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Die
Erfindung betrifft ein Regelventil.
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Herkömmlich
sind Regelventile in Form von Druckregelventilen in der Bauart eines
Schieberventils bekannt, bei dem auf dem Längsschieberkolben zu
Steuerzwecken Nuten angeordnet sind. Diese Nuten geben je nach Stellung
des Längsschieberkolbens einen Zu- bzw. Abflusses ganz
oder teilweise frei. Die Nuten erfordern ein relativ großes
Spiel zwischen Kolben und einer zylinderförmigen Führungshülse,
was zu hohen Leckageverlusten führt. Bei Schieberventilen,
die mit kreisförmigen Bohrungen arbeiten, ist der Öffnungsquerschnittsverlauf
zudem nicht linear.
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Darüber
hinaus sind Druckregelventile in Form von reinen Sitzventilen bekannt,
bei denen eine Kolbenstange oder dergleichen einen Durchflussquerschnitt
des Ventiles zwischen einem Einlass- und einem Auslasskanal wahlweise
verschließt oder freigibt. Der Nachteil dieser Sitzventile
besteht darin, das sie nur einen geringen Regelungsbereich für
den Durchflussstrom aufweisen. Um die gewünschte Kennlinie
des Ventils zu erreichen, muss der Magnet für die Regelung
die Kolbenstange im Hunderstelbereich öffnen. Hieraus resultiert
eine schlechte Übersetzung zwischen dem Hubweg des magnetisch
betätigten Ankers und dem Hubweg des Ventilschiebers. Deshalb
wird zu Regelungszwecken ein nur geringer Hubbereich verwendet.
Insbesondere in einem solch kleinen Regelungsbereich für
den Hub des Magneten machen sich die Hystereseeigenschaften des magnetischen
Feldes negativ auf die Hub-Durchflusskennlinie bemerkbar.
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DE 41 07 695 A1 zeigt
eine elektrohydraulischen Stelleinrichtung in der Bauart eines Schieberventils
zur Steuerung eines weiteren Wegeventils, dessen Schieber in Richtung
des Betätigungselementes mit einer axial verstellbaren Steuerhülse
gekoppelt ist. Die Steuerhülse dient ausschließlich
der Abstützung einer Gegendruckfeder des Ventilschiebers
und einem Teil des Ankers. Durch die Verschiebung der Steuerhülse
verkleinert sich der freie Querschnitt der Durchflussöffnung.
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DE 39 25 362 A1 zeigt
ein elektromagnetisches Stellglied in Form eines Schieber-Sitzventils, wobei
ein Schieberkolben gegen einen Flachsitz geführt ist. Der
Schieberkolben ist auf seiner der Magnetspule zugewandten Seite
als Anker ausgebildet ist. Der Schieberkolben umfasst eine ebenfalls
mit dem Anker verbunden Führungshülse, die mit
dem Anker über eine Rastverbindung verbunden ist. Mit der
Anordnung der Steuerhülse im Schieberkolben wird bei seiner
Verschiebung lediglich der Öffnungsquerschnitt vergrößert.
