DE20119470U1

DE20119470U1 - Differenzdruck-Proportionalventil

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Publication number: DE20119470U1
Application number: DE20119470U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2011-11-30

Description

G 19689 - lens 17. August 2001

FESTO AG & Co, 73734 Esslinqen Differenzdruck-Proportionalventil

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Proportionalventil, das über zwei Arbeitsöffnungen verfügt, an denen sich Arbeitsdrücke unterschiedlicher Höhe abgreifen lassen, wobei sich die gewünschte Druckdifferenz variabel einstellen lässt.

Bei durch Fluidkraft betätigbaren Antrieben, beispielweise Arbeitszylinder, hängt die Hubbeschleunigung des Abtriebsteils von dem an ihm anstehenden Differenzdruck ab. Je höher die Druckdifferenz ist, desto höher ist in der Regel auch die Hubbeschleunigung. Die gewünschte Druckdifferenz wird bisher durch voneinander unabhängige Einstellung der Arbeitsdrücke vorgegeben. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Druckregelventile eingesetzt, wie sie in der DE 195 04 364 C2 beschrieben sind. Jeder der beiden Arbeitsdrücke wird mittels eines Druckregelventils eingestellt, wobei die gewünschte Druckdifferenz durch aufeinander abgestimmte Einstellung der beiden Druckregelventile realisiert wird. Der hierbei erforderliche ventiltechnische Aufwand ist relativ groß und die Einstellung der gewünschten Druckdifferenz gestaltet sich relativ umständlich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den geschilderten Nachteilen abzuhelfen und Maßnahmen zu treffen, die mit geringerem Aufwand eine einfachere Einstellung der gewünschten Druckdifferenz ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Proportionalventil, das mit einer Speiseöffnung, einer Entlastungsöffnung und zwei Arbeitsöffnungen ausgestattet ist und das über eine Stellvorrichtung zur Einstellung einer gewünschten Druckdifferenz zwischen den an den beiden Arbeitsöffnungen herrschenden Arbeitsdrücken verfügt, wobei die Stellvorrichtung ein unter Ausführung einer Stellbewegung bewegliches Steuerglied zur Steuerung der Fluidverbindung zwischen einerseits der Speiseöffnung und der Entlastungsöffnung und andererseits einer jeweiligen Arbeitsöffnung aufweist, dem die an den beiden Arbeitsöffnungen herrschenden Arbeitsdrücke zur Erzeugung entgegengesetzt wirkender fluidischer Stellkräfte aufgeschaltet sind, und wobei die Stellvorrichtung Betätigungsmittel aufweist, durch die dem Steuerglied zusätzlich eine der gewünschten Druckdifferenz entsprechende Vorgabe-Stellkraft auferlegbar ist.

Somit kann die gewünschte Druckdifferenz mit lediglich einem einzigen Proportionalventil bereitgestellt werden, was den ventiltechnischen Aufwand beträchtlich reduziert. Das Proportionalventil verfügt über ein bewegliches Steuerglied, das in der Lage ist, jede der beiden Arbeitsöffnungen wahlweise mit der Speiseöffnung oder mit der Entlastungsöffnung zu verbin-

den, wobei die Aufschaltung der Arbeitsdrücke zur Folge hat, dass an dem Steuerglied fluidische Stellkräfte angreifen, die für die momentan eingenommene Steuerposition mitverantwortlich sind. Das Steuerglied hat die Tendenz, eine Steuerposition einzunehmen, in der die an ihm angreifenden Stellkräfte im Gleichgewicht sind. Diese Steuerposition entspricht einer bestimmten Druckdifferenz zwischen den an den beiden Arbeitsöffnungen abgreifbaren Arbeitsdrücken. Durch zusätzliches Aufbringen einer gewisse Vorgabe-Stellkraft kann das Kräftegleichgewicht vorübergehend gestört werden, so dass sich das Steuerglied verlagert und eine Fluidströmung zulässt, die eine Änderung der Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitsöffnungen hervorruft, bis wieder ein Gleichgewicht der Stellkräfte vorhanden ist. Man hat somit die Möglichkeit, durch Aufbringung einer entsprechenden Vorgabestellkraft die Druckdifferenz auf ein gewünschtes Maß einzustellen, wobei diese Druckdifferenz dann ungeachtet der absoluten Druckhöhe und eventueller Druckschwankungen konstant eingeregelt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Indem die Vorgabe-Stellkraft stufenlos einstellbar ist, lässt sich die gewünschte Druckdifferenz sehr einfach und präzise vorgeben.

