专利摘要:
Eswird eine Druckregelvorrichtung zur Beaufschlagung eines Bauteils(11) mit einem Innendruck vorgeschlagen. Die Druckregelvorrichtungumfasst einen ersten Fluidkreis (12), der über einen Fluideinlass miteiner Druckquelle (16, 18) verbindbar ist und mindestens ein Regelventil(22) umfasst, das mittels einer Steuereinrichtung (26) angesteuertist, so dass stromab des Regelventils (22) ein erster Fluiddruckherrscht, der auf mindestens einen Druckübersetzer (30, 32) wirkt. Der Druckübersetzer(30, 32) wirkt mit einem zweiten Fluidkreis zusammen, der mit einemFluid befülltist, das unter einem zweiten Fluiddruck steht, der durch das Übersetzungsverhältnis desDruckübersetzers(32) vorgegeben ist und der mittels mindestens einer Druckmesseinrichtung(50) messbar ist, die im Bereich eines Verbraucherauslasses angeordnetund mit der Steuereinrichtung (26) verbunden ist. Mittels der Steuereinrichtung(26) erfolgt ein Vergleich zwischen einem Fluiddruck-Istwert undeinem Fluiddruck-Sollwert und in Abhängigkeit von einer ermitteltenDifferenz eine Ansteuerung des Regelventils (22) (Figur).
公开号:DE102004018678A1
申请号:DE102004018678
申请日:2004-04-17
公开日:2005-11-03
发明作者:Silvio Bachmann;Ralf Goetze;Ronny Wolf
申请人:Robert Bosch GmbH;
IPC主号:G05D16-00
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft eine Druckregeleinrichtung zur Beaufschlagungeines Bauteils mit einem Innendruck.
[0002] Druckregeleinrichtungensind aus der Praxis in vielfältigerWeise bekannt und könnenbeispielsweise zur Funktionsprüfungeines im Betrieb mit einem Innendruck beaufschlagten Bauteils, wieeinem Drucksensor oder auch einem Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems,eingesetzt werden. Bei einer derartigen Prüfung wird ein pneumatisches Medium,wie Stickstoff oder Luft, oder auch ein hydraulisches Medium, wieein Hydrauliköloder Wasser, unter Druck gesetzt und in das zu prüfende Bauteileingebracht. Der geforderte Druck wird dabei mittels einer beispielsweiseaus Ventilen bestehenden Aktorik, mittels einer Sensorik und mittelsRegelalgorithmen eingestellt.
[0003] Ausder US 5,259,235 isteine Druckregeleinrichtung bekannt, die zwei Druckkammern aufweist, diedurch einen Kolben voneinander getrennt sind und jeweils mit einemVerbraucherauslass verbunden sind. Der Kolben ist mit einer Kolbenstangeverbunden, mittels der eine Verschiebung des Kolbens in den Druckräumen möglich ist,so dass an den Verbraucherauslässenjeweils ein Druck erzeugt wird. Die Ansteuerung der Kolbenstangeerfolgt mittels einer beispielsweise motorischen Hilfseinrichtung.
[0004] Ausder GB 2 295 249 A isteine Druckregeleinrichtung bekannt, bei der an einem Verbraucherauslassein unter Druck stehendes Medium bereitgestellt wird. Die Einstellungdes Drucks erfolgt mittels pulsweitenmoduliert angesteuerter Magnetventile.
[0005] Diebekannten Druckregeleinrichtungen erfüllen jedoch die bei der Funktionsprüfung vonBauteilen zu stellenden Anforderungen hinsichtlich Regelgenauigkeitund Regeldynamik nur in begrenztem Maße.