Entsprechend ist eine Regelung nur in einem kleinen Bewegungsbereich
des Schieberkolbens möglich, was in Verbindung mit der üblichen
Hysterese nachteilig ist. Es erfolgt keine Anpassung des Hubweges
des Ankers an dem vergrößerten Öffnungsquerschnitt,
so dass nur ein geringer Bereich des Hubweges für die Steuerung
des Öffnungsquerschnittes zur Verfügung steht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil zu schaffen,
bei dem ein größerer Bereich des Hubes eines Ventilkolbens
für die Steuerung des Öffnungsquerschnittes nutzbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Regelventil mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Ein
erfindungsgemäßes Regelventil umfasst ein Ventilgehäuse,
das einen Eingangskanal und zumindest einen Ausgangskanal aufweist,
einen Ventilkolben, der in dem Ventilgehäuse aufgenommen
und axial zu dessen Längsachse zwischen einer Schließstellung
des Ventils und einer Offenstellung des Ventils verschieblich ist,
und einen in dem Ventilgehäuse vorgesehenen Ventilsitz,
mit dem der Ventilkolben zusammen wirkt, um eine Fluidverbindung
zwischen dem Eingangskanal und dem Ausgangskanal zu öffnen
oder zu sperren, wobei in dem Ventilsitz und/oder in dem Ventilkolben
zumindest eine Aussparung ausgebildet ist, die in der Schließstellung des
Ventils vollständig überdeckt und in der Offenstellung
des Ventils zumindest teilweise freigegeben ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Regelventil ist ein Schieberventil
realisiert, das gegen einen bestehenden Arbeitsdruck öffnen
kann und dabei einen sehr präzisen Kennlinienverlauf erreicht,
der durch die Geometrie der zumindest einen Aussparung, die in dem
Ventilsitz und/oder in dem Ventilkolben ausgebildet sein kann, veränderlich
ist. Falls das Druckregelventil über einen Magnetantrieb
verfügt, wird eine Übersetzung zwischen dem Magnethub
und dem hydraulischen Fluss hergestellt, wodurch eine Mikrovolumenregelung
verbessert ist. Ein wesentlicher Teil des Hubs des Magneten oder
gar ein ganzer Hub kann ausgenutzt werden, um diesen hydraulisch
zu übersetzen. Hierdurch wird der Einfluss der Hysterese
im Magneten kleiner, da auch der Fehler (Hysterese) durch die Übersetzung
vermindert wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Ventilsitz den
Ventilkolben entlang seines Umfangs umschließen, so dass
der Ventilkolben in dem Ventilsitz verschieblich gelagert ist. Hierdurch ergibt
sich der Vorteil, dass der Ventilsitz als Lagerstelle für
das vordere freie Ende des Ventilkolbens, das mit dem Ventilsitz
in Eingriff gelangt, benutzt wird. Vorzugsweise kann der Ventilsitz
durch eine separate Lagerhülse gebildet sein, die in dem
Ventilgehäuse aufgenommen ist, wobei der Ventilkolben in der
Lagerhülse verschieblich geführt ist. Dies hat
den Vorteil, dass der Ventilsitz unabhängig vom Ventilgehäuse
hergestellt werden kann, woraus eine größere Flexibilität
bei der Herstellung zur Erfüllung von evt. Kundenvorgaben
resultiert. Bei speziellen Vorgaben für die Ausgestaltung
des Ventilsitzes kann die Bereitstellung einer separaten Lagerhülle
zudem preiswerter sein.
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Der
Ventilsitz bzw. die separate Lagerhülse überdecken
axial nur einen Teil des Ventilkolbens, wobei der Ventilsitz bzw.
die Lagerhülse als Steuerinstrument zur Regelung des hydraulischen
Flusses verwendet werden. Das Stellglied des Regelventils befindet
sich außerhalb des Ventilkolbens und ist von diesem unabhängig.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der öffnende Querschnitt
des Regelventils besser gelenkt bzw. übersetzt werden kann.
Hiermit einher geht ebenfalls, dass der Kennlinienverlauf des Ventils
besser steuerbar ist. Der Einfluss der magnetischen Hysterese an
der hydraulischen Hysterese wird kleiner, wodurch die Regelgenauigkeit
erhöht wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die zumindest eine
Aussparung an einer Innenumfangsfläche des Ventilsitzes
ausgebildet sein. Hierdurch ist es möglich, eine Außenumfangsfläche des
Ventilkolbens planar, d. h. ohne Vertiefungen bzw. Aussparungen
auszubilden, was sich günstig auf die Herstellungskosten
auswirkt. Ein stirnseitiger Rand des Ventilkolbens kann in Wechselwirkung
mit der Aussparung als Steuerkante dienen, wobei sich die vorstehend
genannte hohe Genauigkeit der Mikrovolumenregelung für
das Fluid ergibt. Durch die Anzahl der Aussparungen, deren Breite
und Tiefe können die Kennlinie und auch das Strömungsverhalten
gezielt beeinflusst werden, wodurch ebenfalls das Verhältnis
der Kennlinie zu Hub definiert wird. Falls die zumindest eine Aussparung
an der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes ausgebildet
ist, können die Breite der Aussparung tangential zum Umfang
des Ventilkolbens und/oder eine Tiefe der Aussparung radial zur
Längsachse des Ventils jeweils in Strömungsrichtung
bzw. in einer Richtung entgegengesetzt zur Schließstellung
des Ventilkolbens zunehmen. Ein Verschieben des Ventilkolbens bezüglich des
Ventilsitzes in Strömungsrichtung bewirkt dann eine gezielte
Zunahme des hydraulischen Flusses.