Die Betätigungsmittel können wahlweise zur elektrischen, zur mechanischen und/oder zur fluidischen Erzeugung der Vorgabe-

Stellkraft ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn durch die Betätigungsmittel in Abhängigkeit von der Höhe einer angelegten elektrischen Spannung eine Vorgabe-Stellkraft gewünschter Höhe erzeugt werden kann. Beispielsweise können die Betätigungsmittel eine Spuleneinrichtung enthalten, die im stromdurchflossenen Zustand in Abhängigkeit von der momentanen Stromstärke eine mehr oder weniger große Vorgabe-Stellkraft hervorrufen kann.

Dem Steuerglied sind zweckmäßigerweise Steuerflächen zugeordnet, die von den Arbeitsdrücken der Arbeitsöffnungen beaufschlagbar sind und die in Richtung der Stellbewegung orientiert, dabei jedoch einander entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die Steuerflächen befinden sich vorzugsweise unmittelbar am Steuerglied, insbesondere an einander entgegengesetzten Stirnseiten desselben.

Es ist von Vorteil, wenn die den unterschiedlichen Arbeitsdrücken ausgesetzten Steuerflächen gleich groß sind. Dies begünstigt das Einstellverhalten.

Es ist ferner von Vorteil, wenn das Steuerglied hinsichtlich der an der Speiseöffnung und an der Entlastungsöffnung anstehenden Drücke druckkraftausgeglichen ist. Das Proportionalventil arbeitet dann besonders präzise auch bei Druckschwankungen .

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Proportionalventil als Bestandteil eines durch Fluidkraft betätigbaren Antriebes ausgebildet, beispielsweise eines Arbeitszylinders. Das Proportionalventil kann beispielsweise an einen fluidbetätigten Antrieb angebaut oder in das Gehäuse eines solchen Antriebes integriert sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Proportionalventils im Längsschnitt bei eine Grundstellung einnehmendem Steuerglied in einer direkt elektrisch betätigten Bauform,

Figur 2 das Proportionalventil aus Figur 1 bei ausgehend von der Grundstellung in einer ersten Stellrichtung ausgelenktem Steuerglied,

Figur 3 das Proportionalventil der Figuren 1 und 2 bei ausgehend von der Grundstellung gemäß Figur 1 in einer der ersten Stellrichtung entgegengesetzten zweiten Stellrichtung ausgelenktem Steuerglied,

Figur 4 das Proportionalventil gemäß Figuren 1 bis 3 als Bestandteil eines durch Fluidkraft betätigbaren Antriebes, wobei die Gesamtanordnung im Längsschnitt dargestellt ist,

Figur 5 eine weitere Ausführungsform des Proportionalventils in einer fluidisch vorgesteuerten Bauweise, wiederum im Längsschnitt und in einem Zustand, bei dem das Steuerglied aus der Grundstellung ausgelenkt ist, und

Figuren 6 und 7

weitere Ausführungsbeispiele des Proportionalventils in einer Ausgestaltung als Schieberventil.

Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Differenzdruck-Proportionalventil verfügt über ein Ventilgehäuse 2 mit einer Mehrzahl den Durchtritt eines Fluides gestattender Öffnungen 3-6. Unter diesen Öffnungen befinden sich eine Speiseöffnung 3, eine Entlastungsöffnung 4 und zwei Arbeitsöffnungen 5, 6.

Die Speiseöffnung 3 ist an eine Druckquelle P anschließbar. Über sie kann unter Druck stehendes Arbeitsfluid hydraulischer oder gasförmiger Art eingespeist werden. Eine bevorzugte Betriebsweise sieht Druckluft als Arbeitsfluid vor.

