Title:
Elektroproportionales Mehrstufenventil
Kind Code:
A1


Abstract:

Elektroproportionale Mehrstufenventile zur Beeinflussung oder Regelung größerer hydraulischer Energieströme werden im Betrieb über eine elektrische Eingangsstufe, zumeist in der Form eines Proportionalmagneten, mittels eines elektrischen Steuersignals stetig angesteuert, wobei das elektrische Eingangssignal in ein proportionales, mechanisches Ausganssignal, in der Form eines Stellweges, gewandelt wird. Die dabei wirkende Magnetkraft ist proportional dem Eingangsstrom und über den Stellweg weitestgehend konstant. Der Proportionalmagnet ist dabei als sogenannter Nassankermagnet ausgeführt. Das mechanische Ausgangssignal-Stellweg- des elektromechanischen Wandlers bewirkt Kraftänderungen auf ein Stellorgan in einer hydraulischen Vorsteuerstufe die somit als eine Verstärkerstufe, mit hydraulischer Hilfsenergie, die hydraulische Haupt- oder Leistungsstufe über einen proportional veränderbaren Fluiddruck steuert bzw. regelt. Störungen im elektromechanischen Wandler, aufgrund von Restlufteinschlüssen oder Verschleißrückständen, können sich bis zu Funktions-Störungen in der Hauptstufe auswirken die, aufgrund der Verstärkungswirkung, zu massiven Betriebsstörungen bei der mit dem Ventil betriebenen Maschine führen können. Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, durch manuelle Wartungseingriffe, z. B. Entlüften des Ankerraumes, mittels dafür vorgesehener Entlüftungsschrauben, die Störung zu beseitigen. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Vorsteuerfluidstrom erst nach internem, zwangsweisem Durchströmen der elektrischen Eingangsstufe, in der Wirkung eines Kreislaufs, wieder dem Hauptfluidkreis zugeführt wird, wodurch eine automatisch wirkende Entlüftung bzw. Reinigung der sensiblen Funktionsteile der Eingangsstufe gewährleistet ist.




Inventors:
Sander, Sascha (72631, Aichtal, DE)
Application Number:
DE102016010171A
Publication Date:
02/22/2018
Filing Date:
08/17/2016
Assignee:
Alpha Fluid Hydrauliksysteme Müller GmbH, 72124 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102006005328A1N/A2007-08-09
DE10259314A1N/A2004-07-15
DE19545021A1N/A1997-03-27
DE4417587A1N/A1995-11-23



Other References:
Argo Hytos GmbH: Vorgesteuerte Proportional-Druckbegrenzungsventile - SR4P2-B2 - HD 5117. 2012. S. 1-4. URL: http://www.argo-hytos.com/fileadmin/user_upload/products/valves/downloads/Datenblatt_SR4P2-B2_hd5117_DE_02.pdf [abgerufen am 22.12.2016]. - Datenblatt - Firmenschrift
Fa. Flucom S.r.L. : Proportional pressure reducing valves - Pilot operated - PLY 30, 10.080. 01/2002. S. 1 - Firmenschrift
Claims:
1. Elektroproportionales Mehrstufenventil, das eine Eingangsstufe (1), eine Verstärker-Vorsteuerstufe (2) mit einem Vorsteuerventil (2a) und mindestens eine Leistungsstufe (3), die vom Vorsteuerventil (2a) angesteuert ist, aufweist, wobei die Leistungsstufe (3) einen zwischen einem Eingangsanschluss (P) und einem Ausgangsanschluss (T) des Mehrstufenventils fließenden Hauptfluidstrom (60) so regelt, dass ein hydraulischer Eingangsdruck am Eingangsanschluss (P) einem in der Eingangsstufe (1) eingespeisten elektrischen Sollwert entspricht, dass aus dem Hauptfluidstrom ein Vorsteuerfluidstrom (61) entnommen ist, der nach dem Abströmen aus dem Vorsteuerventil (2a) der Verstärker-Vorsteuerstufe (2) in den Hauptfluidstrom zurückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerfluidstrom (61) ein Kleinstfluidstrom (65) ist, und dass dieser Vorsteuerfluidstrom (61) erst nach einem Durchströmen der Eingangsstufe (1) wieder in den Hauptfluidstrom zurückgeführt ist, so dass durch diesen Kleinstfluidstrom (65) eine Entlüftungs- und/oder Spülwirkung erzielt ist.