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In
gleicher Weise wie an der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes
kann die zumindest eine Aussparung auch an einer Außenumfangsfläche
des Ventilkolbens ausgebildet sein. Hierbei kann ein dem Ausgangskanal
zugewandter Rand des Ventilsitzes in Wechselwirkung mit einem Bereich
der Außenumfangsfläche des Ventilkolbens als Steuerkante
dienen, was zu den gleichen Vorteilen wie soeben erläutert
führt. Bei dieser Ausführungsform können
eine Breite der Aussparung tangential zum Umfang des Ventilkolbens
bzw. des Ventilsitzes und eine Tiefe der Aussparung radial zur Längsachse
des Ventils jeweils in einer Richtung entgegengesetzt zur Steuerkante
des Ventilkolbens. Hieraus resultiert eine gezielt definierte Zunahme
des hydraulischen Flusses, falls der Ventilkolben aus dem Ventilsitz
heraus verlagert wird.
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Der
Ventilsitz bzw. die Lagerhülse lassen sich zweckmäßigerweise
durch verschiedene Urform-Verfahren herstellen, z. B. mittels der
Sinter-MIM-Technologie, Formgießen oder Prägen. Nach
einer Einarbeitung der zumindest einen Aussparung in die Innenumfangsfläche
des Ventilsitzes bzw. in die Außenumfangsfläche
des Ventilkolbens erfolgt eine Nachbearbeitung der Innenumfangsfläche
des Ventilsitzes, was durch Schleifen, Hohnen oder Kalibrieren erfolgen
kann. Zum Entgraten eignet sich ein Verfahrensschritt des Bürstens.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Regelventil in
der Bauart eines Schieberventils ausgeführt sein und einen
innerhalb des Ventilgehäuses längsverschieblich
geführten und elektromagnetisch antreibbaren Ankerkolben
aufweisen, der mit dem Ventilkolben verbunden ist. Somit ist der Öffnungsquerschnitt
des Regelventils abhängig von der Position des Ankerkolbens.
Zur Minimierung der Herstellungskosten und der Stückzahl
des Regelventils kann der Ankerkolben einstückig mit dem
Ventilkolben ausgebildet sein. Der Ankerkolben des Magneten kann
mit einer axial angeordneten Stange in Wirkverbindung stehen, die
einen Ventilschieber in Form des Ventilkolbens bildet. Diese Stange öffnet mit
ihrem anderen Ende einen Öffnungsquerschnitt des Zu- und
Ablauf des Ventils ganz oder teilweise, in Abhängigkeit
vom Hub des Ankerkolbens. Somit ist der Öffnungsquerschnitt
des Ventils direkt abhängig vom Durchflussstrom. Bei Nichtbetätigung
des Magneten kann der Sitz des Ventilkolbens in dem Ventilsitz bzw.