Die Entlastungsöffnung 4 führt zu einer Drucksenke R. Bei hydraulischem Arbeitsfluid ist die Drucksenke R ein unter Atmosphärendruck stehender Tank. Bei Betrieb mit Druckluft ist die Drucksenke R zweckmäßigerweise von der Atmosphäre gebil-

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det. Die Entlastungsöffnung 4 kann in diesem Falle auch als Entlüftungsöffnung bezeichnet werden.

Die noch verbleibenden Öffnungen bilden eine erste Arbeitsöffnung 5 und eine zweite Arbeitsöffnung 6. Die beiden Arbeitsöffnungen
5, 6 sind mit einem Verbraucher verbindbar,
der mit unterschiedlichen Arbeitsdrücken beaufschlagt werden soll.

Exemplarisch zeigt die Figur 4 einen Verbraucher in Gestalt eines durch Fluidkraft betätigbaren Antriebes 7, der mit dem Proportionalventil 1 ausgestattet ist. Der Antrieb 7, hier in einer Bauform als sogenannter Arbeitszylinder, verfügt über ein Antriebsgehäuse 8 und eine relativ zu dem Antriebsgehäuse 8 bewegbare Abtriebseinheit 12. Letztere enthält einen im Antriebsgehäuse 8 verschiebbar geführt angeordneten Abtriebskolben 13. Der Abtriebskolben 13 trennt zwei Arbeitskammern 14, 15 voneinander ab, die jeweils mit einer der beiden Arbeit soff nungen 5,6 in Fluidverbindung stehen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Proportionalventil 1 an der Rückseite des Antriebsgehäuses 8 platziert. Die erste Arbeitsöffnung 5 führt direkt zu der sich anschließenden rückwärtigen Arbeitskammer 14. Die zweite Arbeitsöffnung 6 steht über einen im Antriebsgehäuse 8 verlaufenden
Fluidkanal 19 mit der anderen, vorderen Arbeitskammer 15 in Fluidverbindung.

Durch das Proportionalventil 1 kann die Fluidbeaufschlagung an den beiden Arbeitsöffnungen 5, 6 und somit in den beiden Arbeitskammern 14, 15 beeinflusst werden. Hierzu enthält das Proportionalventil 1 eine in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 16 bezeichnete Stellvorrichtung mit einem Steuerglied 17, das in einer Ventilkammer 18 des Ventilgehäuses 2 untergebracht ist und das unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Stellbewegung 22 in unterschiedlichen Steuerstellungen positioniert werden kann.

Das Steuerglied 17 kann eine in Figur 1 ersichtliche Grundstellung einnehmen. In dieser sind sämtliche Öffnungen 3-6 fluiddicht voneinander abgetrennt. Ausgehend von dieser Grundstellung kann das Steuerglied 17 relativ zum Ventilgehäuse 2 wahlweise in einer ersten Stellrichtung 23 oder in einer der ersten Stellrichtung 23 entgegengesetzten zweiten Stellrichtung 24 ausgelenkt werden.

Durch Auslenkung in der ersten Stellrichtung 23 wird erreicht, dass das Steuerglied 17 Steuerpositionen einnimmt, in denen es die Speiseöffnung 3 mit der ersten Arbeitsöffnung und die zweite Arbeitsöffnung 6 mit der Entlastungsöffnung verbindet. Eine dieser möglichen Steuerpositionen ist in Figuren 2 und 5 abgebildet.

Durch entgegengesetzte Auslenkung in der zweiten Stellrichtung 24 kann das Steuerglied 17 in Steuerpositionen verbracht werden, bei denen gemäß Figur 3 die Speiseöffnung 3 mit der

zweiten Arbeitsöffnung 6 und die erste Arbeitsöffnung 5 mit der Entlastungsöffnung 4 verbunden ist.