2. Elektroproportionales Mehrstufenventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Hauptfluidstrom (60) entnommene Vorsteuerfluidstrom (61) nach dem Durchströmen der Vorsteuer-Verstärkerstufe (2) sowie der Eingangsstufe (1), über eine Rückförderleitung (66), wieder zu dem Hauptfluidstrom zurückgeführt ist.

3. Elektroproportionales Mehrstufenventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerfluidstrom (61) nach Verlassen des Vorsteuerventils (2a) außen an einem Magnetanker (12) vorbeigeführt ist und von einem Magnetankerende (15), das innen im Magnetanker (12) angeordnet ist, in entgegengesetzter Strömungsrichtung über einen Längskanal (19) wieder zu dem Ausgangsanschluss (T) des Hauptfluidstroms (60) zurückgeführt ist.

4. Elektroproportionales Mehrstufenventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansprechdruck im stromlosen Zustand durch mechanische Mittel (14, 13) von außen einstellbar ist.

5. Elektroproportionales Mehrstufenventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerfluidstrom (61) aus dem Hauptfluidstrom (60) durch eine Blende (32) entnommen ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Elektroproportionales Mehrstufenventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektroproportionale Mehrstufenventile zur Beeinflussung oder Regelung größerer hydraulischer Energieströme werden im Betrieb über eine elektrisch proportionale Eingangsstufe, zumeist in der Form eines Proportionalmagneten, mittels eines elektrischen Steuersignals stetig angesteuert, wobei das elektrische Eingangssignal in ein proportionales, mechanisches Ausgangssignal, in der Form eines Stellweges, gewandelt wird. Die dabei wirkende Magnetkraft ist proportional dem Eingangsstrom und über den Stellweg weitestgehend konstant. Der Proportionalmagnet ist dabei als sogenannter Nassankermagnet ausgeführt, d. h. der Ankerraum hat fluidische Verbindung zum zu regelnden Fluid-Ventilsystem, so dass das zu steuernde bzw. zu regelnde Fluid in den Ankerraum eindringen kann, wobei die den Ankerraum flüssigkeitsdicht umhüllenden Bauteile dem jeweils wirkenden Flüssigkeitsdruck standhalten müssen. Das mechanische Ausgangssignal-Stellweg- des elektromechanischen Wandlers Proportionalmagnet bewirkt Kraftänderungen auf ein Stellorgan in einer hydraulischen Vorsteuerstufe die somit als eine Verstärkerstufe, mit hydraulischer Hilfsenergie, die hydraulische Haupt- oder Leistungsstufe über einen proportional veränderbaren Fluiddruck steuert bzw. regelt. Die hydraulische Hilfsenergie, in Form eines geringen Steuervolumenstroms, wird dabei vom Hauptkreis entnommen. Die hydraulische Vorsteuerstufe ist so konzipiert, dass sie in der Lage ist die an der Leistungsstufe wirkenden großen Kräfte, zumeist Strömungskräfte, problemlos zu beherrschen. Diese Kräfte liegen um Zehnerpotenzen über dem Ausgangs-Kraftsignal des Proportionalmagneten, die hydraulische Hilfsenergie wiederum beträgt nur ein Bruchteil des max. möglichen Energieumsatzes an der Leistungsstufe. In der Ausführung der Leistungsstufe können die unterschiedlichsten hydraulische Symbole der Druckregelung, der Mengenregelung sowie der Mengensteuerung realisiert werden, je nach Schieber/Gehäuse-Kombination – Die Vorsteuerstufe kann hierbei immer gleich ausgeführt sein.

