DE3853317T2

DE3853317T2 - Durchflusssteuerventil.

Info

Publication number: DE3853317T2
Application number: DE3853317T
Authority: DE
Inventors: Ken Niihari-Gun Ibaragi-Ken Ichiryu; Takashi Kashiwa-Shi Chiba-Ken Kanai; Hideyo Niihari-Gun Ibaragi-Ken Kato; Yuusaku Higashiibaragi-Gun Ibaragi-Ken Nozawa; Masami Niihari-Gun Ibaragi-Ken Ochiai
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2008-05-17
Also published as: EP0291140A2; IN167170B; DE3853317D1; US4813447A; EP0291140B1; KR880014296A; KR910007371B1; EP0291140A3

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft insgesamt Strömungssteuer-Ventilvorrichtungen und mehr im einzelnen eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung, die mit einer Druckausgleichsfunktion versehen ist, die zur Verwendung beim Steuern des Betriebs einer hydraulischen Betätigungseinrichtung geeignet ist, die in einer hydraulischen Maschine, wie etwa einem hydraulischen Bagger, enthalten ist.

2. Beschreibung der zugeordneten Technik

Eine herkömmliche Art einer Strömungssteuer-Ventilvorrichtung, die mit einer Druckausgleichsfunktion versehen ist, wie in der PCT-Veröffentlichtung Nr. WO83/01095 offenbart, umfaßt ein Gehäuse mit einem Hauptströmungsmittelkanal, der mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung versehen ist, ein Hauptventil, das zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung angeordnet ist, um die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zuzulassen oder abzusperren, eine Gegendruckkammer, die zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper des Hauptventils ausgebildet ist, um einen Strömungsmitteldruck zu veranlassen, auf den Ventilkörper des Hauptventils in Ventil-Schließrichtung einzuwirken, einen Nebenkanal, um eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer und der Auslaßöffnung vorzusehen, und ein Leitventil, um wahlweise den Nebenkanal zu öffnen und zu schließen, um den Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer zu ändern und hierdurch das Hauptventil zu betätigen.
Das Hauptventil ist als ein Sitzventil ausgebildet, und der Ventilkörper des Hauptventils ist mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen, die durch Zusammenwirkung mit einer zylindrischen Hülse, die am Gehäuse befestigt ist, eine einstellbare Öffnung bilden, wobei die Gegendruckkammer mit der Auslaßöffnung durch die Schlitze in Verbindung steht. Der Nebenkanal ist im Gehäuse ausgebildet, und ein Ventilkolben, der als ein Druckausgleichsventil dient, ist zwischen dem Leitventil im Nebenkanal und der Gegendruckkammer angeordnet. Der Druck an der Einlaßseite des Leitventils oder ein gleichwertiger Druck wird auf das eine Ende des Ventilkolbens durch einen ersten Verbindungskanal übertragen, während der Druck an der Auslaßseite des Leitventils oder ein gleichwertiger Druck auf das andere Ende des Ventilkolbens durch einen zweiten Verbindungskanal übertragen wird.
Wenn ein Betätigungshebel des Leitventils betätigt wird, um das beitventil zu öffnen, dann strömt das Strömungsmittel in der Einlaßöffnung durch die Schlitze, die der Art nach eine einstellbare Öffnung bzw. kleine Öffnung bilden, durch die Gegendruckkammer und durch den Nebenkanal in die Auslaßöffnung, um eine Leitströmung zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt tritt, da das Strömungsmittel, das von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung strömt, durch die einstellbare Öffnung bzw. kleine Öffnung gehemmt ist, eine Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung und der Gegendruckkammer auf, und der Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer wird niedriger als der Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung.
Somit wird der Ventilkörper des Hauptventils geöffnet und das Strömungsmittel in der Einlaßöffnung strömt durch das Hauptventil in die Auslaßöffnung. Der Leitströmungsdurchsatz wird zu diesem Zeitpunkt durch die festgesetzte Öffnung des Leitventils bestimmt, und der Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer wird durch den Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel bestimmt, das durch die Schlitze strömt, d.h. den Leitströmungsdurchsatz. Deshalb wird das Öffnen des Ventilkörpers des Hauptventils letztendlich bestimmt durch die festgesetzte Öffnung des Leitventils, so daß der Strömungsdurchsatz, der proportional ist zur Betätigungseingabe des Leitventils, im Hauptströmungskanal erhalten werden kann.
Wenn in diesem Zustand beispielsweise der Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung ansteigt und der Differenzdruck zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zunimmt, dann trachtet der Strömungsdurchsatz des Strömungsmittels, das durch das Hauptventil strömt, danach, zuzunehmen, und gleichzeitig trachtet der Leitströmungsdurchsatz danach, zuzunehmen. Als Ergebnis nimmt der Differenzdruck zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck des Leitventils zu. Da der Differenzdruck durch den ersten und zweiten Verbindungskanal zu den entgegengesetzten Enden des Ventilkolbens geleitet wird, der als Druckausgleichsventil dient, wird der Ventilkolben in Übereinstimmung mit der Zunahme des Differenzdruckes versetzt, um den Leitströmungsdurchsatz zu beschränken. Somit nimmt der Leitströmungsdurchsatz ab und die Öffnungswirkung der Schlitze wird verringert. Deshalb nimmt der Druck in der Gegendruckkammer zu, um die Öffnung des Hauptventils zu veranlassen, abzunehmen. Demzufolge wird der Strömungsdurchsatz des Strömungsmittels, das im Hauptströmungskanal strömt, bei einer vorbestimmten Zuordnung zur Druckzunahme in der Einlaßöffnung gehalten, beispielsweise konstant gehalten, um hierdurch den Druckausgleich zu liefern.
Eine solche herkömmliche Art einer Strömungssteuer-Ventilvorrichtung trifft jedoch auf verschiedenartige probleme, wie etwa die Kompliziertheit im Aufbau, die erhöhte Anzahl von Schritten bei der Herstellung und Montage und die Zunahme der Herstellungskosten dahingehend, daß ein hochgenaues Druckausgleichsventil mit einem Ventilkolben erforderlich ist; dahingehend, daß eine Vielzahl von Schlitzen mit einer hohen Bemessungsgenauigkeit erforderlich ist, um eine einstellbare Öffnung bzw. kleine Öffnung im Ventilkörper des Hauptventils zu bilden; und dahingehend, daß es notwendig ist, einen komplizierten Strömungsmittelkanal aus Kanälen zu bilden, die den ersten und zweiten Verbindungskanal und den Nebenkanal im Gehäuse umfassen. Da zusätzlich der Druckausgleich durch das Druckausgleichsventil zum Steuern des Leitströmungsdurchsatzes bewirkt ist, war es unmöglich, das Problem zu vermeiden, daß eine befriedigende Nachlaufleistung im Hinblick auf Änderungen im Druck erreicht werden kann.
Aus der LU-A-85 707 ist eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung bekannt, die ein Hauptventil aufweist, das zwischen einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung angeordnet ist, ein Leitventil, um den Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer des Hauptventils zu steuern, und einen Strömungsfühler, der in der genannten Einlaßöffnung angeordnet ist und durch die ankommende Strömung versetzt wird, so daß er somit wirksam als eine Differenzdruck-Meßeinrichtung arbeitet. Der Strömungsmeßfühler ist in einem profilierten Einlaßöffnungskanal beweglich, der in Richtung der Strömung divergiert, um eine Öffnungsfläche zu erzielen, die mit einer Zunahme im Hub der Bewegungsstrecke des genannten Strömungsfühlers zunimmt, und zwar etwa entsprechend einer Wurzel-Strömungsfunktion. In der "Aus"-Lage sitzt der Strömungsfühler in dem divergierenden Einlaßöffnungskanal, um einen Strömungsmittelaustritt zu verhindern. Die Bewegung des Strömungsfühlers wird durch einen Versetzungsumformer erfaßt, der ein elektrisches Signal erzeugt, das der tatsächlichen Lage des Strömungsfühlers entspricht. Dieses elektrische Signal wird mit einem gewünschten Wert oder Soll-Betriebssignal verglichen und das Leitventil wird dann auf eine solche Weise bewegt, daß die Differenz zwischen dem Umformersignal und dem Sollsignal dadurch verringert wird, daß man den Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer des Hauptventils erhöht oder verringert und somit das Hauptventil in der Schließ- oder Öffnungsrichtung bewegt.