Entsprechend der momentanen Steuerposition kann also erreicht werden, dass momentan keine Fluidströmung stattfindet (Grundstellung) oder dass die eine Arbeitsöffnung mit Arbeitsfluid versorgt wird, während aus der anderen Arbeitsöffnung Arbeitsfluid abgelassen wird. Auf diese Weise können die an den ersten und zweiten Arbeitsöffnungen 5, 6 abgreifbaren ersten und zweiten Arbeitsdrücke p_A1 bzw. p_A2 verändert werden, was gleichzeitig eine Veränderung der Druckdifferenz &Dgr;&rgr;_&Agr; zwischen den beiden Arbeitsdrücken p_A1 und p_A2 ermöglicht.

Das Steuerglied 17 hat beim Ausführungsbeispiel eine ring- oder hülsenartige Gestalt. Es ist so im Ventilgehäuse 2 angeordnet, dass seine Längsachse 25 mit den beiden Stellrichtungen 23, 24 gleichgerichtet ist. Konzentrisch um dieses Steuerglied 17 herum befindet sich ein ringförmiger Speiseraum 26, der ständig mit der Speiseöffnung 3 verbunden ist. Koaxial anschließend an den Speiseraum 26 ist auf der einen Axialseite ein ständig mit der ersten Arbeitsöffnung 5 verbundener Arbeitsraum 27 und auf der anderen Axialseite ein ständig mit der zweiten Arbeitsöffnung 6 verbundener zweiter Arbeitsraum 28 vorgesehen. Die beiden Arbeitsräume 27, 28 sind zweckmäßigerweise ebenfalls ringförmig ausgebildet.

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Schließlich ist noch ein ständig mit der Entlastungsöffnung 4 verbundener Entlastungsraum 32 vorgesehen, der von dem Steuerglied 17 umgrenzt ist.

An den beiden axialen Endbereichen des Speiseraums 26 ist jeweils eine ringförmige, biegeelastische Dichtscheibe 33a, 33b angeordnet. Jede dieser beiden Dichtscheiben - nachfolgend zur besseren Unterscheidung als erste und zweite äußere Dichtscheiben 33a, 33b bezeichnet - ist unter Abdichtung am Ventilgehäuse 2 befestigt und bildet mit ihrem inneren Rand eine bewegliche Dichtlippe 34, die in der Grundstellung mit dem Steuerglied 17 in Dichtkontakt steht. Zweckmäßigerweise verfügt das Steuerglied 17 an beiden axialen Enden über einen radial nach außen ragenden, umlaufenden ersten bzw. zweiten Steuerabschnitt 35a, 35b, an den die Dichtlippe 34 von dem im Speiseraum 26 herrschenden Speisedruck angedrückt wird.

Zwei weitere ringförmige biegeelastische Dichtscheiben, die nachfolgend zur besseren Unterscheidung als erste und zweite innere Dichtscheiben 36a, 36b bezeichnet werden, sind an den beiden axialen Endbereichen des Entlastungsraumes 32 angeordnet. Sie sind ebenfalls unter Abdichtung am Ventilgehäuse 2 fixiert, und ihr äußerer Rand bildet jeweils eine bewegliche Dichtlippe 37, die in der Grundstellung gemäß Figur 1 am zugeordneten Steuerabschnitt 35a, 35b des Steuergliedes 17 dichtend zur Anlage gelangt. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Dichtlippen 37 von dem in den Arbeitsräumen 27, 28

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herrschenden Arbeitsdrücken in Dichtkontakt mit dem Steuerglied 17 gedrückt werden.

Die äußeren und inneren Dichtscheiben 33a,b; 36a,b, basieren somit auf einem sitzventilartigen Funktionsprinzip.

In der Grundstellung gemäß Figur 1 liegen alle Dichtscheiben 33a,b; 36a,b dichtend am Steuerglied 17 an.