[0006] Dieerfindungsgemäße Druckregelvorrichtungzur Beaufschlagung eines Bauteils mit einem Innendruck mit den Merkmalendes Patentanspruches 1 bietet die Möglichkeit, Drücke in einemweiten Druckspektrum bereitzustellen, und zwar aufgrund des Einsatzesdes mit einem unter einem so genannten Vordruck stehenden Fluidangesteuerten Druckübersetzersmit einer hohen Dynamik und in einer durch die Auslegung von Verbindungsrohrenund dergleichen definierten Zeit. Der Ausgleich von etwaigen Abweichungendes in dem zweiten Fluidkreis herrschenden Fluiddrucks von einemSollwert erfolgt einfach durch Nachregelung des in dem ersten Fluidkreisherrschenden Fluiddrucks mittels des Regelventils. Das Regelventilerlaubt eine exakte Einstellung des auf den mindestens einen Druckübersetzer wirkendenVordrucks, so dass bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem kleinenToleranzband gearbeitet werden kann. Durch ihren mechanischen Aufbauund aufgrund der kontinuierlichen Arbeitsweise der einzelnen Bauteilezeichnet sich die erfindungsgemäße Druckregelvorrichtung auchdurch eine hohe Verschleißbeständigkeitaus.
[0007] DieDruckregelvorrichtung nach der Erfindung kann insbesondere im Rahmenautomatisierter Herstellungsprozesse zur Kalibrierung, zur Dichtheitsprüfung, zurLebensdauerprüfungund/oder zur Autofrettage von im Betrieb mit einem Innendruck beaufschlagtenBauteilen eingesetzt werden.
[0008] DerBegriff "Fluid" ist im vorliegendenFall in seinem weitesten Sinne zu verstehen und umfasst mithin sowohlGase als auch Flüssigkeiten.
[0009] Uman dem Verbraucherauslass auch bei einer Leckage im Bereich einesVerbrauchers einen konstanten Druck bereitstellen zu können, wirktder erste Fluiddruck vorzugsweise auf zwei als Übersetzerkolben ausgebildeteDruckübersetzer,die alternierend zuschaltbar sind und die jeweils mit einem Rückstelldruckbeaufschlagbar sind. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betriebder als modularer Druckregler ausgebildeten Druckregelvorrichtunggewährleistet.Bei dem Druckübersetzerkann es sich um einen pneumohydraulischen, einen pneumatischen odereinen hydraulischen Druckübersetzer handeln.
[0010] Beieiner speziellen Ausführungsformder erfindungsgemäßen Druckregelvorrichtungist der erste Fluidkreis ein Pneumatikkreis. In diesem Falle wird alsoin den ersten Fluidkreis ein verdichtetes Gas eingespeist und mittelsdes Regelventils auf einen gewünschtenDruck entspannt. In dem Pneumatikkreis können beispielsweise Drücke vonbis zu 1 kbar eingestellt werden, die auf den bzw. die Druckübersetzer wirken.Bei einer alternativen Ausführungsformder Druckregelvorrichtung kann der erste Fluidkreis aber auch alsHydraulikkreis ausgebildet sein.
[0011] Derzweite Fluidkreis, an dessen Verbraucherauslass durch die Wirkungdes DruckübersetzersDrückevon beispielsweise bis zu 8 kbar bereitgestellt werden können, istzweckmäßigerweiseals Hydraulikkreis ausgebildet. An dem Verbraucherauslass kann dannbeispielsweise mindestens ein in einem hydraulischen System eingesetztesBauteil angeschlossen werden, das einer Funktionsprüfung unterzogenwerden soll.
[0012] Umauch den ersten Fluidkreis, in dem ein niedrigerer Druck als indem zweiten Fluidkreis herrscht, separat für Prüfzwecke nutzen zu können, istes zweckmäßig, wennder erste Fluidkreis und der zweite Fluidkreis mittels mindestenseines Sperrventils entkoppelbar sind.
[0013] Grundsätzlich kanndie Druckquelle als lokale oder auch als globale Druckquelle ausgeführt sein. Umin dem ersten Fluidkreis einen konstanten Eingangsdruck aufrechterhaltenzu können,umfasst die dem ersten Fluidkreis zugeordnete Druckquelle zweckmäßigerweiseeine Fluidpumpe und einen Druckspeicher.