Ein vorgesteuertes Druckregelventil der vorstehend allgemein beschriebenen Bauart ist in der DE 10 2006 005 328 offenbart und zwar als ein 3/2-Ventil nach der allgemeinen Bezeichnung der hydraulischen Funktion der Leistungsstufe. Die gezeigte Leistungsstufe hat demnach einen radialen Eingangs-Anschluss für die Versorgung mit dem Druckfluid, einen axialen Ausgangs-Anschluss zum hydraulischen Verbraucher und einen radialen Ausgangs-Anschluss zum Fluidtank. Der axial bewegbare Hauptsteuerschieber in der Leistungsstufe hat zwei Endstellungen wobei in der federgestützten Grundstellung der Arbeitsanschluss mit dem Tankanschluss verbunden ist und demnach der Druckversorgungsanschluss gesperrt. Auf der, der Feder abgewandten Seite des Hauptsteuerschiebers schließt sich in derselben Längsachse die hydraulische Vorsteuerstufe an, an der der Hauptsteuerschieber in der Grundstellung anschlägt. Zwischen dem Anschlag und dem Vorsteuerventil-Gehäuse ist ein Steuerdruckraum vorgesehen in dem im Regelfall der Steuerdruck vom Vorsteuerventil gebildet wird, der dazu notwendige Vorsteuerfluidstrom wird durch eine interne Fluidverbindung, innerhalb der Leistungsstufe zur hydraulischen Verstärkerstufe, vom Druckversorgungsanschluss ermöglicht, sowie wieder der direkte Rückfluss von der Verstärkerstufe zum Tankanschluss der Leistungsstufe. In der Längsachse, anschließend an das Vorsteuerventil, ist der Proportionalmagnet druckdicht nach außen mit der Vorsteuerventilgruppe formschlüssig verbunden dessen axial bewegbarer Magnetanker kraftschlüssig auf den Vorsteuerschieber wirkt. Die konstruktiv bedingten Leerräume innerhalb des Ankerraumes werden sich im Betrieb ebenfalls mit Fluid füllen, wobei nicht offenbart ist wie der Ausgleich des durch den Magnetankerhub verursachten Differenzvolumens stattfindet. In der dargestellten und beschriebenen Version bleibt das einmal im Ankerraum eingedrungene Fluid darin gefangen und die bei der Neuinbetriebnahme darin befindliche Luft ebenfalls da eine Entlüftung nicht vorgesehen ist. Das kann zu betrieblichen Funktionsstörungen führen da im Magnetbereich die thermische Belastung besonders groß ist und sich Rückstände des gealterten Fluids, sowie Ausgasungen bilden können.

Dass das Problem besteht und allgemein bekannt ist, ist z. B. aus der Firmenschrift 'PROPORTIONAL PRESSURE REDUCING VALVESPILOT OPERATEDPLY 30; 10.080; 01.02 der Fa. Flucom zu ersehen. In dieser Schrift ist ein Elektro-Proportionalventil nach dem Oberbegriff dargestellt, bestehend aus einem Proportionalmagneten, einem Vorsteuerventil und der Leistungsstufe (2/2- mit zusätzlichem Steuerfluidtankanschluss) in einer Baueinheit (vereinfacht dargestellt). Die Steuerfluidversorgung vom Druckversorgungsanschluss (mit 2 bezeichnet) erfolgt über eine Bohrungsverengung (Düse) im Schieber der Leistungsstufe in den Vorsteuerraum der hydraulischen Verstärkerstufe, der Rückfluss des Vorsteuerfluidstroms erfolgt wieder direkt vom Ausgang der Vorsteuerstufe zum Tankanschluss (mit 1 bezeichnet). Auch bei dieser Konstruktion wird das Fluid in den Ankerraum des Proportionalmagneten eindringen und dort normalerweise als Fluid-Luftgemisch verbleiben. Um zumindest bei der Neuinbetriebnahme den Ankerraum komplett mit Fluid zu füllen ist eine Entlüftungsschraube vorgesehen. Um einen störungsfreien Betrieb herzustellen ist es also notwendig bei Neuinbetriebnahme manuell zu entlüften sowie bei Störungen oder Wartungsintervallen im Ankerraum ebenfalls manuell über die Entlüftungsschraube das Altfluid und Ausgasungen durch nachfließendes neues Fluid auszutauschen. Je nach Einbauort und Betriebsort der Gesamtmaschine werden dadurch zusätzliche Wartungskosten verursacht oder die eigentliche Ursache von Betriebsstörungen wird nicht erkannt und kann dann nicht beseitigt werden.