Wird das Steuerglied 17 aus der Grundstellung in der ersten Stellrichtung 23 ausgelenkt, bleibt der Kontakt zwischen dem Steuerglied 17 und der zweiten äußeren Dichtscheibe 3 3b sowie der ersten inneren Dichtscheibe 36a erhalten. Die zugeordnete Dichtlippe 34, 37 wird dabei umgebogen. Zugleich hebt aber das Steuerglied 17 von den beiden anderen Dichtscheiben 33a, 36b ab und gibt einen ersten äußeren Überströmspalt 3 8a zwischen dem Speiseraum 26 und dem ersten Arbeitsraum 27 sowie einen zweiten inneren Überströmungsspalt 3 9b zwischen dem Entlastungsraum 32 und dem zweiten Arbeitsraum 28 frei. Dadurch erhöht sich der Druck an der ersten Arbeitsöffnung 5, während gleichzeitig an der zweiten Arbeitsöffnung 6 ein Druckabbau stattfindet.

Erfolgt ausgehend von der Grundstellung eine Auslenkung des Steuergliedes 17 in der zweiten Stellrichtung 24, ergeben sich umgekehrte Verhältnisse. Die erste äußere Dichtscheibe 33a und die zweite innere Dichtscheibe 36b werden unter Aufrechterhaltung des Dichtkontaktes verformt, während gleich-

zeitig ein erster innerer Überströmspalt 3 9a zwischen dem ersten Arbeitsraum 27 und dem Entlastungsraum 32 sowie ein zweiter äußerer Überströmspalt 38b zwischen dem Speiseraum und dem zweiten Arbeitsraum 28 freigeben wird. Es kann dann ein Druckabbau des an der ersten Arbeitsöffnung 5 herrschenden ersten Arbeitsdruckes erfolgen, während gleichzeitig eine Druckerhöhung des an der zweiten Arbeitsöffnung 6 herrschenden zweiten Arbeitsdruckes stattfindet.

Die Querschnitte der freigegebenen Überströmspalte 38a,b; 3 9a,b hängen vom Grad der Auslenkung des Steuergliedes 17 ab. Dementsprechend kann proportional zur Auslenkung ein mehr oder weniger großer Volumenstrom überströmen und kann dementsprechend eine feinfühlige Druckregelung erzielt werden.

Das Proportionalventil des Ausführungsbeispiels könnte als 4/3-Wege-Proportionalventil bezeichnet werden.

Das Steuerglied 17 ist bei seiner Stellbewegung 22 durch geeignete Führungsmittel 42 relativ zum Ventilgehäuse 2 stabilisiert und geführt. Beim Ausführungsbeispiel sind die Führungsmittel 42 von federelastischen Aufhängemitteln 43 gebildet, über die das Steuerglied 17 am Gehäuse linear beweglich aufgehängt ist.

Das Steuerglied 17 ist hinsichtlich der an der Speiseöffnung 3 und an der Entlastungsöffnung 4 anstehenden Drücke druckkraftausgeglichen. Der Speisedruck und der Entlastungsdruck

üben also keinerlei resultierende fluidische Stellkräfte auf das Steuerglied 17 aus.

Anders verhält es sich bezüglich der an den Arbeitsöffnungen 5, 6 anstehenden Arbeitsdrücke. Der erste Arbeitsdruck p_A1 beaufschlagt ständig eine mit dem Steuerglied 17 bewegungsgekoppelte erste Steuerfläche 44, so dass an dem Steuerglied eine erste fluidische Stellkraft F₈₁ in der zweiten Stellrichtung 24 wirksam ist.

In vergleichbarer Weise wird eine mit dem Steuerglied 17 bewegungsgekoppelte zweite Steuerfläche 45 ständig von dem in der zweiten Arbeitsöffnung 6 herrschenden zweiten Arbeitsdruck p_A2 beaufschlagt und ruft eine in der ersten Stellrichtung 23 wirksame zweite fluidische Stellkraft F₈₂ am Steuerglied 17 hervor.

Die ersten und zweiten Steuerflächen 44, 45 sind in Richtung der Stellbewegung 22 orientiert, jedoch axial entgegengesetzt gerichtet. Sie befinden sich zweckmäßigerweise unmittelbar am Steuerglied 17 und vorzugsweise an den einander entgegengesetzten Stirnseiten des Steuergliedes 17. Beim Ausführungsbeispiel sind sie an den Steuerabschnitten 35a, 35b vorgesehen.