der Lagerhülse durch eine entgegen der Magnetkraft gerichtete
und axial angeordnete Druckfeder verschlossen sein. Durch die Hubbewegung des
Ankers erfolgt dann die Regelung des Öffnungsquerschnitts.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Längsquerschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Regelventils gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine
Teil-Querschnittsansicht des Bereichs A von 1
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3 eine
perspektivische Teilschnittansicht des Bereichs A von
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1,
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4a–4c verschiedene
Varianten für eine Lagerhülse, die bei dem Regelventil
von 1 einen Ventilsitz für den Ventilkolben
bilden,
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5 eine
Längsquerschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Regelventils gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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6 eine
Teilschnittansicht des Bereichs B von 5,
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7 eine
seitliche Schnittansicht eines Ventilkolbens des Regelventils von 5,
bei dem eine Mehrzahl von Aussparungen in Form von Nuten an einer
Außenumfangsfläche des Ventilkolbens ausgebildet
sind,
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8 eine
vergrößerte Ansicht des Bereichs C von 7,
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9 eine
Perspektivansicht des Ventilkolbens gemäß 7,
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10 eine
perspektivische Darstellung eines vorderen Bereichs des Ventilkolbens,
in dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von
Nuten ausgebildet sind,
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11 eine
Längsquerschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes
Regelventil gemäß einer dritten Ausführungsform,
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12 eine
Längsquerschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes
Regelventil gemäß einer vierten Ausführungsform,
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13 eine
Längsquerschnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen
Regelventils gemäß einer fünften Ausführungsform,
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14 eine
vergrößerte Schnittansicht des Bereichs D von 13,
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15 eine
Draufsicht auf eine Regelungshülse,
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16 eine
Längsquerschnittansicht der Regelungshülse von 15 entlang
der Linie A-A von 15,
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17 eine
Perspektivansicht der Regelungshülse gemäß 15 bzw. 16,
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18 eine
vereinfachte prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen
Regelventils,
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19 eine
vereinfachte prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen
Regelventils
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20 eine
vereinfachte prinzipielle Darstellung eines herkömmlichen
Sitzventils,
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21 eine
prinzipiell vereinfachte Darstellung eines herkömmlichen
Schieberventils, und
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22 ein
Kennliniendiagramm für die Regelventile gemäß der 18 bis 21.
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In
den 1 bis 4c ist eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Regelventils 1 gezeigt.
Das Regelventil 1 eignet sich sowohl für eine
Volumen- als auch für eine Druckregelung in hydraulischen
Anwendungen. Nachstehend ist das Regelventil 1 stets als
Druckregelventil bezeichnet, ohne jedoch darin eine Einschränkung
auf nur diese Art der Regelung zu verstehen. In gleicher Weise eignet
sich das Regelventil 1 auch für eine volumenabhängige
Regelung eines Fluidvolumens.
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Unter
Bezugnahme auf die 1, die eine Längsquerschnittansicht
eines Druckregelventils 1 zeigt, sind zunächst
die wesentlichen Bauelemente des Druckregelventils 1 erläutert.
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Das
Druckregelventil 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit
einem Spulenaufnahmekörper 3. Der Spulenaufnahmekörper 3 ist
hohlzylindrisch ausgeführt und trägt an seiner
Längs-Aussenseite eine Magnetspule 4, die einen
Innenraum des Druckregelventils 1 umschließt.
Das Gehäuse 2 ist auf der in 1 rechts gezeigten
Seite durch einen Konus 5 verschlossen, auf dem eine Konusscheibe 6 aufsitzt.
Der Konus 5 erstreckt sich nach innen in den Spulenaufnahmekörper 3 hinein,
wobei die Konusscheibe 6 dabei in Kontakt mit einer Randfläche 7 des
Spulenaufnahmekörpers 3 gelangt. Der Konus 5 wird
durch die Konusscheibe 6 gehalten. Die Konusscheibe 6 ist
nach außen hin durch eine Stirnfläche 8 des
Gehäuses 2 eingefasst. An seiner der Stirnfläche 8 entgegengesetzten
Seite des Druckregelventils 1 ist in den Spulenaufnahmekörper 3 ein
Joch 9 eingeführt, auf dem umfangsseitig angrenzend
an eine stirnseitige Randfläche des Spulenaufnahmekörpers 3 eine
Jochscheibe 10 aufsitzt. An der randseitigen Stirnfläche des
Spulenaufnahmekörpers 3 sind mehrere radial angeordnete
Toleranzausgleichsnasen 11 ausgebildet, mit der die Jochscheibe 10 in
Kontakt steht. In 1 ist aufgrund der Schnittführung
nur eine dieser Toleranzausgleichsnasen 11 gezeigt.