Dieses Problem der Entlüftung ist nicht firmenspezifisch, sondern allgemein bekannt, wie auch eine andere Firmenschrift zeigt: Im Datenblatt HD 5117; 5/2012 der Fa. ARGO HYTOS werden die Konstruktion und Funktionen zum „Vorgesteuerten Proportional-Druckbegrenzungsventil”, mit der Typenbezeichnung SR4P2-B2 beschrieben. In diesem Fall handelt es sich um eine 2/2-Funktion der Leistungs-Hauptstufe. Auch dieses Proportionalventil entspricht dem Oberbegriff eines Mehrstufenventils bestehend aus Leistungsstufe – Vorsteuerstufe – Proportionalmagnet. Die Steuerfluidversorgung vom Druckversorgungsanschluss erfolgt über eine erste Bohrungsverengung im Schieber der Leistungsstufe und eine zweite ortsfeste Düse in den Vorsteuerraum der hydraulischen Verstärkerstufe, der Rückfluss des Vorsteuerfluidstroms erfolgt wieder direkt vom Ausgang der Vorsteuerstufe zum Tankanschluss. Auch bei diesem Proportionalventil ist eine Entlüftungsschraube an der äußeren Stirnseite des Proportionalmagneten vorgesehen. Diese Druckschrift schlägt vor, zur Entlüftung des Ventils das Ventil vertikal mit dem Elektromagneten nach unten zu installieren. Das wird nicht immer möglich sein, oder eine aufwendigere Konzeption der Gesamtanlage erfordern, eine Beseitigung der sich im Ankerraum angesammelten Fluidrückstände wird dadurch auch nicht erfolgen, so dass auch hierfür die bereits beim Vorgänger-Beispielsventil genannten Betriebsprobleme und Nachteile gelten.

Geringste Störungen in der elektrischen Eingangsstufe können zu massiven Betriebsstörungen der zu steuernden Arbeitsmaschine führen. Es ist also klar erkennbar und zu erwarten, dass Störungen einer Magnetankerbewegung, verursacht durch Gas- bzw. Lufteinschlüsse oder mechanische Widerstände durch feste oder klebrige Rückstände des gealterten Fluides innerhalb des Magnetankerraumes, aufgrund des hohen Verstärkungsfaktors zur Leistungsstufe, massiv an die zu steuernde Maschine weitergegeben werden, so dass deren Arbeitsabläufe wesentlich gestört und Schäden dadurch verursacht werden können.