Es ist ferner von Vorteil, wenn die ersten und zweiten Steuerflächen 44, 45 gleich groß sind. Dies hat gleich große ers-

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te und zweite fluidische Stellkräfte F_S1, F₃₂ zur Folge, wenn die ersten und zweiten Arbeitsdrücke gleich sind.

Insgesamt zeichnet sich das Steuerglied 17 also dadurch aus, dass ihm die an den beiden Arbeitsöffnungen 5, 6 herrschenden Arbeitsdrücke p_A1, p_M zur Erzeugung entgegengesetzt wirkender fluidischer Stellkräfte F₅₁, F₅₂, aufgeschaltet sind.

Die Stellvorrichtung 16 ist ferner mit Betätigungsmitteln 46 ausgestattet, die es ermöglichen, dem Steuerglied 17 zusätzlich zu den von den Arbeitsdrücken herrührenden fluidischen Stellkräften eine gewisse Vorgabe-Stellkraft F_v aufzuerlegen, die der gewünschten Druckdifferenz &Dgr;&rgr;_&Agr; entspricht.

Entsprechend ihrer Wirkungsrichtung addiert sich die Vorgabe-Stellkraft zu einer der beiden fluidischen Stellkräfte hinzu. Die Figur 2 zeigt einen Zustand, bei der die Vorgabe-Stellkraft F_v mit der zweiten fluidischen Stellkraft F₃₂ gleichgerichtet ist, so dass sich ein Kraftüberschuss ergibt, der das Steuerglied 17 in der ersten Stellrichtung 23 auslenkt. Diese Auslenkung hat aufgrund der oben erläuterten Mechanismen zur Folge, dass der erste Arbeitsdruck P_A1 ansteigt und zugleich der zweite Arbeitsdruck P_A2 absinkt. Mit anderen Worten steigt also die Druckdifferenz &Dgr;&rgr;_&Agr; an. Der Anstieg wird dadurch beendet, dass die sich ändernden fluidischen Stellkräfte allmählich wieder ein Kräftegleichgewicht am Steuerglied 17 hervorrufen, so dass dieses in die Grundstellung gemäß Figur 1 zurückkehrt, in der nun aber, aufgrund der weiterhin

anstehenden Vorgabe-Stellkraft F_v, ein größerer Differenzdruck &Dgr;&rgr;_&Agr; abgegriffen werden kann.

Sollte ein Kraftüberschuss in der zweiten Stellrichtung 24 auftreten/ ergibt sich die aus Figur 3 ersichtliche Konstellation, die eine Umkehrung der Differenzdruckänderung zur Folge hat.

Ersichtlich ist die Stellvorrichtung 16 in der Lage, eine gewünschte Druckdifferenz selbsttätig einzuregeln und konstant zu halten. Die Höhe der gewünschten Druckdifferenz kann durch Aufgabe einer Vorgabe-Stellkraft F_v entsprechender Höhe eingestellt werden. Die Vorgabe-Stellkraft F_v lässt sich insbesondere stufenlos einstellen.

Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 sind die Betätigungsmittel 46 zur elektrischen Erzeugung der Vorgabe-Stellkraft F_v ausgebildet. Das Steuerglied 17 ist mit mindestens einer Spule 47 ausgestattet, an der mittels elektrischen Leitern 48 eine variable Spannung angelegt werden kann, so dass sie ein mehr oder weniger starkes Magnetfeld erzeugt. Am Ventilgehäuse 2 befindet sich eine Permanentmagneteinrichtung geeigneter Polarisierung, deren Magnetfeld mit dem von der Spule 47 erzeugten kooperieren kann. Es kann auf diese Weise ein Abstoßungs- und/oder Anziehungseffekt ausgelöst werden, der zur Folge hat, dass das mit der Spule 47 bewegungsgekoppelte Steuerglied 17 die gewünschte Stellbewegung erfährt. In Abhängigkeit von der Stromstärke des die Spule 47 durchströ-

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menden elektrischen Stromes kann auf diese Weise eine mehr oder weniger große Vorgabe-Stellkraft F_v hervorgerufen werden. Die Anordnung von Spule und Permanentmagneteinrichtung kann auch vertauscht sein.