Änderungen im Strömungsdurchsatz werden nicht unmittelbar durch mechanische Mittel auf das Leitventil übertragen, um dessen Betätigungskraft zu steuern. Dieses bekannte Strömungssteuer-Ventil zeigt deshalb keine ausreichende Nachlauffähigkeit für Strömungsdurchsatzänderungen, die in Abhängigkeit von Änderungen im Druck unter veränderlicher Last auftreten und diesen entsprechen.
Aus der CH-A-623 670 ist eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung bekannt, die der Ventilvorrichtung entsprechend der LU-A-85 707 gleichartig ist und einen Strömungsfühler aufweist, der zwischen einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung angeordnet ist. Die Bewegung dieses Strömungsfühlers wird durch einen Bewegungsumsetzer erfaßt, der ein elektrisches Signal erzeugt, das der tatsächlichen Lage des Strömungsfühlers entspricht. Das Hauptventil und das Leitventil werden in einem Umgehungskanal des Strömungssteuerventils angeordnet.
Der Strömungsdurchsatz, der sich aus der Strömung von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung erstreckt, wird auf dieselbe Weise, wie dies oben in bezug auf die LU-A-85 707 beschrieben ist, durch Schließen/Öffnen des Hauptventils gesteuert, das hier in einem Umgehungskanal angeordnet ist. Die Nachteile dieses Strömungssteuerventils sind dieselben wie jene, die oben bezeichnet wurden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung mit einer Druckausgleichsfunktion vorzusehen, mit einem verhältnismäßig vereinfachten Aufbau, einer verringerten Anzahl von Schritten der Herstellung und Montage und verringerten Herstellungskosten.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung mit einer Druckausgleichsfunktion vorzusehen, die eine gute Nachlaufleistung hinsichtlich Druckänderungen aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung vorzusehen, bei welcher die Änderung im Strömungsdurchsatz mechanisch unmittelbar durch Federmittel auf eine Betätigungskraft für ein Leitventil übertragen und zu dieser addiert wird, so daß die Vorrichtung einer Änderung in der Last folgen kann und die druckausgeglichene Steuerung eines Antriebskreises gestattet, der dazu neigt, Änderungen im Strömungsdurchsatz zu entwickeln.
Um die obigen und andere Ziele der Strömungssteuer-Ventilvorrichtung der oben beschriebenen Art zu erreichen, sind entsprechend der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 festgelegt ist, Differenddruck-Erzeugungsmittel vorgesehen, die im genannten Hauptströmungsmittelkanal angeordnet sind und ein Verschiebungsglied umfassen, das zur Bewegung in Richtung der Strömungsmittelströmung im genannten Hauptströmungsmittelkanal angeordnet sind, sowie eine erste Federeinrichtung, um das genannte Verschiebungsglied in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Strömungsmittelsstromes zu belasten, wobei das genannte Verschiebungsglied mit einer Wandfläche des genannten Hauptströmungsmittelkanals zusammenwirkt, um einen Strömungsmittelkanal festzulegen, der eine Öffnungsfläche aufweist, die mit einer Zunahme im Bewegungshub des genannten Verschiebungsgliedes zunimmt; und
Steuermittel mit einer zweiten Federeinrichtung zum Übertragen einer Steuerkraft, die dem Differenzdruck an den genannten Differenzdruck-Erzeugungsmitteln entspricht, um die Betätigungskraft des genannten Leitventiles zu steuern,
worin der genannte Nebenkanal ein Durchgangsloch aufweist, das koaxial im genannten Ventilkörper des genannten Hauptventils ausgebildet ist; und das genannte Leitventil koaxial zum genannten Verschiebungsglied der genannten Differenzdruck-Erzeugungsmittel angeordnet ist und zusammen mit dem genannten Ventilkörper des genannten Hauptventils zwischen dem genannten Leitventil und dem genannten Versetzungs- bzw. Verschiebungsglied angeordnet ist, und es weist einen beweglichen Ventilsitz auf, der einstückig mit dem genannten Ventilkörper des genannten Hauptventils ausgebildet ist und an dem einen Ende des genannten Nebenkanals ausgebildet ist.
Wenn bei dieser Anordnung eine Betätigungskraft, die einer Betätigungs-Eingabeanweisung entspricht, dem Leitventil mitgeteilt wird, dann wird das Leitventil geöffnet und eine Leitströmung wird gebildet, gemeinsam mit welcher das Strömungsmittel in der Einlaßöffnung durch eine kleine Öffnung, die Gegendruckkammer und den Nebenkanal in die Auslaßöffnung strömt. Da zu diesem Zeitpunkt das Strömungsmittel, das von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung str6mt, durch die kleine Öffnung gehemmt ist, findet eine Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung und der Gegendruckkammer statt, und der Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer wird niedriger als der Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung.
Somit wird das Hauptventil dank des Druckabfalles geöffnet und das Strömungsmittel in der Einlaßöffnung strömt zur Auslaßöffnung durch das Hauptventil. Zu diesem Zeitpunkt messen die Differenzdruck-Erzeugungsmittel, die im genannten Hauptströmungsmittelkanal angeordnet sind, den Strömungsdurchsatz als einen Differenzdruck, und die Steuermittel steuern die Betätigungskraft des Leitventils in Übereinstimmung mit dem Differenzdruck. Somit wird das Öffnen des Leitventils eingestellt, um den Druck in der Gegendruckkammer so zu ändern, daß der Strömungsdurchsatz, der der Betätigungskraft des Leitventils entspricht, im Hauptströmungsmittelkanal erhalten werden kann.
Wenn in diesem Zustand beispielsweise der Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung ansteigt und der Differenzdruck zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zunimmt, dann nimmt die Strömung, die das Hauptventil durchläuft, vorübergehend zu. Die Differenzdruck-Erzeugungsmittel steuern jedoch die Betätigungskraft des Leitventils in Übereinstimmung mit der Zunahme des Strömungsdurchsatzes, um die Öffnung des Leitventils zu verringern. Dementsprechend nimmt der Druck in der Gegendruckkammer zu, um das Öffnen des Ventilkörpers des Hauptventils zu veranlassen, um so die Möglichkeit zu verringern, daß der Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das durch den Hauptströmungsmittelkanal hindurchfließt, abnimmt. Somit wird der Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das im Hauptströmungsmittelkanal strömt, in einer vorbestimmten Zuordnung beibehalten, die mit dem Druck in der Einlaßöffnung zunimmt, um hierdurch für eine Druckausgleichsfunktion zu sorgen.
In der Strömungssteuer-Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die so arbeitet, wie oben beschrieben, wird, da die Differenzdruckerzeugungsmittel und die Steuermittel im Aufbau vereinfacht werden können, der Gesamtaufbau vereinfacht und deshalb kann die Anzahl von Schritten bei der Herstellung und Montage verringert werden. Zusätzlich wird eine Zunahme im Strömungsdurchsatz unmittelbar von den Differenzdruck-Erzeugungsmitteln gemessen, die im Hauptströmungsmittelkanal an der Stelle eines Druckausgleichventils zum Steuern des Leitströmungsdurchsatzes angeordnet sind. Es ist dementsprechend möglich, einen Differenzdruckausgleich zu erreichen, der eine hervorragende Nachlaufeigenschaft hat.