Aufgabe der Erfindung ist ein elektroproportionales Mehrstufenventil der beschriebenen Art und Anwendung so weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Probleme bei Inbetriebnahme und/oder Betriebsstörungen vermieden oder zumindest verhindert werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Vorsteuerfluidstrom ein Kleinstfluidstrom ist, und dass dieser Vorsteuerfluidstrom erst nach einem Durchströmen der Eingangsstufe wieder in den Hauptfluidstrom zurückgeführt ist, so dass durch diesen Kleinstfluidstrom eine Entlüftungs- und/oder Spülwirkung erzielt ist. Dadurch wird ein, automatisch während der Betriebszeit des elektroproportionalen Mehrstufenventils stattfindender Fluidaustausch innerhalb der empfindlichen Funktionsteile der elektrischen Eingangsstufe gewährleistet und dadurch Luft- oder Verschleiß- wie Schmutzansammlungen fortlaufend vermieden. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt, dementsprechend zeichnet sich das erfindungsgemäße Ventil in besonders vorteilhafter Ausgestaltung dadurch aus, dass der, dem Hauptluidstrom entnommene Vorsteuerfluidstrom nach dem Durchströmen der Vorsteuer-Verstärkerstufe sowie der Eingangsstufe über eine Rückförderleitung wieder zu dem Hauptfluidstrom zurückgeführt ist und dadurch als ein Kleinstfluidstrom innerhalb des elektroproportionalen Mehrstufenventils als ein interner Kreislauf wirken kann.

In weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.

Mit dieser Erfindung sind elektroproportionale Mehrstufenventile mit verbessertem Betriebsverhalten und höherer Funktionssicherheit realisierbar. Besonders die Inbetriebnahme von Anlagen mit mehreren verschalteten Proportionalventilen, sowie deren Gesamtkonzeption, wird durch den Einsatz von Proportionalventilen der vorgeschlagenen neuen Bauart sehr vereinfacht. Inbetriebnahme- und Wartungskosten sind dadurch deutlich reduziert.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

1 Erfindungsgemäßes elektroproportionales Mehrstufenventil, Längs-Schnitt einer beispielhaften Bauform als Cartridgeventil.

2 Teilschnitt, um 90° gedreht zu 1.

3 Querschnitt Eingangsstufe-Magnetanker

4 Querschnitt Magnetankerlager-Spulenseitig

5 Querschnitt Verstärker-Vorsteuerstufe

6a Schematische Darstellung zum Stand der Technik

6b Schematische Darstellung des Erfindungsgedankens

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 gezeigt. In dieser gewählten Ausführung, beispielhaft in Patronenbauweise ausgeführt, ist das Cartridgeventil als Elektro-Proportional-Druckbegrenzungsventil einsetzbar.

Zur Vereinfachung der Darstellung ist eine Eingangsstufe 1 ohne die Wicklungsbaugruppe gezeigt die im Stand der Technik die elektrischen Anschlüsse beinhaltet. Die Eingangsstufe 1 weist einen Proportionalmagneten 1a auf. An den Proportionalmagnet 1a schließt sich in der Längsachse eine hydraulische Verstärker-Vorsteuerstufe 2 mit einem Vorsteuerventil 2a (21, 23) an und in der Folge eine hydraulische Leistungsstufe 3 die in diesem Beispiel mit hydraulischer 2/2-Funktion gezeigt ist und zwischen einem Eingangsanschluss P und einem Ausgangsanschluss T im Betrieb einen Hauptfluidstrom so regelt, dass ein hydraulischer Eingangsdruck an dem Eingangsanschluss P einem am Proportionalmagnet 1a eingespeisten elektrischen Sollwert entspricht. Innerhalb eines Druckrohres 11 ist ein Magnetanker 12 längsbeweglich angeordnet und wird durch eine druckbestimmende Druckfeder 13 in seiner stromlosen Grundstellung mit einer, mittels einer Einstellschraube 14 gewählten Maximalkraft axial beaufschlagt, wobei die Axialkraft auf einen ersten Lagerzapfen 15 des Magnetankers 12 wirkt. Der Lagerzapfen 15 ist in einer entsprechenden Zentralbohrung 15.1 im Druckrohr 11 gelagert. Auf der gegenüberliegenden Seite des Magnetankers 12 ist ein zweiter Lagerzapfen 16 in einer Zentralbohrung 21.1 eines internen Zwischengehäuses 21 des Vorsteuerventils 2a gelagert. Durch die Abstufung des Außendurchmessers des Magnetankers 12 auf den Lagerzapfen 15 wird eine für die Magnetfunktion erforderliche Ankerstirnfläche 17 gebildet die im bestromten Betriebsfall in bekannter Weise von einer der Ankerstirnfläche 17 gegenüberliegenden Polfläche 18 angezogen wird und dadurch eine axial wirkende Magnetkraft des Magnetankers 12 zur Wirkung bringt, in diesem Fall gegen die eingestellte Vorspannkraft der Druckfeder 13. Im Magnetanker 12 befindet sich eine Zentralbohrung 19, die zu einem Federraum 13.1 hin offen ist und auf einer dem Federraum 13.1 gegenüberliegenden Seite durch mindestens eine Querbohrung 19.1 in einen an die Lagerbohrung 21.1 anschließenden, erweiternden Ringraum 22 eines Zwischengehäuse 21 mündet. Weiterhin sind an einem Außendurchmesser des Magnetankers 12 mindestens zwei symmetrisch angeordnete Längsnuten 12.1 (s. 3) vorgesehen, die entweder parallel zur Ventilachse oder gewendelt verlaufen können. Eine hydraulische Verbindung eines Ankerraums 17.1 mit dem Federraum 13.1 besteht über mindestens zwei Längsnuten 15.2 (s. 4) in der Zentralbohrung 15.1.