[0014] Einebesonders präziseEinstellung des in dem ersten Fluidkreis herrschenden Fluiddrucks bzw.Vordrucks lässtsich erreichen, wenn das Regelventil als Proportionalventil ausgeführt ist.
[0015] Umbeim Anfahren der Druckregelvorrichtung nach der Erfindung in demersten Fluidkreis in kurzer Zeit den gewünschten Vorsteuerdruck aufbauenzu können,kann dem Regelventil ein Bypass-Ventil zugeordnet sein, das einengroßenVolumenstrom zulässt. Über dasBypass-Ventil kann dann eine Befüllungdes ersten Fluidkreises bis zu einem Druck erfolgen, der geringfügig unterhalbdes gewünschten Vorsteuerdrucksfür denbzw. die Druckübersetzer liegt.Die Feineinstellung des Vorsteuerdrucks erfolgt dann mittels desProportionalventils.
[0016] Dermindestens eine Druckübersetzer,der als Übersetzerkolbenausgebildet sein kann, stellt beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:4und 1:12 bereit. Das Übersetzungsverhältnis ist beieinem Übersetzerkolbendurch die den jeweiligen Fluidkreisen zugeordneten Kolbenflächen festgelegt. DieFunktionsweise des Übersetzerkolbensbasiert auf dem Prinzip eines fluidischen Getriebes mit zwei unterschiedlichgroßenQuerschnittsflächen.
[0017] Denkbarist es auch, dass der Druckübersetzerals Druckreduzierer ausgelegt ist. Dadurch ist es möglich, Fehlerim ersten Fluiddruck entsprechend dem gewählten Übersetzungsverhältnis zuverringern, so dass der zweite Fluiddruck mit einem geringeren Fehlerbehaftet ist.
[0018] BeiNutzung des ersten Fluidkreises zu Prüfzwecken kann diesem eine eigeneDruckmesseinrichtung zugeordnet sein, die ebenfalls mit der Steuereinrichtungverbunden ist und die den ersten Fluiddruck misst, welcher an einemdem ersten Fluidkreis zugeordneten Verbraucherauslass herrscht.Die Regelung des in dem ersten Fluidkreis herrschenden Drucks kanndann ebenfalls derart erfolgen, dass die Steuereinrichtung den indem ersten Fluidkreis herrschenden Ist-Druck mit einem Soll-Druckvergleicht und in Abhängigkeitvon dem Vergleich einen Stellwert für das Regelventil berechnet,so dass mittels des Regelventils der in dem ersten Fluidkreis herrschendeIst-Druck gegebenenfalls nachgeregelt werden kann.
[0019] WeitereVorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nachder Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
[0020] EinAusführungsbeispieldes Gegenstandes nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfachtdargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
[0021] Dieeinzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Druckregeleinrichtungzur Funktionsprüfungvon mit einem Innendruck beaufschlagten Bauteilen.
[0022] Inder Zeichnung ist eine Druckregelvorrichtung 10 dargestellt,die zur Beaufschlagung mindestens eines beispielsweise als Drucksensorausgebildeten Prüflings 11 miteinem Hydraulikdruck von beispielsweise 5 kbar dient.
[0023] DieDruckregelvorrichtung 10 umfasst einen ersten Fluidkreis 12,der als Pneumatikkreis ausgeführtist, und einen zweiten Fluidkreis 14, der als Hydraulikkreisausgebildet ist und der übereinen nicht näherdargestellten Verbraucherauslass bzw. -anschluss mit dem Prüfling 11 verbundenist.
[0024] DerPneumatikkreis 12 ist übereinen nicht näherdargestellten Fluideinlass mit einer aus einer Pumpe 16 undeinem Druckspeicher 18 gebildeten Druckquelle verbunden,so dass er mit einem pneumatischen Speisedruck von beispielsweise1 kbar beaufschlagt werden kann. Zwischen der Pumpe 16 unddem Druckspeicher 18 ist ein Sperrventil 20 angeordnet.Der Druckspeicher 18 dient dazu, den Fluiddruck, mit demder Pneumatikkreis 12 gespeist wird, konstant zu halten,wobei ein konstanter Volumenstrom realisiert werden kann.