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In
dem Joch 9 sind Bohrungen in Form eines Eingangskanals 12 und
eines Ausgangskanals 13 ausgebildet, wobei der Eingangskanal 12 im
Bereich einer Ventilkammer 14 in den Ausgangskanal 13 übergeht.
Der Eingangskanal 12 ist mit einer (nicht gezeigten) Druckleitung
(links in 1) verbunden und mittels eines
O-Rings 15 hiergegen abgedichtet. Der Ausgangskanal 13 führt
zu einem (nicht gezeigten) Versorgungstank einer Hydraulikflüssigkeit
und bildet somit einen Tankanschluss.
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Das
Joch 9 ist in einem Bereich zwischen der Magnetspule hohlzylindrisch
ausgeführt, wobei in dieser Ausnehmung des Jochs 9 ein
Magnetkolben 16 entlang einer Längsachse 17 des
Druckregelventils 1 längsverschieblich geführt
ist. Zwischen einer Stirnseite des Jochs 9 und einer gegenüberliegenden Stirnseite
des Konus 5 ist innerhalb des Druckregelventils 1 ein
Lager 18 aufgenommen, das eine Außenumfangsfläche
des Magnetkolbens 16 angrenzend zum Konus 5 führt.
Der Magnetkolben 16 ist in seiner Längsrichtung,
d. h. parallel zur Längsachse 17 des Druckregelventils 1 mit
einer Durchgangsbohrung 19 versehen. Entgegengesetzt zum
Konus 5 ist in der Durchgangsbohrung 19 ein Schieber 20 befestigt,
der teilweise hohlzylindrisch ausgeführt ist und eine Mehrzahl
von Druckausgleichsbohrungen 21 aufweist, die eine Außenumfangsfläche
des Schiebers 20 durchsetzen. Der Schieber 20 ist
bis zu seiner Stirnseite, die in den Magnetkolben 16 hineinragt, hohl
ausgebildet, so dass durch die Druckausgleichsbohrungen und durch
das innere des Schiebers 20 ein Druckausgleich bis in den
Magnetkolben 16 hinein möglich ist. Eine dem Magnetkolben 16 entgegengesetzte
Stirnseite des Schiebers 20 dient als Ventilkolben 22,
der innerhalb einer Lagerhülse 23 verschieblich
geführt ist. Die Lagerhülse 23 bildet
einen Ventilsitz und ist in dem Eingangskanal 12 befestigt
bzw. darin eingepasst. Der Ventilkolben 22 wirkt mit dem
Ventilsitz in Form der Lagerhülse 23 zusammen,
um durch eine Verschiebung parallel zur Längsachse 17 des
Druckregelventils 1 eine Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 zu öffnen oder zu sperren.
Dies ist im Detail noch unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert.
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Die
Durchgangsbohrung 19 des Magnetkolbens 16 weist
ungefähr im mittigen Bereich des Magnetkolbens 16 eine
Stufe auf, ab der ein Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 19 vergrößert ist.
Durch diese Vergrößerung des Innendurchmessers
ist ein Schulterabschnitt 24 gebildet. In dem Bereich der
Durchgangsbohrung 19 mit dem größeren Innendurchmesser
ist eine Druckfeder 25 aufgenommen, die sich mit ihrem
in 1 links gezeigten Ende an dem Schulterabschnitt 24 abstützt.
Mit ihrem entgegengesetzten (und in 1 rechts
gezeigten) Ende ist die Druckfeder 25 durch eine Führungsbuchse 26,
die innerhalb einer Durchgangsbohrung 27 des Konus 5 befestigt
ist, hindurch geführt und gegen einen Federhalter 28 abgestützt,
der in der Durchgangsbohrung 27 befestigt bzw. darin eingepasst
ist. Der Magnetkolben 16 ist somit mittels der Druckfeder 25 in
Richtung der Lagerhülse 23 (in 1 nach links)
vorgespannt. Bei einem Bestromen der Magnetspule 4 werden
der Magnetkolben 16 und damit der Schieber 20 gegen
die Vorspannung der Druckfeder 25 verschoben, d. h. in 1 nach
rechts. Bei einem Entregen der Magnetspule 4 erfolgt eine
Rückverlagerung des Magnetkolbens 16 bzw. des
Schiebers 20 in 1 nach links durch die Druckfeder 25.