Das Proportionalventil 1 kann gemäß Figur 4 mit elektronischen Einstellmitteln 53 ausgestattet sein, an denen sich die gewünschte Vorgabe-Stellkraft nach Bedarf einstellen lässt.

In Figur 4 ist ein Drehpotentiometer 54 angedeutet, mit dem sich die der Spule 47 aufgeschaltete Spannung variieren lässt.

Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 basieren die Betätigungsmittel 46 auf elektromagnetischem Funktionsprinzip. Hingegen ist das Proportionalventil der Figur 5 zur fluidischen Erzeugung der Vorgabe-Stellkraft ausgebildet. Die Betätigungsmittel 46 enthalten dort zwei Steuerkanäle 55, 59 durch die die Fluidbeaufschlagung zweier Steuerkammern 56, möglich ist, die von einer Steuermembran 58 im Ventilgehäuse 2 voneinander abgeteilt sind, die mit dem Steuerglied 17 in Antriebsverbindung steht. Die Steuerkammern 56, 57 können mit einem geeigneten Steuerfluid beaufschlagt werden, wobei die Steuermembran 58 entsprechend der angelegten Steuerdruckdifferenz mit einer Steuerkraft beaufschlagt wird, die die Vorgabe-Stellkraft F_v hervorruft. Die Steuermembran 58 kann beispielsweise Bestandteil der Aufhängemittel 42 sein.

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Das Proportionalventil 1 der Figur 5 kann insgesamt als durch Fluidkraft vorgesteuert bezeichnet werden.

Es wäre im übrigen auch möglich, das Proportionalventil 1 bzw. die Betätigungsmittel 46 so auszubilden, dass sich die Vorgabe-Stellkraft mechanisch erzeugen lässt. Beispielsweise könnte ein in Figur 5 strichpunktiert angedeuteter Stößel 62 vorgesehen sein, der mittelbar oder unmittelbar an dem Steuerglied 17 angreift und der manuell oder mittels einer geeigneten Antriebseinrichtung mit der gewünschten Vorgabestellkraft F_v beaufschlagbar ist.

Insgesamt kann durch die aufgeprägte Vorgabe-Stellkraft F_v eine gewünschte Druckdifferenz &Dgr;&rgr;_&Agr; zwischen den beiden Arbeitsdrücken p_A1 und p_A2 vorgegeben werden. Durch Verändern der Kraftvorgabe kann auch die sich einstellende Druckdifferenz verändert werden.

Während die Figuren 1 bis 5 Ausführungsbeispiele des Proportionalventils in Gestalt von Sitzventilen zeigen, handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 6 und 7 um Schieberventile. Das Steuerglied 17 ist hier insbesondere ein Ventilschieber, der sich aus einer oder mehreren Komponenten zusammensetzt. Aufbau und Funktionsweise entsprechen prinzipiell demjenigen bzw. derjenigen der Figuren 1 bis 5, weshalb einander entsprechende Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind und zur Vereinfachung auf die vorausgegangene Beschreibung verwiesen wird.

Claims

1. Proportionalventil, mit einer Speiseöffnung (3), einer Entlastungsöffnung (4) und zwei Arbeitsöffnungen (5, 6), und mit einer Stellvorrichtung (16) zur Einstellung einer gewünschten Druckdifferenz zwischen den an den beiden Arbeitsöffnungen (5, 6) herrschenden Arbeitsdrücken, wobei die Stellvorrichtung (16) ein unter Ausführung einer Stellbewegung (22) bewegliches Steuerglied (17) zur Steuerung der Fluidverbindung zwischen einerseits der Speiseöffnung (3) und der Entlastungsöffnung (4) und andererseits einer jeweiligen Arbeitsöffnung (5, 6) aufweist, dem die an den beiden Arbeitsöffnungen (5, 6) herrschenden Arbeitsdrücke (P_A1, P_A2) zur Erzeugung entgegengesetzt wirkender fluidischer Stellkräfte (F_S1, F_S2), aufgeschaltet sind, und wobei die Stellvorrichtung (16) Betätigungsmittel (46) aufweist, durch die dem Steuerglied (17) zusätzlich eine der gewünschten Druckdifferenz entsprechende Vorgabe-Stellkraft (F_V) auferlegbar ist.

2. Proportionalventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabe-Stellkraft (F_V) stufenlos einstellbar ist.

3. Proportionalventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (46) zur elektrischen Erzeugung der Vorgabe-Stellkraft (F_V) ausgebildet sind.

4. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (46) ausgebildet sind, um in Abhängigkeit von der Höhe der angelegten elektrischen Spannung eine Vorgabe-Stellkraft (F_V) gewünschter Höhe zu erzeugen.

5. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (46) auf elektromagnetischem Funktionsprinzip basieren.

6. Proportionalventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (46) eine Spuleneinrichtung (47) enthalten, die im stromdurchflossenen Zustand in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung eine mehr oder weniger große Vorgabe-Stellkraft (F_V) hervorrufen kann.

7. Proportionalventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (46) zur mechanischen und/oder fluidischen Erzeugung der Vorgabe-Stellkraft (F_V) ausgebildet sind.

8. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuerglied (17) von den Arbeitsdrücken der Arbeitsöffnungen (5, 6) beaufschlagbare Steuerflächen (44, 45) zugeordnet sind, die in Richtung der Stellbewegung (22) orientiert und dabei einander entgegengesetzt ausgerichtet sind.

9. Proportionalventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerflächen (44, 45) unmittelbar am Steuerglied (17) angeordnet sind, vorzugsweise an einander entgegengesetzten Stirnseiten desselben.

10. Proportionalventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einander entgegengesetzt orientierten Steuerflächen (44, 45) gleich groß sind.

11. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (17) hinsichtlich der an der Speiseöffnung (3) und an der Entlastungsöffnung (4) anstehenden Drücke druckkraftausgeglichen ist.

12. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (17) eine Grundstellung aufweist, in der die Speiseöffnung (3), die Entlastungsöffnung (4) und die beiden Arbeitsöffnungen (5, 6) fluidisch voneinander abgetrennt sind.

13. Proportionalventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (17) ausgehend von der Grundstellung in einander entgegengesetzte Richtungen auslenkbar ist, wobei je nach Bewegungsrichtung die eine oder die andere der beiden Arbeitsöffnung (5, 6) unter Beibehaltung der Abtrennung von der Entlastungsöffnung (4) mit der Speiseöffnung (3) verbunden wird und die jeweils andere Arbeitsöffnung (6, 5) unter Beibehaltung der Abtrennung von der Speiseöffnung (3) mit der Entlastungsöffnung (4) verbunden wird.

14. Proportionalventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseöffnung (3) mit einem das Steuerglied (17) konzentrisch umfassenden Speiseraum (26) in Verbindung steht, der durch vorzugsweise ringförmige, zum Steuerglied (17) koaxiale, biegeelastische Dichtscheiben (33a, 33b) von sich axial anschließenden und mit je einer der Arbeitsöffnungen (5, 6) verbundenen Arbeitsräumen (27, 28) abgetrennt ist, die zur Herstellung gewünschter Fluidverbindungen durch das Steuerglied (17) auslenkbar sind.

15. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsöffnung (4) mit einem vom Steuerglied (17) umschlossenen Entlastungsraum (32) in Verbindung steht, der durch vorzugsweise ringförmige, zum Steuerglied (17) koaxiale, biegeelastische Dichtscheiben (36a, 36b) von den beiden Arbeitsräumen (5, 6) abgetrennt ist, die zur Herstellung gewünschter Fluidverbindungen durch das Steuerglied (17) auslenkbar sind.

16. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (17) ring- oder hülsenartig ausgebildet ist.

17. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, als Bestandteil eines durch Fluidkraft betätigbaren Antriebes (7), beispielsweise eines Arbeitszylinders.