Da die Form der Wandfläche des Hauptströmungsmittelkanals so ausgebildet ist, daß die oben erwähnte Öffnungsfläche eine Wurzelfunktion oder eine Funktion nahe der Wurzelfunktion im Hinblick auf den Bewegungshub des Verschiebungsglieds einnimmt, ist es möglich, für Strömungscharakteristiken zu sorgen, die nahezu linear proportional zur Öffnungskraft des Leitventils sind. Selbst wenn der Differenzdruck in der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zunimmt, ist es möglich, eine Druckausgleichsfunktion zu erreichen, die einen näherungsweise konstanten Strömungsdurchsatz sicherstellt, der der Öffnungskraft des Leitventiles entspricht.
Die zweite Federeinrichtung überträgt den Differenzdruck, der in den Differenzdruck-Erzeugungsmitteln erzeugt wurde, auf den Ventilkörper des Leitventils als eine jederkraft, die der Verschiebung des Verschiebegliedes entspricht, um die Betätigungskraft des Leitventils mechanisch zu steuern. Bei dieser Anordnung können Strömungscharakteristiken durch Einstellung der Federkraft der zweiten Federeinrichtung oder durch Ersetzen der zweiten Federeinrichtung eingestellt werden.
Mit der Strömungssteuer-Ventilvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, kann eine Änderung im Strömungsdurchsatz von der zweiten Federeinrichtung unmittelbar auf eine Übertragungskraft für das Leitventil übertragen werden und zu dieser addiert werden, um das Öffnen des Hauptventils zu steuern Die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann deshalb Änderungen in der Last folgen und gestattet hierdurch die druckausgeglichene Steuerung eines Antriebskreises, der dazu neigt, wesentliche Änderungen im Strömungsdurchsatz zu entwickeln.
Die zweite Federeinrichtung kann von einer Zugfeder gebildet sein, die zwischen dem Verschiebungsglied der Differenzdruck-Erzeugungsmittel und dem Ventilkörper des Leitventils angeordnet ist. Die Steuermittel können ferner ein Stabteil umfassen, das in das Verschiebungsglied der Differenz-Erzeugungsmittel integriert ist und sich durch den Ventilkörper des Leitventils erstreckt. Die zweite Federeinrichtung kann auch von einer Druckfeder gebildet sein, die zwischen einem Ventilschieber des Leitventils und dem Ende des Stabteils, dem Verschiebungsglied gegenüberliegend, angeordnet ist. In diesem Fall kann, da die Druckfeder am Ende des Leitventils angeordnet ist, das dem Verschiebungsglied entgegengesetzt ist, die Einstellung der Federkraft der Druckfeder und das Ersetzen der Druckfeder erleichtert werden.
Das obengenannte Verschiebungsglied der Differenzdruck-Erzeugungsmittel kann auch als Rückschlagventil dienen. Bei dieser Anordnung ist es möglich, Strömungsmittel daran zu hindern, aus der Einlaßöffnung in die Auslaßöffnung selbst dann auszutreten, wenn der Strömungsmitteldruck in der Auslaßöffnung höher wird als der Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung. Deshalb ist es möglich, eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung vorzusehen, die geeignet ist zur Aufnahme in ein dosierendes hydraulisches Zuführ-Steuersystem. Da der oben erwähnte Nebenkanal ein Durchgangsloch aufweist, das koaxial im Ventilkörper des Hauptventils ausgebildet ist, und das Leitventil so aufgebaut ist, daß es einen beweglichen Ventilsitz aufweist, der in den Ventilkörper des Hauptventils integriert ist und am einen Ende des Nebenkanals ausgebildet ist, kann der Aufbau des Nebenkanals durch Aufnahme des Nebenkanals in den Ventilkörper des Hauptventils vereinfacht werden. Da zusätzlich der Ventilkörper des Hauptventils mit einem solchen beweglichen Ventilsitz versehen ist, kann zum Zeitpunkt des Übergangsbetriebes die Einstellung der Öffnung des Hauptventils unmittelbar durch Steuern der Betätigungskraft des Leitventils durchgeführt werden. Deshalb ist der Zeitraum, der für den Ventilmechanismus erforderlich ist, um seinen Bereitschaftszustand zu erreichen, verkürzt und ein gutes Ansprechverhalten ist erreicht.
Das Hauptventil kann bevorzugt ein Sitzventil sein. Bei dieser Anordnung ist es möglich, eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung vorzusehen, die für ein hydraulisches Steuersystem mit erhöhtem Druck wegen ihres außerordentlich geringen Ausmaßes an innerer Leckage geeignet ist.
Da der oben erwähnte Nebenkanal ein Durchgangsloch umfaßt, das im Ventilkörper des Hauptventilkörpers längs seiner Achse ausgebildet ist, und da das Leitventil und das Verschiebungsglied der Differenzdruck-Erzeugungsmittel koaxial zum Ventilkörper angeordnet ist, der zwischen dem Leitventil und dem Verschiebungsglied angeordnet ist, wird die sinnvolle Anordnung der jeweiligen Teile erreicht und die Größe der Strömungssteuer-Ventilvorrichtung kann verringert werden. Beispielsweise können die Steuermittel eine Zugfeder umfassen, die zwischen dem Verschiebungsglied der Differenzdruck-Erzeugungsmittel und dem Ventilkörper des Leitventils angeordnet ist, um das Verschiebungsglied und den Ventilkörper des Leitventils aufeinander zu zu belasten, wobei der Ventilkörper des Hauptventils hierzwischen angeordnet ist, und die Zugfeder kann im Durchgangsloch angeordnet sein, das im Ventilkörper des Hauptventils ausgebildet ist. Zusätzlich können die Steuermittel ein Stabteil umfassen, das in das Verschiebungsglied der Differenzdruck-Erzeugungsmittel integriert ist, und eine Druckfeder, die zwischen dem Ende des Stabteils, das dem Verschiebungsglied entgegengesetzt ist, und einem Ventilschieber des Leitventils angeordnet ist, und die Druckfeder zum Belasten des Verschiebungsglieds und des Leitventils aufeinander zu, wobei der Ventilkörper des Hauptventils hierzwischen angeordnet ist. Das Stabteil kann in einem Durchgangsloch angeordnet sein, das im Ventilkörper des Hauptventils ausgebildet ist, und einem Durchgangsloch, das im Ventilkörper des Leitventils ausgebildet ist.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele noch näher ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine Strömungssteuer- Ventilvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
In Fig. 1 ist die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 umfaßt ein Gehäuse 5 mit einem Hauptströmungsmittelkanal 4, der mit einer Einlaßöffnung 2 und einer Auslaßöffnung 3 versehen ist. Ein Hauptventil 6, das die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Auslaßöffnung 3 ermöglicht oder diese Verbindung absperrt, ist an einer Zwischenlage zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Auslaßöffnung 3 im Gehäuse 5 angeordnet. Das Hauptventil 6 ist als ein Sitzventil ausgebildet, das von einem Ventilkörper 8 gebildet ist, der zur axialen Bewegung in einer Ventilkammer 7 aufgenommen ist, die im Gehäuse 5 ausgebildet ist, und einem Ventilsitz 9, der einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper 8 in Eingriff mit dem Ventilsitz 9 bringbar ist. Der Ventilkörper 8 des Hauptventils 6 (nachfolgend als "Hauptventilkörper 8V bezeichnet) weist einen rückwärtigen Abschnitt 10 auf der vom Ventilsitz 9 abgewandten Seite auf, und der rückwärtige Abschnitt 10 weist einen vergrößerten Durchmesser auf, um es dem Hauptventilkörper 8 zu ermöglichen, axial an der Innenwand der Ventilkammer 7 in abgedichteter Weise zu gleiten. Im Gehäuse 5 ist eine Gegendruckkammer 11 als ein Teil der Ventilkammer 7 zwischen der Innenwand des Gehäuses 5 und dem Hauptventilkörper 8 ausgebildet. Die Gegendruckkammer 11 steht mit der Einlaßöffnung 2 durch eine kleine Öffnung 12 in Verbindung, die im rückwärtigen Abschnitt 10 des Hauptventilkörpers 8 vorgesehen ist.