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Der
Bereich A in 1 ist in der 2 als Längsquerschnittansicht
vergrößert dargestellt. Oberhalb der Längsachse 17 ist
zu erkennen, dass an einer Innenumfangsfläche der Lagerhülse 23 eine Aussparung 29 ausgebildet
ist. 3 zeigt die Schnittansicht von 2 nochmals
in einem perspektivischen Halbschnitt. Hierin ist zu erkennen, dass entlang
der Innenumfangsfläche der Lagerhülse 23 eine
Mehrzahl von Aussparungen 29 ausgebildet sind. Die Aussparungen 29 haben
jeweils die Form einer Nut, und nehmen sowohl in ihrer Breite tangential
zum Umfang des Ventilkolbens als auch in ihrer Tiefe radial zur
Längsachse 17 in einer Richtung entgegengesetzt
zur Schließstellung des Ventilkolbens 22 zu. Für
den Fall, dass bei dem Druckregelventil 1 eine Strömungsrichtung
von dem Eingangskanal 12 in Richtung des Ausgangskanals 13 vorliegt,
liegt die genannte Zunahme der Breite bzw. der Tiefe der Aussparungen 29 in
Strömungsrichtung vor.
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In 2 ist
der Ventilkolben 22 in seiner Schließstellung
gezeigt, bei der ein stirnseitiger Rand 30 des Ventilkolbens
so weit in die Lagerhülse 23 hinein bzw. in 2 nach
links geschoben ist, dass dieser Rand 30 nicht in Wechselwirkung
mit den Aussparungen 29 steht bzw. mit diesen fluchtet.
Der stirnseitige Rand 30 dient als Steuerkante für
das Druckregelventil 1. In der in 2 dargestellten
Position des Ventilkolbens 22 ist somit eine Fluidverbindung
zwischen dem Eingangskanal 12 und dem Ausgangskanal 13 unterbrochen,
so dass das Druckregelventil 1 sperrt. Falls sich der Ventilkolben 22 in
seiner in 2 gezeigten Schließstellung
befindet, ist ein Druckausgleich in dem ringförmigen Ausgangskanal 13 durch
die Druckausgleichs bohrungen 21 des Schiebers 20 hindurch
möglich. Gleichwohl bleibt in dieser Stellung eine Fluidverbindung
zum Eingangskanal 12 versperrt. In 3 ist hingegen eine
Offenstellung des Druckregelventils 1 gezeigt, da die Steuerkante 30 des
Ventilkolbens 22 die Aussparungen 29 in der Lagerhülse 23 teilweise
freigibt, so dass eine Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 vorliegt.
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Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
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Ausgehend
von der Schließstellung des Ventilkolbens 22,
in der er durch die Druckfeder 25 wie in 2 gezeigt
in die Lagerhülse 23 hinein gedrückt wird,
wird die Magnetspule 4 bestromt, so dass der Magnetkolben 16 in
Richtung des Konus 5 zwangsweise verlagert wird. Infolge
der festen Verbindung des Schiebers 20 mit dem Magnetkolben 16 wird gleichzeitig
auch der Ventilkolben 22 in der Lagerhülse 23 verschoben.
Hierbei überstreicht die Steuerkante 30 des Ventilkolbens 22 die
Aussparungen 29, so dass eine Fluidverbindung zwischen
dem Eingangskanal 12 und dem Ausgangskanal 13 vorliegt. In 3 ist
der Ventilkolben 22 in einer zurückgezogenen Position
gezeigt, in der die Steuerkante 30 die Aussparungen 29 teilweise
freigibt. Die genannte Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 ist durch einen Pfeil s angedeutet.
Durch die gewählte Nut-Geometrie der Aussparungen 29 wird
ein präziser Kennlinienverlauf für das Druckregelventil 1 erzielt.
Hierdurch wird eine Übersetzung zwischen dem Hub des Magnetkolbens 16 und
dem hydraulischen Fluss, d. h. der Menge an Hydraulikflüssigkeit,
die vom Eingangskanal 12 zum Ausgangskanal 13 gelangt,
erreicht.