[0025] DerPneumatikkreis 12 umfasst des Weiteren ein als Proportionalventilausgebildetes Regelventil 22, mittels dessen der stromaufdes Regelventils 22 herrschende Pneumatikdruck auf einengewünschtenWert abgeregelt werden kann. Die hierzu erforderlichen Steuersignalewerden übereine Leitung 24 von einer Steuereinrichtung 26 bereitgestellt.
[0026] Zumschnellen Druckaufbau in dem Pneumatikkreis 12 ist demRegelventil 22 ein Bypassventil 28 zugeordnet,das bei einer mittels des Regelventils 22 erfolgenden Feineinstellungdes in dem Pneumatikkreis 12 herrschenden Fluiddrucks geschlossen ist.
[0027] Derin dem Pneumatikkreis 12 herrschende Fluiddruck stellteinen Vorsteuerdruck fürzwei Übersetzerkolben 30 und 32 dar,die jeweils ein Übersetzungsverhältnis von1:10 haben und zur Erzeugung des auf den Prüfling 11 wirkendenFluiddrucks in dem Hydraulikkreis 14 dienen. Das Übersetzungsverhältnis der Übersetzerkolben 30 und 32 istjeweils durch ein Flächenübersetzungsverhältnis iF = AP/AH festgelegt,wobei AP die vorliegend größere Kolbenfläche aufSeiten des Pneumatikkreises 12 und AH dievorliegend kleinere Kolbenflächeauf Seiten des Hydraulikkreises 14 bezeichnet. Zur Beaufschlagungder Übersetzerkolben 30 und 32 mitdem in dem Pneumatikkreis 12 herrschenden Fluiddruck sindSperrventile 34, 36 und 38 in entsprechende Öffnungsstellungenzu versetzen.
[0028] DerHydraulikkreis 14 umfasst eine Speisepumpe 40,die zur Befüllungdes Hydraulikkreises 14 mit einem Hydrauliköl und zurRückstellungder Übersetzerkolben 30 und 32 dient.
[0029] Stromabder Speisepumpe 40 sind ein dem Übersetzerkolben 30 zugeordnetesSperrventil 42 und ein dem Übersetzerkolben 32 zugeordnetes Sperrventil 44 angeordnet.Stromab des Übersetzerkolbens 30 istein Sperrventil 46 und stromab des Übersetzerkolbens 32 istein Sperrventil 48 angeordnet.
[0030] ImBereich eines nicht näherdargestellten Verbraucherauslasses, mit dem der Prüfling 11 verbundenist, misst ein Druckmessgerät 50 denin dem Hydraulikkreis 14 herrschenden Ist-Druck, der auf denPrüfling 11 wirkt.Der Ist-Druck wird übereine Leitung 52 an die Steuereinrichtung 26 übergeben, ander übereine Eingabeeinrichtung 54 ein Soll-Druck vorgegeben wird.
[0031] DerPneumatikkreis 12 ist des Weiteren zur Nutzung des Gasvolumenstroms über einennicht näherdargestellten Auslass bzw. Anschluss mit einem weiteren Prüfling 56 verbunden,der beispielsweise einen Gasdrucksensor darstellt, wobei im Bereich desAuslasses der in dem Pneumatikkreis 12 herrschende Ist-Druckmittels eines Druckmessgerätes 58 gemessenwird, der übereine Leitung 60 ebenfalls an die Steuereinrichtung 26 übergebenwird. Dem Auslass des Pneumatikkreises 12 ist ein Sperrventil 62 vorgeschaltet.
[0032] ZumAbbau eines nicht genutzten pneumatischen und/oder hydraulischenVolumenstroms, d. h. zum Abbau von zu hohen Drücken ist die Druckregelvorrichtung 10 mithier nicht näherdargestellten Druckreduzierungseinrichtungen versehen.