Der Hauptventilkörper 8 weist ein Durchgangsloch 13 auf, das koaxial hierzu ausgebildet ist, und das Durchgangsloch 13 bildet einen Nebenkanal, der eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 11 und der Auslaßöffnung 3 herstellt. Das Öffnen und Schließen des Nebenkanals 13 wird von einem Leitventil 14 gesteuert.
Das Leitventil 14 ist von einem Stößelventilkörper 15 gebildet, der koaxial zum Hauptventilkörper 8 angeordnet ist, und einem beweglichen Ventil 16, mit dem der Ventilkörper 15 in Eingriff tritt und der mit dem Hauptventilkörper 8 einstückig ist. Das Leitventil 14 hat einen Betätigungsabschnitt, der mit einem Ventilschieber 17 versehen ist, der einstückig mit dem Ventilkörper 15 des Leitventils 14 verbunden ist (nachfolgend als "Leitventilkörper 15" bezeichnet), und der Ventilschieber 17 hat einen Kolbenabschnitt 18 mit vergrößertem Durchmesser. Der Ventilschieber 17 und der Kolbenabschnitt 18 sind in einer Ventilkammer 19 aufgenommen, die im Gehäuse 5 derart ausgebildet ist, daß sie axial an der Innenwand der Ventilkammer 19 in abgedichteter Weise gleiten. Eine erste Druckkammer 20 und eine zweite Druckkammer 21 sind zwischen der Innenwand der Ventilkammer 19 und den gegenüberliegenden ringförmigen Endflächen des Kolbenabschnitts 18 ausgebildet, und eine Druckausgleichskammer 22 ist zwischen der Endfläche des Ventilschiebers 17, die dem Ventilkörper 15 entgegengesetzt ist, und der Innenwand der Ventilkammer 19 ausgebildet. Die erste und zweite Druckkammer 20 und 21 stehen jeweils mit Steuerkanälen 23 und 24 in Verbindung, und Leitdrücke Pc1 und Pc2 werden entsprechend durch die Steuerkanäle 23 und 24 in Übereinstimmung mit einer Betätigungs-Eingabeanweisung eingeleitet. Der Ventilschieber 17 weist einen axialen Durchgangskanal 25 auf, der mit der Druckausgleichskammer 22 in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung wird eine Betätigungskraft entsprechend der Betätigungs-Eingabeanweisung hydraulisch dem Leitventil 14 mitgeteilt.
Ein Differenzdruck-Erzeugungsmittel 30 zum Erzeugen eines Differenzdrucks entsprechend dem Strömungsdurchsatz im Hauptströmungsmittelkanal 4 sind im Hauptströmungsmittelkanal 4 an dessen Seite angeordnet, die der Auslaßöffnung 3 benachbart ist. Die Differenzdruck-Erzeugungsmittel 30 weisen ein Verschiebungsglied 32 auf, das von einer Führung 31, die einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist, zur Hin- und Herbewegung in Richtung der Strömungsmittelströmung abgestützt ist. Eine Feder 33 ist zwischen der Führung 31 und dem Verschiebungsglied 32 angeordnet, die das Verschiebungsglied 32 in einer Richtung der Strömungsmittelströmung entgegengerichtet belastet. Das Verschiebungsglied 32 wirkt mit einer gekrümmten Wandfläche 34 des Hauptströmungsmittelkanals 4 so zusammen, daß ein Strömungsmittelkanal gebildet ist, dessen Öffnungsfläche mit einer Zunahme im Bewegungshub des Verschiebungsgliedes 32 zunimmt. Die Wandfläche 34 des Hauptströmungsmittelkanals 4 hat eine solche Form, daß sie eine Wurzelfunktion α x (α: eine Konstante) oder eine Funktion einnimmt, die einer Wurzelfunktion im Hinblick auf den Bewegungshub des Verschiebungsgliedes 32 nahekommt.
Das Verschiebungsglied 32 dient auch als Rückschlagventil und steht in seiner unwirksamen Lage, die in Fig. 1 gezeigt ist, in Eingriff mit dem Ventilsitz 35, der im Gehäuse 5 ausgebildet ist, um einen Kanalabschnitt 36 zwischen dem Hauptventilkörper 8 und dem Verschiebungsglied 32 hydraulisch gegenüber der Auslaßöffnung 3 zu isolieren.
Wie oben beschrieben, ist das Leitventil 14 und das Verschiebungsglied 32 der Differenzdruck-Erzeugungsmittel 30 koaxial auf den Hauptventilkörper 8 ausgerichtet, der zwischen dem Leitventil 14 und dem Verschiebungsglied 32 angeordnet ist.
Die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 weist Steuermittel 40 zum Steuern der Betriebskraft des Leitventils 14 in Übereinstimmung mit den Differenzdrücken auf, die in den Differenzdruck-Erzeugungsmitteln 30 erzeugt werden. Die Steuermittel 40 sind von einer Zugfeder 41 gebildet, die sich durch den Durchgangskanal 13 im Hauptventilkörper 8 erstreckt, um das Verschiebungsglied 32 der Differenzdruck- Erzeugungsmittel 30 und den Ventilkörper 15 des Leitventils 14 zu verbinden und um das Verschiebungsglied 32 und den Leitventilkörper 15 aufeinander zu zu belasten, wobei der Hauptventilkörper 8 zwischen diesen liegt. Die Zugfeder 41 überträgt den Differenzdruck, der in den Differenzdruck- Erzeugungsmitteln 30 erzeugt wird, auf den Leitventilkörper 15 als eine Federkraft, die der Verschiebung des Verschiebungskörpers 32 entspricht. Somit wird die Betriebskraft des Leitventils 14 mechanisch in Übereinstimmung mit dem erzeugten Differenzdruck gesteuert.
Die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 mit dem obigen Aufbau kann in ein hydraulisches dosierendes Zuführ-Steuersystem eingebaut werden, beispielsweise dadurch, daß man die Einlaßöffnung 2 mit einer hydraulischen Pumpe 50 verbindet, während man die Auslaßöffnung 3 mit der Kopfseite eines hydraulischen Zylinders 51 verbindet.
Eine hydraulische Leitvorrichtung 52 mit gewöhnlichem Aufbau kann als Betätigungseinrichtung zum Steuern des Leitventils 14 verwendet werden. In diesem Fall wird eine hydraulische Leitleitung 53, die sich von der einen Seite der hydraulischen Leitvorrichtung 52 aus erstreckt, mit dem Steuerkanal 23 verbunden, und der Steuerkanal 24 wird mit einem Tank (nicht gezeigt) verbunden. Somit wird der Leitdruck Pc1, der der in einer Richtung erfolgenden Betriebs- Eingabeanweisung der hydraulischen Leitvorrichtung 52 entspricht, in den Steuerkanal 23 eingeleitet, und der Druck im Steuerkanal 24 wird bei dem Druck Pc2 gehalten, der äquivalent ist zum Tankdruck. Eine hydraulische Leitleitung 54, die sich von der anderen Seite der hydraulischen Leitvorrichtung 52 aus erstreckt, kann in ein Leitventil einer Strömungssteuer-Ventilvorrichtung (nicht gezeigt) eingeleitet werden, die gleichartig zur Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 ist und an die Bodenseite des hydraulischen Zylinders 51 angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise der Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 wird unten beschrieben.
Wenn die hydraulische Leitvorrichtung 52 nicht betrieben wird und somit die Leitdrücke Pc1 und Pc2 nicht erzeugt werden, wird der Ventilkörper 15 des Leitventils 14 in Berührung mit dem Ventilsitz 16 gehalten, und der Nebenkanal 13 wird vom Leitventil 14 verschlossen. Deshalb tritt keine Strömungsmittelströmung in der kleinen Öffnung 12 auf, die die Einlaßöffnung 2 in Verbindung mit der Gegendruckkammer 11 versetzt, und deshalb werden die Gegendruckkammer 11 und die Einlaßöffnung 2 im selben Druckzustand gehalten. Somit wird der Hauptventilkörper 8 in die ventilschließende Richtung dank der Differenz zwischen der druckaufnehmenden Fläche der Endfläche 10A des radial vergrößerten, rückwärtigen Abschnitts 10 des Hauptventilkörpers 8, welche Fläche zur Gegendruckkammer 11 hin freiliegt, und der druckaufnehmenden Fläche der ringförmigen Endfläche 10B des rückwärtigen Abschnitts 10 gedrückt, der der Einlaßöffnung 2 näherliegt, so daß der Hauptventilkörper 8 in einer geschlossenen Lage angeordnet ist, in welcher der Hauptventilkörper 8 in Berührung mit dem Ventilsitz 9 gehalten ist.