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Durch
die Zunahme der Nut bzw. der Aussparungen 29 in ihrer Breite
und tangential zum Umfang des Ventilkolbens 22 und auch
radial zur Längsachse 17 in einer Richtung entgegengesetzt
zur Schließstellung des Ventilkolbens 22 bzw.
in Strömungsrichtung kann der Hub des Magnetkolbens 16 im
Wesentlichen vollständig hydraulisch übersetzt werden.
Wird zum Beispiel der Magnetkolben 16 ausgehend von der
in 3 gezeigten Stellung des Ventilkolbens 22 weiter
in Richtung des Konus 5 angetrieben bzw. verschoben, so
führt dies zu einer weiteren Verlagerung des Ventilkolbens 22 in 3 nach rechts,
was den Öffnungsquerschnitt der Aussparung 29 ebenfalls
weiter vergrößert. Im Ergebnis wird dadurch der
Einfluss der Hysterese des magnetischen Antriebs des Magnetkolbens 16 kleiner,
da auch der Fehler (Hysterese) durch die Übersetzung geschwächt
wird.
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Die 2 und 3 machen
deutlich, dass die Lagerhülse 23 in ihrer Funktion
als Ventilsitz als Lagerstelle für den Ventilkolben 22 genutzt
wird. Durch die Lagerhülse 23 und das Lager 18 wird
insgesamt die Einheit bestehend aus Magnetkolben 16 und
Schieber 20 parallel zur Längsachse 17 verschieblich
geführt.
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Ausgehend
von der in 3 gezeigten Offenstellung des
Druckregelventils 1 kann der Ventilkolben 22 zurück
in seine Schließstellung überführt werden,
indem die Magnetspule 4 entregt wird. Hierdurch wird der
Magnetkolben 16 durch die Druckfeder 25 in 1 nach
links zurück gedrückt, wodurch der Ventilkolben 22 in
seine in 2 gezeigte Schließstellung
zurück gelangt. Die Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 ist dann wieder versperrt.
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In
den 4a bis 4c sind
jeweils in einer perspektivischen Ansicht weitere Varianten für
die Lagerhülse 23 gezeigt. Diese Lagerhülsen 23' (4a), 23'' (4b)
und 23''' (4c) unterscheiden sich von der
Lagerhülse 23 gemäß der 1 bis 3 durch
die Anzahl der entlang der Innenumfangsfläche vorgesehenen
Aussparungen 29', 29'' bzw. 29'''. Durch
die Veränderung der Anzahl der Aussparungen und/oder ihres
Geometrieverlaufs kann ein Kennlinienverlauf des Druckregelventils 1 jeweils
präzise an einen bestimmten Einsatzzweck des Ventils angepasst
werden. Ungeachtet der Anzahl der Aussparungen 29'–29''' und
ihrer Geometrie dienen die Lagerhülse 23'–23''' stets
auch als Lagerstelle für den Ventilkolben 22,
um diesen im Wesentlichen parallel zur Längsachse 17 zu
führen. Je nach Bedarf und Einsatzzweck des Druckregelventils 1 oder
auch zu Reparaturzwecken kann eine verschiedene bzw. neue Lagerhülse
in die Bohrung des Jochs 9 eingesetzt werden, was zu verminderten
Kosten führt.
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In
den 5 bis 10 ist nachstehend eine zweite
Ausführungsform des Druckregelventils 1 erläutert.
Gleiche Bauteile im Vergleich zur Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 sind
hierin mit gleichen Bezugszeichen benannt und zur Vermeidung von
Wiederholungen nicht nochmals erläutert, wobei gleichwirkende
Bauteile um 100 hochindiziert sind.
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5 zeigt
eine Längsquerschnittansicht durch das Druckregelventil 1,
das im Wesentlichen die gleiche Funktion wie das Druckregelventil 1 gemäß der 1 bis 3 aufweist.