Die hydraulische Verstärker-Vorsteuerstufe 2 ist als üblicherweise bekanntes Vorsteuerventil 2a, in der Längsachse des Zwischengehäuses 21 realisiert, so dass eine unmittelbare, mechanische Kraftüberleitung von der Eingangsstufe 1 auf die Funktionsteile der Verstärker-Vorsteuerstufe 2 stattfinden kann. Eine formschlüssige Verbindung zwischen Druckrohr 11 und Zwischengehäuse 21 ist vorzugsweise als eine Gewindeverbindung 21.2 vorgesehen. Ein im Zwischengehäuse 21 geführter Ventilkegel 23 wird stirnseitig von einem Lagerzapfen 16 auf seinen Vorsteuersitz 24 im Zwischengehäuse 21 gedrückt. Abströmbohrungen 25, auf der vom Vorsteuersitz 24 abgewandten Seite, stellen eine Verbindung zu nutförmigen Kanälen 26 am Außendurchmesser des Zwischengehäuses 21 her. Eine mittige Zuströmbohrung 27 ist die hydraulische Verbindung zur Sitzvorderseite des Vorsteuersitzes 24 zu einem Federraum 30 der Leistungsstufe 3. In einem Regelschieber 31 ist eine Düse 32 integriert. Der weitere Aufbau und die Funktion der Leistungsstufe 3 entspricht dem Stand der Technik und ist allgemein bekannt, so dass eine detailliertere Beschreibung entfallen kann. Aus dem Teilschnitt der 2 ist erkennbar, dass im Zwischengehäuse 21, um 90° versetzt zur 1, weitere Abströmbohrungen 28 aus einem Ringkanal 22, in Folge der Abströmbohrungen 19.1 des Lagerzapfens 16, in vorzugsweise mehrere nutförmige Kanäle 29 münden. Diese Kanäle 29 führen in einen ringförmigen Zwischenraum 33 der über Bohrungen 34, im Einschraubgehäuse 35 der Leistungsstufe 3, hydraulisch mit einem Tankanschluss T verbunden ist. Die beschriebenen konstruktiven Details führen zu einem Vorsteuerfluidstrom 61, der über eine Blende 32 aus dem Hauptfluidstrom entnommen wird und, wie bekannt, durch diese Blende 32 auf einen Kleinstfluidstrom begrenzt ist, entgegen dem Stand der Technik nicht sofort wieder nach dem Abströmen aus dem Vorsteuerventil 2a in den Hauptfluidstrom zurückgeführt wird, sondern durch die neue Anordnung als Spülstrom genutzt wird, wobei nach dem Stand der Technik die strömende Fluidmenge des Vorsteuerfluidstroms als ein Kleinstfluidstrom unter der strömenden Fluidmenge des Hauptfluidstroms liegt. Das Zusammenwirken von Vorsteuerventil 2a und Leistungsstufe 3 ist dem Fachmann bekannt: Durch das Vorsteuerventil 2a wird der Vorsteuerdruck in einem Druckraum 30 der Leistungsstufe 3 bestimmt, der sich bekanntermaßen aus dem Quotienten der Schließkraft