Wenn in diesem Zustand der Leitdruck Pc1, der der Betriebs-Eingabeanweisung entspricht, durch Betätigen der hydraulischen Leitvorrichtung 52 erzeugt wird, wird der Leitdruck Pc1 in die erste Druckkammer 20 und die zweite Druckkammer 21 des Leitventils 14 durch den Steuerkanal 23 bzw. 24 eingeleitet. Somit wird eine Betätigungskraft, die proportional ist zur Leitbetätigungseingabe, dem Leitventilkörper 15 mitgeteilt. Diese Betätigungskraft wird durch die Gleichung Fc = A (Pc1 - Pc2) dargestellt, wo A die Fläche der ringförmigen Endfläche des Kolbenabschnitts 18 ist und Pc2 der Tankdruck ist, wie vorher beschrieben.
Wenn die Betätigungskraft Fc, die der Betätigungseingabeanweisung entspricht, dem Leitventil 14 mitgeteilt wird, wird der Leitventilkörper 15 in Richtung vom Ventilsitz 16 weg so nach oben bewegt, daß der Nebenkanal 13 geöffnet wird. Somit wird die Gegendruckkammer 11 in Verbindung mit dem Kanalabschnitt 36 durch den Nebenkanal 13 versetzt, und ein hoher Druck, der äquivalent ist zum hohen Druck in der Einlaßöffnung 2 der Gegendruckkammer 11, wirkt auf den Kanalabschnitt 36 ein, um das Verschiebungsglied oder Rückschlagventil 32 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 nach unten zu drücken und zu bewegen. Somit wird das Rückschlagventil 32 geöffnet, um eine Leitströmung zu bilden, gemeinsam mit welcher das Strömungsmittel in der Einlaßöffnung 2 durch die kleine Öffnung 12, die Gegendruckkammer 11, den Nebenkanal 13 und den Kanalabschnitt 36 in die Auslaßöffnung 3 strömt. Da in diesem Fall das Strömungsmittel, das von der Einlaßöffnung 2 in die Gegendruckkammer 11 strömt, durch die kleine Öffnung 12 gehemmt ist, tritt eine Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Gegendruckkammer 11 auf. Der Strömungsmitteldruck in der Gegendruckkammer 11 wird verringert, verglichen mit dem Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung 2. Wenn Kräfte, die auf das ringförmige Ende 10B und das Kopfende 8A des Ventilkörpers 8 einwirken, größer werden als die Kraft, die auf die Endfläche 10A des jeweiligen Abschnitts 10 einwirkt, als Ergebnis eines solchen Druckabfalls in der Gegendruckkammer 11, wird der Hauptventilkörper 8 gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach oben bewegt, um das Ventil 1 zu veranlassen, zu öffnen. Somit wird die Einlaßöffnung 2 in Verbindung mit dem Kanalabschnitt 36 versetzt, und das Strömungsmittel in der Einlaßöffnung 2 strömt durch den Hauptströmungsmittelkanal 4 in den Kanalabschnitt 36. Das Strömungsmittel, das im Kanalabschnitt 36 strömt, drückt und bewegt das Verschiebungsglied 32 gemäß der Darstellung in Fig. 1 gegen die Kraft der Feder 33 nach unten und strömt in die Auslaßöffnung 3. Demzufolge wird der Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das durch den Hauptströmungsmittelkanal 4 hindurchtritt, als ein Differenzdruck durch die Differenzdruck-Erzeugungsmittel 30 gemessen. In anderen Worten, der Differenzdruck, der bestimmt ist durch die Form der Wandfläche 34, wird auf der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seite des Verschiebungsgliedes 32 erzeugt, und gleichzeitig wird das Verschiebungsglied 32 in eine Verschiebungslage bewegt, die dem Differenzdruck entspricht. Die Zugfeder 41 wird durch die Bewegung des Verschiebungsgliedes 32 gelängt, und eine Federkraft, die der Verschiebung des Verschiebungsgliedes 32 entspricht, wird dem Leitventilkörper 15 mitgeteilt. Demzufolge wird der Leitventilkörper 15 zum Ventilsitz 16 gezogen und die Öffnung des Leitventils 14 wird verringert. Mehr im einzelnen wird die Betätigungskraft Fc des Leitventils 14 so einreguliert, daß sie um ein Maß kleiner wird, das ein Äquivalent zur Federkraft der Zugfeder 41 ist, und das Leitventil 14 nimmt eine Öffnung ein, die der regulierten Betätigungskraft entspricht. Somit wird das Strömungsmittel, das durch die Gegendruckkammer 11 in den Nebenkanal 13 strömt, gehemmt, und der Druck in der Gegendruckkammer 11 steigt an, um den Hauptventilkörper 8 zu veranlassen, sich in Richtung zum Schließen des Ventils zu bewegen und hierdurch die Öffnung des Hauptventils 6 zu verringern und dadurch die Zunahme im Strömungsdurchsatz des Strömungsmittels, das im Hauptströmungskanal 4 strömt, zu unterdrücken. Auf diese Weise wird die Öffnung des Hauptventilkörpers 8 in Abhängigkeit vom Zustand des Ausgleichs zwischen der Betätigungskraft Fc bestimmt, die dem Leitventil 14 mitgeteilt ist, und der Federkraft der Feder 41, so daß der Strömungsdurchsatz entsprechend der Betätigungskraft Fc erhalten wird.
Die Gestalt der Wandfläche 34 des Hauptströmungsmittelkanals 4 ist so gewählt, daß die Öffnungsfläche, die zwischen dem Verschiebungsglied 32 und der Wandfläche 34 gebildet ist, eine Wurzelfunktion oder eine Funktion nahe der Wurzelfunktion in bezug auf den Bewegungshub des Verschiebungsgliedes 32 einnehmen kann. Dementsprechend ist es möglich, Strömungscharakteristiken vorzusehen, durch welche der Strömungsdurchsatz und die Verschiebung des Verschiebungsgliedes 32 eine nahezu lineare, proportionale Zuordnung einnehmen, und, wie später beschrieben, nehmen der Strömungsdurchsatz und die Betätigungskraft Fc des Leitventils 14 eine nahezu lineare, proportionale Zuordnung ein.
Wenn in diesem Zustand der Strömungsmitteldruck in der Einlaßöffnung 2 ansteigt und der Differenzdruck zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Auslaßöffnung 3 zunimmt, nimmt der Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das durch den Hauptströmungsmittelkanal 4 hindurchgeht, vorübergehend zu. Die Zunahme im Strömungsdurchsatz wird als eine Zunahme im Differenzdruck durch die Differenzdruck-Erzeugungseinrichtung 30 gemessen und der Differenzdruck zwischen den Strömungen stromaufwärts und stromabwärts vom Verschiebungsglied 32 nimmt zu und gleichzeitig nimmt die Verschiebung des Verschiebungsgliedes 32 zu. Somit wird die Betätigungskraft Fc des Leitventils 14 so einreguliert, daß sie um ein Ausmaß kleiner wird, das äquivalent ist zur Federkraft der Zugfeder 41, und das Leitventil 14 nimmt eine Öffnung ein, die der regulierten Betätigungskraft entspricht. Deshalb steigt der Druck in der Gegendruckkammer 11 an, um die Öffnung des Hauptventils 6 zu veranlassen, abzunehmen und hierdurch eine Zunahme im Strömungsdurchsatz des Strömungsmittels zu unterdrücken, das im Hauptströmungsmittelkanal 4 strömt. Auf diese Weise ist es möglich, einen vorbestimmten Strömungsdurchsatz sicherzustellen, der der Betätigungskraft Fc des Leitventils 14 entspricht, unabhängig von einer Zunahme des Differenzdrucks zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Auslaßöffnung 3, so daß eine Druckausgleichsfunktion vorgesehen werden kann.
Der oben beschriebene Vorgang wird durch Gleichungen dargestellt, die später beschrieben werden. In den Gleichungen sind die Menge eines jeden Zustands, von Flächen und von Konstanten dargestellt durch die folgenden Symbole:
Fc: Betätigungskraft, die am Leitventil 14 durch die Leitdrücke Pc1 und Pc2 erzeugt wird,
x: Verschiebung des Verschiebungsgliedes 32 in bezug auf das Gehäuse 5,
y: Verschiebung des Leitventilkörpers 15 in bezug auf das Gehäuse 5,
y0: Verschiebung des Leitventilkörpers 15 in bezug auf das Gehäuse 5,
z: Verschiebung des Hauptventilkörpers 8 in bezug auf das Gehäuse 5,
ΔP: Differenzdruck zwischen der Einlaßöffnung 2 und dem Hauptströmungsmittelkanalabschnitt 36,
ΔPc: Differenzdruck zwischen dem Hauptströmungsmittelkanalabschnitt 36 und der Auslaßöffnung 3,
Q1: Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das von der Einlaßöffnung 2 durch den Hauptströmungsmittelkanal 4 in den Kanalabschnitt 36 strömt,