[0033] Wie üblich, erfolgtdie Druckübertragungzwischen den vorbezeichneten Bauteilen über Kanäle bzw. Rohrleitungen, in denendas Gas bzw. das Hydrauliköltransportiert wird. Aufgrund der hohen Belastungen, die insbesondereim Hydraulikkreis 14 herrschen, müssen die Kanäle bzw.Rohrleitungen hohen Anforderungen genügen, wobei insbesondere auchDruckschwankungen, bedingt durch die dynamische Regelung, berücksichtigtwerden müssen.
[0034] Dievorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet in nachfolgend beschriebenerWeise.
[0035] Mittelsder Speisepumpe 40 wird bei geöffneten Sperrventilen 42, 44, 46 und 48 derHydraulikkreis 14 mit einem Hydrauliköl befüllt, das durch den auf dieKolben 30 und 32 ausgeübten pneumatischen Druck aufgrunddes Übersetzungsverhältnissesder Übersetzerkolben 30 und 32 beieinem Druck von beispielsweise 500 bar in dem Pneumatikkreis 12 untereinen Druck von 5 kbar gesetzt wird.
[0036] Mittelsder aus der Pumpe 16 und dem Druckspeicher 18 bestehendenDruckquelle wird ein unter Druck stehendes Gas erzeugt und untereinem Druck von beispielsweise 1 kbar in den Pneumatikkreis 12 eingespeist.Hierbei sind das Bypassventil 28 und die Sperrventile 34, 36 und 38 geöffnet, so dasssich in dem Pneumatikkreis 12 in kurzer Zeit ein Gasdruckvon beispielsweise 500 bar aufbauen kann, mit dem die Übersetzerkolben 30 und 32 beaufschlagtwerden. Anschließendwird das Bypassventil 28 geschlossen. Der am Fluideinlassbereitgestellte Druck ist stets höher als der an dem dem Prüfling 56 zugeordnetenAuslass gewünschteFluiddruck. Der Fluiddruck wird also in dem Pneumatikkreis reduziert.
[0037] ZurPrüfungdes Druckverhaltens des Prüflings 11 werdenalternierend die Ventile 36, 42 und 46 einerseitsund die Ventile 38, 44 und 48 andererseits geschlossen,so dass im Bereich des Prüflings 11 auftretendeLeckagen ausgeglichen werden können undeine kontinuierliche Beaufschlagung des Prüflings 11 mit einemSoll-Druck erfolgt. Gleichzeitig erfolgt bei einer entsprechendenSchaltstellung der Ventile 42 und 44 ein Rückstellendes jeweils abgekoppelten Übersetzerkolbens 30 bzw. 32.Leckagen werden also durch den alternierenden Betrieb der als Druckübersetzerdienenden Übersetzerkolbenausgeglichen. Das Befüllenund Rückfahrender Druckübersetzererfolgt mittels der Speisepumpe 40. Das Aufrechterhaltendes Soll-Drucks in dem Hydraulikkreis 14 wird dadurch gewährleistet,dass im Bereich des dem Prüfling 11 zugeordnetenVerbraucherausgangs mittels des Druckmessgeräts 50 der Ist-Druck gemessenund an die als Informationsverarbeitung dienende Steuereinrichtung 26 übergebenwird. Diese vergleicht den Ist-Druck mit dem vorgegebenen Soll-Druckund berechnet aus diesem Vergleich einen Stellwert für das Regelventil 22,so dass bei einer Abweichung des in dem Hydraulikkreis 14 herrschendenIst-Drucks von dem Soll-Druck eine Druckänderung in dem Pneumatikkreis 12 erfolgt.Diese Druckänderungwirkt auf die Übersetzerkolben 30 und 32,was wiederum eine Druckänderungin dem Hydraulikkreis 14 zur Folge hat, so dass der aufden Prüfling 11 wirkendeDruck dem Soll-Druck entspricht. Etwaige Störungen bei der Druckbereitstellungkönnenalso auf diese Weise ausgeglichen werden.
