ist, der die Steuerfläche des Ventil gliedes in Öffnungsrichtung beaufschlagt, wobei zusätzlich zur Kraft der Feder der Einlaßdruck eine der einlaßseitigen Stirnseite abgekehrte gleich große Fläche des Ventilgliedes in Schließ richtung beaufschlagt, wobei an dem Ventilglied eine der ringförmigen Steuerfläche abgekehrte gleich große Ringfläche ausgebildet ist und der der Ringfläche des Ventilgliedes zugekehrte Raum und der abflußseitige Anschluß des Pilotventils mit einer zu einem Tank führenden Leitung ver bunden sind, nach P 35 28 781.0-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (50) ein elektrisch ansteuerbares proportionales Druck reduzierventil ist, dessen abflußseitiger Anschluß mit der Tankleitung (53) und dem der Ringfläche (58) des Ventilgliedes (30) zugekehrten Raum (55) verbunden ist.

2. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Tankleitung (53) herrschende Druck gleichsinnig mit der vom Proportionalmagneten aus geübten Kraft und gegensinnig zum Steuerdruck auf den Steuerkolben des Druckreduzierventils (50) geführt ist.

3. Drosselventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abflußseitige Anschluß des Druckreduzierventils (50) über ein federbeauf schlagtes Pilotventil (52) mit der Tankleitung (53) verbunden ist.

4. Drosselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckreduzierventil vorgesteuert ist.

5. Drosselventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorsteuerventil das Pilotventil (52) vorge sehen ist, wobei die Tankleitung (53) and die abflußseitigen Anschlüsse beider Pilotventile (50, 52) angeschlossen ist.