Q2: Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das vom Kanalabschnitt 36 in der Auslaßöffnung 3 strömt,
A(X) : Querschnittsfläche des Strömungsmittelkanals zwischen dem Verschiebungsglied 32 und der Wandfläche 34 des Kanalabschnitts 36,
AFM: Druckaufnahmefläche des Verschiebungsgliedes 32,
: strömungsmitteldichte,
C&sub1;, C&sub2;, C&sub3;, C&sub4; und C&sub5;: Konstanten, die jeweils von der Form der Wandfläche 34 bestimmt sind,
q: Strömungsdurchsatz an Strömungsmittel, das durch die kleine Öffnung 12 strömt, d.h. der Leitströmungsdurchsatz, und
kf: Gesamtfederkonstante der Federn 33 und 41 (wenn die Federkonstante der Feder 33 k33 und die Federkonstante der Feder 41 k41 beträgt, kf = k41 - k33).
Die Gleichung (1) wird als erstes erhalten, da die Betätigungskraft Fc, die auf den Leitventilkörper 15 (den Ventilschieber 17) einwirkt, einen Ausgleich mit der gesamten Federkraft kf der Federn 33 und 41 findet:
Fc = kf(x + y) (1)
Die Strömungsdurchsätze Q1 und Q2 sind jeweils durch die folgenden Gleichungen dargestellt:
Wenn der Leitströmungsdurchsatz g und der Strömungsdurchsatz Q1 q « Ql beträgt, wird Q1 = Q2 erhalten. Deshalb wird die folgende Gleichung aus den obigen Gleichungen (2) und (3) erhalten:
Die Verschiebungen z, y, und y0 nehmen die folgende Zuordnung ein:
z = y - y0 (5)
Da y0 / y « l, wird z y erhalten und die obige Gleichung (4) wird zu:
Aus den obigen Gleichungen (1) und (6) erhalten wir:
wo dann, wenn ΔP » ΔPc, die obige Gleichung (7) zu folgendem wird:
Fc = kf x (8)
Der Ausgleich zwischen dem Differenzdruck ΔPc, der auf das Verschiebungsglied 32 einwirkt, und der Betätigungskraft Fc sorgt für:
Fc = AFM Δ Pc (9)
Die Form der Wandfläche 34 ist, wie schon oben beschrieben, so geformt, daß die Öffnungsfläche zwischen dem Verschiebungsglied 32 und der Wandfläche 34 eine Wurzelfunktion im Hinblick auf den Bewegungshub des Verschiebungsgliedes 32 einnimmt. Somit gilt
Deshalb erhalten wir aus den obigen Gleichungen (3), (9) und (10):
Es ist aus der obigen Gleichung (11) verständlich, daß der Strömungsdurchsatz Q2 linear proportional zur Betätigungskraft Fc ist. Es ist deshalb möglich, Strömungscharakteristiken vorzusehen, die linear proportional zur Betätigungskraft Fc des Leitventils 14 sind. Zusätzlich wird aus der obigen Gleichung (11) verständlich, daß der Strömungsdurchsatz Q2 nicht vom Differenzdruck ΔP beeinflußt wird und daß es deshalb möglich ist, den Strömungsdurchsatz Q2 im Hinblick auf eine Zunahme im Differenzdruck ΔP konstant zuhalten, wodurch eine Druckausgleichsfunktion vorgesehen werden kann.
Es muß vermerkt werden, daß das Hauptventil 6 ganz allgemein durch eine Strömungskraft beeinflußt wird. Wenn der Einfluß berücksichtigt wird, dann wird eine Funktionsgleichung f(ΔP) des Differenzdrucks ΔP zur obigen Gleichung (11) addiert, und die folgende Gleichung wird erhalten:
Es wird aus der Gleichung (12) verständlich, daß selbst dann, wenn ein Einfluß der Strömungskraft vorliegt, der Strömungsdurchsatz Q2 etwa linear proportional zur Betätigungskraft Fc ist. Es ist deshalb möglich, Strömungscharakteristiken vorzusehen, die etwa linear proportional zur Betätigungskraft Fc des Leitventils 14 sind. In der obigen Gleichung (12) hängt die Strömungskraft ab von der Form des Sitzabschnitts des Hauptventils 6, und deshalb kann der Strömungsdurchsatz Q2 in geringem Maße in Abhängigkeit vom Differenzdruck ΔP durch Ändern dieser Form gebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Druckausgleichsfunktion zu erreichen, die einen Strömungsdurchsatz sicherstellen kann, der eine vorbestimmte Zuordnung zu einer Zunahme im Differenzdruck ΔP einnimmt. Wenn zusätzlich der Strömungsdurchsatz Q2 in geringe Abhängigkeit vom Differenzdruck ΔP gebracht wird, ist es möglich, die Strömungscharakteristiken zu erzielen, die für den hydraulischen Zylinder 51 einer speziellen Art erforderlich sind.
Wie oben beschrieben, ist die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel imstande, Strömungscharakteristiken zu erzielen, die etwa linear proportional zu einer Betätigungs-Eingabeanweisung sind, sowie auch eine Druckausgleichsfunktion, die einen etwa konstanten Strömungsdurchsatz im Hinblick auf eine Zunahme im Differenzdruck sicherstellt. Die Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 1 erfordert weder ein Druckausgleichventil noch einen Schlitz einer Art einstellbarer Blendenöffnung bzw. kleiner Öffnung und hat deshalb einen verhältnismäßig einfachen Aufbau, der mit dem Verschiebungsglied 32 und den Federn 33 und 41 versehen ist. Da der Nebenkanal 13 als der Kanal vorgesehen ist, der sich durch den Hauptventilkörper 8 erstreckt, ist der Aufbau das Kanals in gleichartiger Weise vereinfacht. Dementsprechend ist es möglich, die Anzahl der Herstellungsschritte und somit die Kosten der Herstellung zu verringern. Zusätzlich wird eine Zunahme im Strömungsdurchsatz unmittelbar von den Differenzdruck-Erzeugungsmitteln 30 gemessen, die im Hauptströmungsmittelkanal 4 angeordnet sind, statt eines Druckausgleichsventils zum Steuern des Leitströmungsdurchsatzes, um hierdurch einen Ausgleich für den Differenzdruck herzustellen. Es ist dementsprechend möglich, einen Differenzdruckausgleich zu erzielen, der im Nachlaufverhalten hervorragend ist.
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dient das Verschiebungsglied 32 auch als ein Rückschlagventil. Deshalb wird selbst dann, wenn zum Zeitpunkt der Ventilöffnung der Strömungsmitteldruck in der Auslaßöffnung 3 größer wird als der in der Einlaßöffnung 2, das Strömungsmittel in der Auslaßöffnung 3 daran gehindert, in die Einlaßöffnung 2 einzudringen. Dementsprechend ist die Strömungssteuerventilvorrichtung 1 zum Einbau in ein dosierendes, hydraulisches Zuführ-Steuersystem geeignet.
Ferner ist beim ersten Ausführungsbeispiel, da der Hauptventilkörper 8 mit dem beweglichen Ventilsitz 16 versehen ist, die Öffnung des Hauptventiles 6 zum Zeitpunkt eines vorübergehenden Betriebes unmittelbar durch Steuern der Betätigungskraft des Leitventils 14 reguliert. Somit sind der Zeitraum, der erforderlich ist, bis ein stabiler Zustand erreicht ist, verkürzt, und das Ansprechverhalten ist verbessert. Auch ist das Ausmaß der inneren Leckage im äußersten Maße verringert, da das Hauptventil 6 als ein Sitzventil ausgebildet ist. Deshalb ist das erste Ausführungsbeispiel auch zum Einbau in ein hydraulisches Hochdruck-Steuersystem geeignet. Zusätzlich sind das Leitventil 14 und das Verschiebungsglied 32 der Differenzdruck-Erzeugungsmittel 30 koaxial zueinander angeordnet, wobei der Hauptventilkörper 8 zwischen ihnen angeordnet ist. Es ist dementsprechend möglich, die Drehanordnung der jeweiligen Teile zu erreichen und somit die Strömungssteuerventilanordnung 1 kompakt auszubilden.
Fig. 2 ist ein Schnitt, der ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder entsprechende Teile zu bezeichnen7 die in Fig. 1 gezeigt sind, und in den verbleibenden Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, die noch später beschrieben werden, sind, obwohl nicht eigens erwähnt, dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in Fig. 1 benutzt sind.
In einer Strömungssteuerventilvorrichtung 60 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Leitventil 61 durch eine elektromagnetische Antriebseinrichtung betätigt. Ein Kolben 63 ist auf eine Ventilhülse 62 passend aufgebracht, die einstückig mit dem Ventilkörper 15 des Leitventils 61 ausgebildet ist, und der Kolben 63 ist von einer inneren Hülse 64 und einem nichtmagnetischen Ring 65 umgeben. Die innere Hülse 64 und der nichtmagnetische Ring 65 sind von einer Spule 64 umgeben, und eine äußere Hülse 67 ist angeordnet, wobei die Spule 64 zwischen der äußeren Hülse 67 und der inneren Hülse 64 sowie dem nichtmagnetischen Ring 65 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel bewegt der Kolben 63, d.h. der Ventilkörper 15 des Leitventils 61, sich in Übereinstimmung mit der Größe eines elektrischen Stromes, der in der Spule 66 fließt.