[0038] Für eine Pneumatikprüfung, d.h. füreine Prüfungdes Druckverhaltens des Prüflings 56,wird zur Entkopplung des Pneumatikkreises 12 und des Hydraulikkreise 14 dasSperrventil 34 geschlossen. Das dem Prüfling 56 vorgeschalteteSperrventil 62 wird geöffnet.Mittels des Druckmessgeräts 58 wird dannder in dem Pneumatikkreis 12 herrschende Ist-Druck gemessen undan die Steuereinrichtung 26 übergeben. Diese berechnet inAbhängigkeitvon einem Vergleich des Ist-Drucks mit einem Sollwert einen Stellwertfür dasRegelventil 22, so dass der in dem Pneumatikkreis 12 herrschendeFluiddruck im Falle von Störungennachgeregelt werden kann. Der maximale Fluiddruck, der auf den Prüfling 56 wirken kann,entspricht dem an dem Fluideinlass des Pneumatikkreises 12 herrschendenSpeisedruck.
权利要求:
Claims (10)
[1] Druckregelvorrichtung zur Beaufschlagung einesBauteils (11) mit einem Innendruck, umfassend einen erstenFluidkreis (12), der übereinen Fluideinlass mit einer Druckquelle (16, 18)verbindbar ist und mindestens ein Regelventil (22) umfasst,das mittels einer Steuereinrichtung (26) angesteuert ist,so dass stromab des Regelventils (22) ein erster Fluiddruck herrscht,der auf mindestens einen Druckübersetzer (30, 32)wirkt, der mit einem zweiten Fluidkreis (14) zusammenwirkt,der mit einem Fluid befülltist, das unter einem zweiten Fluiddruck steht, der durch das Übersetzungsverhältnis desDruckübersetzers(32) vorgegeben ist und der mittels mindestens einer Druckmesseinrichtung(50) messbar ist, die im Bereich eines Verbraucherauslassesangeordnet und mit der Steuereinrichtung (26) verbundenist, wobei mittels der Steuereinrichtung (26) ein Vergleichzwischen einem Fluiddruck-Istwert und einem Fluiddruck-Sollwert und in Abhängigkeitvon einer ermittelten Differenz eine Ansteuerung des Regelventils (22)erfolgt.
[2] Druckregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Fluiddruck auf zwei Übersetzerkolben (30, 32)wirkt, die alternierend zuschaltbar sind und die jeweils mit einemRückstelldruckbeaufschlagbar sind.
[3] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkreis (12)ein Pneumatikkreis ist.
[4] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidkreis (14)ein Hydraulikkreis ist.
[5] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkreis (12)und der zweite Fluidkreis (14) mittels mindestens einesSperrventils (34, 36, 38) entkoppelbarsind.
[6] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten Fluidkreis (12)zugeordnete Druckquelle eine Fluidpumpe (16) und einenDruckspeicher (18) umfasst.
[7] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (22) einProportionalventil ist.
[8] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regelventil (22) einBypass-Ventil (28) zugeordnet ist.
[9] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (30, 32)ein Übersetzungsverhältnis zwischen1:4 und 1:12 hat.
[10] Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Fluidkreis (12)eine zweite Druckmesseinrichtung (58) zugeordnet ist, diemit der Steuereinrichtung (26) verbunden ist und die denersten Fluiddruck misst, der an einem dem ersten Fluidkreis (12)zugeordneten Verbraucherauslass herrscht.
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同族专利:
公开号 | 公开日
DE102004018678B4|2017-06-08|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
2011-05-12| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110222 |
2011-05-12| 8110| Request for examination paragraph 44|
2014-10-02| R016| Response to examination communication|
2015-09-08| R084| Declaration of willingness to licence|
2017-02-23| R018| Grant decision by examination section/examining division|
2018-03-09| R020| Patent grant now final|
2019-11-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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