des Ventilkegels 23 und der Sitzfläche am Vorsteuer-Ventilsitz 24 ergibt. Im stromlosen Betriebszustand wirkt die Kraft der Feder 13 unmittelbar über den Magnetanker 12 axial auf den Ventilkegel 23. In diesem Beispiel ergibt sich daraus der maximal begrenzbare Ansprech-Druck am Eingangsanschluss P. Im bestromten Fall wirkt die Magnetkraft des Magnetankers 12 entgegen der Federkraft 13, so dass auf den Ventilkegel 23 eine geringere Kraft, die sich aus – Federkraft minus Magnetkraft – ergibt, wirkt und sich somit ein Begrenzungsdruck am Eingangsanschluss P gemäß einem Sollwert von einem Sollwertgeber SG (s. 6a bzw. 6b) einstellt, in diesem Betriebszustand ist das Vorsteuerventil 2a geöffnet, d. h. der Ventilkegel 23 hebt durch die Druckwirkung im Federraum 30 vom Vorsteuersitz 24 ab. Der vom Hauptkreis über die Blende 32 abgezweigte Vorsteuerfluidstrom 61 strömt in den Federraum 30, die Zuströmbohrung 27, über den geöffneten Ventilsitz 24 in die Bohrung(en) 25, die Nut(en) 26, die Längsnuten 12.1 des Magnetankers 12, in den Ankerraum 17.1, über die Bohrungs-Längsnuten 15.2 in den Federraum 13.1, zurück über die Bohrung 19 im Magnetanker 12, die Abströmbohrung(en) 19.1, den Ringraum 22, die Abströmbohrung(en) 28, über die Kanäle 29 in den Zwischenraum 33 und die Bohrungen 34 zum Ausgangsanschluss T in den Hauptfluidstrom zurück. Der Ventilkegel 23 und der Lagerzapfen 16 sind mit dem üblichen engen Spiel in ihren Bohrungen im Zwischengehäuse 21 eingepasst, so dass sich kein Nebenfluidstrom an diesen Stellen bilden kann. Hierdurch wird erreicht, dass der sowieso vorhandene Vorsteuerfluidstrom 61 zwangsweise durch den Anker- und Federraum 17.1, 13.1 des Proportionalmagneten geführt wird und damit als Fluidspülstrom eingeschlossene Luft oder störende Partikel sicher ausspült und mit dem rückfließenden Fluid 66 über den Ausgangsanschluss T zurückführt – unabhängig von der Einbaulage und Einbauort des elektroproportinalen Mehrstufenventils. Eine Gegenüberstellung des Standes der Technik 6a und dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt den wesentlichen Unterschied. Auch bei dieser Darstellung sind die drei Baugruppen-Proportionalmagnet 1a als Eingangsstufe 1, Vorsteuerventil als Verstärkerstufe 2, hydraulisch angesteuertes 2/2-Ventil als Leistungsstufe 3 – aus den Symbolen erkennbar, zusätzlich ergänzt um die elektrische Ansteuerung der Eingangsstufe 1 mittels des Sollwertgebers SG.