In Differenzdruck-Erzeugungsmitteln 30 ist eine Wandfläche 34 des Hauptströmungsmittelkanals 4 durch eine Kombination aus einer Vielzahl flacher Flächen so gebildet, daß die Wandfläche 34 ohne weiteres bearbeitet werden kann. Die Form der Wandfläche 34 ist so gewählt, daß die Öffnungsfläche zwischen dem Verschiebungsglied 32 und der Wandfläche 34 eine Funktion annehmen kann, die einer Wurzelfunktion hinsichtlich des Bewegungshubes des Verschiebungsgliedes 32 nahekommt. Der Aufbau des verbleibenden Abschnitts ist gleichartig zu dem des ersten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 gezeigt ist.
Das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 gezeigt ist, ist identisch mit dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, mit Ausnahme der Antriebseinrichtung für das Leitventil 61 und der Form der Wandfläche 34 der Differenzdruck-Erzeugungsmittel 30. Es ist dementsprechend möglich, eine Druckausgleichsfunktion zu erreichen, die imstande ist, einen vorbestimmten Strömungsdurchsatz ohne das Erfordernis sicherzustellen, ein Druckausgleichsventil mit aufzunehmen oder einen Schlitz einer Art einstellbarer Blende bzw. kleinen Öffnung, wodurch das zweite Ausführungsbeispiel dieselbe Wirkung und Funktion wie die des Ausführungsbeispiels liefert, das in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Fig. 3 und 4 sind Schnitte, die ein drittes bzw. viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Das dritte, in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel gehört dem Typ an, der geeignet ist zur Aufnahme in ein dosierendes Abgabe-Steuersystem. Eine Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 70 umfaßt Differenzdruck-Erzeugungsmittel 71 mit einem Verschiebungsglied, das von einem Kegel 72 gebildet ist, und der Außendurchmesser des Kegels 72 ist so gewählt, daß er kleiner ist als der Innendurchmesser des Kanalabschnitts 36. Ein Anschlag oder eine Mutter 73 ist stramm auf das untere Ende des Schaftes des Kegels 72 aufgeschraubt, um die Aufwärtsbewegung (in Fig. 3) des Kegels 72 zu begrenzen. Die Einlaßöffnung 2 ist mit dem hydraulischen Zylinder 51 verbunden, während die Auslaßöffnung 3 mit dem Tank 52a verbunden ist, um ein dosierendes Abgabe-Steuersystem zu bilden. Der Grundaufbau des verbleibenden Abschnitts ist gleichartig zu dem, der in Fig. 1 gezeigt ist.
Das vierte, in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ist der Art nach zur Aufnahme in ein dosierendes Zuführ-Steuersystem geeignet. In einer Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 80 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser des Abschnitts eines Ventilkörpers 82 eines Hauptventils 81, der der Auslaßöffnung 3 zugewandt ist, so gewählt, daß er kleiner ist als der Innendurchmesser des Kanalabschnitts 36, wodurch ein Anteil des Strömungsmittels im Auslaßabschnitt 3 in den Kanalabschnitt 36 eintreten kann.
Ein Anschlag oder Flansch 83 ist am unteren Ende des Ventilkörpers 82 des Hauptventils 81 auf eine solche Weise vorgesehen, daß der Flansch 83 in und außer Berührung mit dem Verschiebungsglied 32 gelangen kann, das als Rückschlagventil dient. Der Flansch 83 hat ein Verbindungsloch 84, das mit der Auslaßöffnung 3 in Verbindung steht. In anderen Worten, der Aufbau der Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 80 ist so, daß das Hauptventil 81 keinen Sitzabschnitt hat.
Gleichartig zum ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch die Ausführungsbeispiele, die in Fig. 3 und 4 gezeigt sind, imstande, Druckausgleichsfunktionen ohne das Erfordernis der Aufnahme eines Druckausgleichventils oder eines Schlitzes einer Art einstellbarer Blende vorzusehen.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
In einer Strömungssteuer-Ventilvorrichtung 170 gemäß dem elften Ausführungsbeispiel weisen Differenzdruckerzeugungsmittel 171 ein Verschiebungsglied 172 auf, das auch als Rückschlagventil dient, und ein Stabteil 173, das einstückig mit dem Verschiebungsglied 172 ausgebildet ist, und das Stabteil 173 erstreckt sich durch ein Durchgangsloch 176, das in einen Ventilkörper 175 eines Hauptventilkörpers 174 ausgebildet ist, und ein Durchgangsloch 180, das in einem Ventilkörper 178 eines Leitventils 177 ausgebildet ist, und einen Ventilschieber 179 und steht aus der Seite des Ventilschiebers 179, die vom Ventilkörper 178 abgewandt ist, heraus. Eine Druckfeder 182 ist zwischen einem herausstehenden Ende 181 und der Endfläche des Ventilschiebers 179, die vom Ventilkörper 178 abgewandt ist, angeordnet. Das Stabteil 173 und die Druckfeder 182 bilden in Kombination mit dem Verschiebungsglied 172 die Differenzdruck-Erzeugungsmittel 171 sowie die Steuermittel 183 zum Steuern der Betätigungskraft des Leitventils 177 in Übereinstimmung mit Differenzdrücken, die von den Differenzdruck-Erzeugungsmitteln 171 erzeugt sind. Das vorstehende Ende 181 und die Druckfeder 182 sind von einer abnehmbaren, hermetisch abschließenden Abdeckung 184 abgedeckt, die eine ausgeglichene Druckkammer 185 bildet. Die ausgeglichene Druckkammer 185 steht mit dem Hauptströmungsmittelkanalabschnitt 36 durch einen Spalt 186 zwischen dem Leitventil-Durchgangsloch 180 und dem Stabteil 173 sowie einen Verbindungskanal 187 in Verbindung, der im Hauptventilkörper 175 ausgebildet ist, um die freie Bewegung des Stabteils 173 zu gestatten.
Es wird ohne weiteres verständlich, daß im fünften Ausführungsbeispiel die Druckfeder 182 eine gleichartige Wirkung zu der der Zugfeder 41 durchführt, die in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel benutzt ist. Dementsprechend sieht auch das fünfte Ausführungsbeispiel Wirkungen und Funktionen gleichartig zu jenen des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels vor. Zusätzlich ist es beim fünften Ausführungsbeispiel, da die Druckfeder 182 außerhalb des Leitventils 177 angeordnet ist, möglich, einfach die Federkraft der Druckfeder 182 nachzustellen und die Druckfeder 182 zu ersetzen.
Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel verwendet die Steuermittel 183, die vom Stabteil 173 und der Druckfeder 182 gebildet sind, anstelle der von der Zugfeder 41 gebildeten Steuermittel 40 des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Das Merkmal des Ausführungsbeispiels der Fig. 5 kann jedoch mit den Merkmalen irgendeines der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden.
Fig. 6 zeigt im Querschnitt ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Merkmal des elektromagnetbetriebenen Leitventils 61, das in Fig. 2 gezeigt ist, kombiniert ist mit den Steuermitteln 183, und ein elektromagnetbetriebenes Leitventil ist durch das Bezugszeichen 190 bezeichnet. Der Elektromagnet-Antriebsabschnitt des Leitventils 190 ist in vereinfachter Form dargestellt.
Während das obige eine volle und vollständige Offenbarung der Erfindung liefert, können doch verschiedenartige Abwandlungen, Alternativaufbauten und Äquivalente verwendet werden.
Deshalb sollten die obige Beschreibung und die obigen Darstellungen nicht als Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden, sondern die genannte Erfindung ist lediglich durch die Ansprüche definiert.

Claims

1 Strömungssteuer-Ventilvorrichtung mit: einem Gehäuse (5) mit einem Hauptströmungsmittelkanal (4), der eine Einlaßöffnung (2) und eine Auslaßöffnung (3) aufweist; einem Hauptventil (6; 81; 174), das zwischen der genannten Einlaßöffnungen (2) und der genannten Auslaßöffnung (3) angeordnet ist, um die Verbindung zwischen der genannten Einlaßöffnung (2) und der genannten Auslaßöffnung (3) zuzulassen oder abzusperren; einer Gegendruckkammer (11), die zwischen einer Innenwand des genannten Gehäuses (5) und einem rückwärtigen Abschnitt (10) eines Ventilkörpers (8; 82; 175) des genannten Hauptventils (6) ausgebildet ist, wobei die genannte Gegendruckkammer (11) mit der genannten Einlaßöffnung (2) durch eine Blendenöffnung (12) in Verbindung steht; einem Nebenkanal (13), um die genannte Gegendruckkammer (11) in Verbindung mit der genannten Auslaßöffnung (3) zu bringen; und einem Leitventil (14; 177; 190) zum Betätigen des genannten Hauptventils (6) durch Steuern des Öffnens und Schließens des genannten Nebenkanals (13) und durch Ändern des Strömungsmitteldrucks in der genannten Gegendruckkammer (11), gekennzeichnet durch Differenzdruck-Erzeugungsmittel (30; 71; 171), die im genannten Hauptströmungsmittelkanal (4) angeordnet sind und ein Verschiebungsglied (32; 72; 172) umfassen, das zur Bewegung in Richtung des Strörnungsmittelstroms im genannten Hauptströmungsmittelkanal angeordnet ist, sowie eine erste Federeinrichtung (33; 182), um das genannte Verschiebungsglied in einer Richtung zu drücken, die der Richtung des Strömungsmittelstroms entgegengesetzt ist, wobei das genannte Verschiebungsglied mit einer Wandfläche (34; 35) des genannten Hauptströrnungsmittelkanals zusammenwirkt, um einen Strömungsmittelkanal mit einer Öffnungsfläche festzulegen, die mit einer Zunahme im Bewegungshub des genannten Verschiebungsgliedes zunimmt; und

Steuermittel mit einer zweiten Federeinrichtung (41; 182) zum übertragen einer Steuerkraft, die einem Differenzdruck an den genannten Differenzdruck-Erzeugungsmitteln entspricht, um die Öffnungskraf t des genannten Leitventiles (14; 61; 177; 190) zu steuern,

worin der genannte Nebenkanal ein Durchgangsloch (13; 176) umfaßt, das im genannten Ventilkörper (8; 82; 175) des genannten Hauptventils koaxial ausgebildet ist; und das genannte Leitventil (14; 177; 190) koaxial zum genannten Verschiebungsglied (32; 72; 172) der genannten Differenzdruck-Erzeugungsmittel (30; 71; 171) und zum genannten Ventilkörper (8; 82; 175) des genannten Hauptventils angeordnet ist, wobei der Leit-Ventilkörper (8; 82; 175) zwischen dem genannten Leitventil und dem genannten Verschiebungsglied angeordnet ist und das genannte Leitventil einen beweglichen Ventilsitz (16) aufweist, der in den genannten Ventilkörper des genannten Hauptventils integriert ist und an dem einen Ende des genannten Nebenkanals ausgebildet ist.

2. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Federeinrichtung (41; 182) einen Ventilkörper (15; 178) des genannten Leitventils (14; 61; 177; 190) und das genannte Verschiebungsglied (32; 72; 172) der genannten Differenzdruck- Erzeugungsmittel (30; 71; 171) aufeinander zu belastet.

3. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Federeinrichtung eine Zugfeder (41) ist, die zwischen dem genannten Verschiebungsglied (32; 72) der genannten Differenzdruck- Erzeugungsmittel (30; 71) und dem genannten Ventilkörper (15) des genannten Leitventils (14; 61) angeordnet ist.

4. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuermittel (183) ferner ein Stabteil (173) aufweisen, das in das genannte Verschiebungsglied (172) der genannten Differenzdruck-Erzeugungsmittel (171) integriert ist und sich durch den genannten Ventilkörper (178) des genannten Leitventils (177; 190) erstreckt, und daß die genannte zweite Federeinrichtung eine Druckfeder (182) ist, die zwischen einem Ventilschieber (179) des genannten Leitventils und dem Ende des genannten Stabteils (173) auf einer Seite angeordnet ist, die dem genannten Verschiebungsglied (172) gegenüberliegt.

5. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verschiebungsglied (32; 172) der genannten Differenzdruck-Erzeugungsmittel (30; 171) auch als ein Rückschlagventil dient.

6. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Hauptventil (6) ein Sitzventil ist.

7. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuermittel (40) eine Zugfeder (41) umfassen, die zwischen dem genannten Verschiebungsglied (32; 72) der genannten Differenzdruck-Erzeugungsmittel (30; 71) und dem genannten Ventilkörper (15) des genannten Leitventils (14; 61) angeordnet ist, um das genannte Verschiebungsglied und den genannten Ventilkörper des genannten Leitventils aufeinander zu zu belasten, wobei der genannte Ventilkörper (8) des genannten Hauptventils zwischen diesen angeordnet ist, und wobei die genannte Zugfeder (41) im genannten Durchgangsloch (13) angeordnet ist, das im genannten Ventilkörper des genannten Hauptventils ausgebildet ist.

8. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuermittel (183) ein Stabteil (173) umfassen, das in das genannte Verschiebungsglied (172) der genannten Differenzdruck-Erzeugungsmittel (171) integriert ist, und eine Druckfeder (182), die zwischen dem Ende des genannten Stabteils gegenüber dem genannten Verschiebungsglied und einem Ventilschieber (179; 60) des genannten Leitventils (177; 190) auf einer Seite angeordnet ist, die dem genannten Verschiebungsglied gegenüberliegt, wobei die genannte Druckfeder (182) das genannte Verschiebungsglied und den genannten Ventilkörper (178) des genannten Leitventils aufeinander zu belastet, wobei der genannte Ventilkörper (175; 8) des genannten Hauptventils zwischen dem genannten Verschiebungsglied und dem genannten Ventilkörper des genannten Leitventils angeordnet ist, und wobei das genannte Stabteil (173) sich durch ein Durchgangsloch (176; 13) hindurch erstreckt, das im genannten Ventilkörper des genannten Hauptventils ausgebildet ist, und ein Durchgangsloch (180), das im genannten Ventilkörper (180) des genannten Leitventils ausgebildet ist.

9. Strömungssteuer-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Wandfläche (34, 35) des genannten Hauptströmungsmittelkanals (4; 3) eine solche Form hat, daß die genannte Öffnungsfläche mindestens näherungsweise eine Wurzelfunktion bezüglich des Bewegungshubes des genannten Verschiebungsgliedes (32) einnimmt.