Die Reihenfolge der Symbole, von links nach rechts, entspricht der Darstellung des realen Beispiels in 1 und sind in dieser abstrakten Form dem Fachmann bekannt, so dass eine detailliertere Beschreibung nicht erforderlich ist. Wesentlich ist die innere Führung des Vorsteuerfluidstroms durch die Funktionsteile des Mehrstufenventils:
Im Stand der Technik, 6a, wird ein Vorsteuerfluidstrom 61 über die Blende 32 von einem Hauptfluidstrom 60, von P kommend, abgezweigt und dem Vorsteuerventil 2a zugeführt, wobei sich die im Verhältnis zum Hauptfluidstrom 60 sehr geringe Größe des Vorsteuerfluidstroms 61 aus dem Durchmesser der Blende 32 in bekannter Weise aus der Abstimmung mit den übrigen Auslegungsdaten des 2/2-Ventils ergibt. Im Vorsteuerventil 2a wird mithilfe des Vorsteuerfluidstroms 61 ein Stellsignal 62, in Form des Vorsteuerdrucks (im Federraum 30 wirkend), gebildet und das 2/2-Ventil damit auf seiner Steuersignalseite beaufschlagt. Der Vorsteuerfluidstrom 61 strömt direkt aus dem Vorsteuerventil 2a über eine Fluidleitung 63 wieder zum Hauptfluidstrom 60 (tankseitig) zum Ausgangsanschluss T zurück. Eine hydraulische Verbindung 64 zum Proportionalmagneten 1a einer Eingangsstufe 1, besteht über Spiele der Bauteile oder auch Druckausgleichbohrungen o. ä., um das Prinzip Nassankermagnet einzusetzen. Die Verbindung 64 und damit die Ankerräume des Proportionalmagneten sind mit quasi stillstehendem Fluid gefüllt, lediglich ein minimales Pendelvolumen, entsprechend der Fluid-Volumendifferenz zwischen den Extremstellungen des Magnetankers, wird hin und her geschoben aber nicht ausgetauscht. Luft- und sonstige Fremdanteile im Fluid des Ankerraums werden nicht ausgetauscht und können, wie beschrieben, zu Betriebsstörungen führen. In 6b ist aufgezeigt, dass die Entnahme des Vorsteuerfluidstromes 61 aus dem Hauptfluidstrom 60 noch gleich wie in der Beschreibung in 6a ist, ebenso die Stellsignalgabe 62 zum 2/2-Ventil. Der wesentliche Unterschied ist die Weiterführung des Vorsteuerfluidstromes 61 als Kleinstvolumenstrom 65 aus dem Vorsteuerventil 2a zu den fluidgefüllten Ankerräumen (12.1, 13, 13a, 15.2) des Proportionalmagneten 1a und erst nach dem vollständigen Durchströmen aller fluidgefüllten Räume des Proportionalmagneten 1a wird der Kleinstvolumenstrom 65 über eine Rückförderleitung 66 wieder dem Hauptfluidstrom 60 (tankseitig) zu dem Ausgangsanschluss T zurückgeführt. Die beschriebene Anordnung erzeugt, je nach Betriebszustand, einen ständigen, geringen Fluidfluss (strichpunktierte Linie) auch durch den Proportionalmagneten 1a in einer Richtung und dadurch einen kontinuierlichen, automatischen Fluidaustausch durch den die sensiblen Regelbauteile in einem reinigenden Fluid-Spülstrom vor Restluft und Verunreinigungen geschützt sind. Das Grundprinzip des Spülens der Eingangsstufe 1 ist bei vielen weiteren Mehrstufenventilen vorteilhaft anwendbar und nicht nur auf die vorgeschlagene Anordnung begrenzt und löst das Problem der Entlüftung und das Freihalten von Fremdstoffen in Ventilen mit Ansteuerung über Proportionalmagneten grundsätzlich. Manuelle Arbeiten zur Entlüftung bei Neuinbetriebnahme sowie Wartungsvorschriften im Betrieb sind durch die vorgeschlagene Erfindung nicht mehr erforderlich was zusätzlich zu Kosteneinsparungen und höherer Betriebssicherheit führt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102006005328 [0003]