Im Unterschied hierzu ist jedoch die Wechselwirkung zwischen dem Ventilkolben 122 und
der Lagerhülse 123 anders ausgestaltet. Die Aussparungen 129 sind
nunmehr nicht an der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes,
sondern an einer Außenumfangsfläche des Ventilkolbens 122 ausgebildet.
Hierzu ist auf dem Ventilkolben 122 ein Ringelement 31 befestigt,
z. B. durch Aufschrumpfen oder Aufpressen. An der Außenumfangsfläche
des Ringelements 31 sind die Aussparungen 129 ausgebildet.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Aussparung 129 direkt
in die Außenumfangsfläche des Ventilkolbens 122 einzuarbeiten.
Die Innenumfangsfläche des Eingangskanal 12 ist
direkt in dem Joch 9 ausgebildet, weist im Wesentlichen
eine glatte Fläche auf und dient als Ventilsitz 123 für
den Ventilkolben 122.
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In 5 ist
das Druckregelventil 1 in seiner Schließstellung
gezeigt, in der die Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 versperrt ist. 6 zeigt
den Bereich B von 5 in einer vergrößerten
Ansicht und verdeutlicht nochmals die Schließstellung des
Ventils 1. Hierin ist der Ventilkolben 122 so
weit in den Ventilsitz 123 hinein verschoben, dass ein
Bereich 32 der Außenumfangsfläche des
Ventilkolbens 122 bzw. des Ringelements 31, in
dem keine Aussparungen 129 ausgebildet sind, in Kontakt
mit der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes 123 ist.
Somit dient ein dem Ausgangskanal 13 zugewandter Rand 33 des
Ventilsitzes 123 in Wechselwirkung mit dem Bereich 32 als Steuerkante,
mittels der eine Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 geöffnet oder verschlossen
wird. Das Überführen des Ventilkolbens 122 von
seiner in 5 bzw. in 6 gezeigten
Schließstellung in die Offenstellung funktioniert analog
zur Ausführungsform gemäß der 1 bis 3.
Durch ein Bestromen der Magnetspule 4 wird der Magnetkolben 16 gegen
die Kraft der Druckfeder 25 in Richtung des Konus 5 verlagert,
wodurch der Ventilkolben 122 in 6 nach rechts
in dem Ventilsitz 123 verschoben wird. Infolgedessen gelangt
der Bereich 32 des Ventilkolbens 122 bzw. des
Ringelements 31 außer Eingriff mit dem Rand 33 des
Ventilsitzes 123, so dass die Aussparungen 129 in
Gegenüberstellung mit dem Rand 33 gelangen. Hieraus
resultiert dann eine Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13.
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Der
Magnetkolben 16 der Ausführungsform von 5 ist
zusammen mit dem Schieber 20 in 7 in einer
Längsquerschnittansicht als Einzelteil dargestellt, wobei
zur Vereinfachung die Druckfeder 25 nicht gezeigt ist. 8 zeigt
in einer vergrößerten Ansicht den Bereich C von 7.
Die Aussparung 129, die an einer Außenumfangsfläche
des Ringelements 31 ausgebildet ist, nimmt in ihrer Tiefe
radial zur Längsachse des Ventils in einer Richtung entgegengesetzt
zur Steuerkante des Ventilkolbens bzw. dessen Bereich 32 zu.
In 9 ist der Magnetkolben 16 zusammen mit
dem Schieber 20 gemäß 7 in einer
Perspektivansicht gezeigt. Entlang des Umfangs des Ringelements 31 ist
eine Mehrzahl von Aussparungen 129 vorgesehen, deren Breite
tangential zum Umfang des Ventilkolbens 122 ebenfalls in der
Richtung entgegengesetzt zum Bereich 32 zunimmt. Durch
eine solche Ausgestaltung der Aussparungen 129 mit einer
Zunahme in Breite und Tiefe in der Richtung entgegengesetzt zur
Steuerkante des Ventilkolbens 122 bzw. dessen Bereich 32 wird
die gleiche Wirkung wie bei der Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 erzielt:
der Hub des Magnetkolbens 16 wird in einer Veränderung
des hydraulischen Flusses übersetzt, was zu einer verbesserten
Mikrovolumenregelung führt. Hierbei wird der Hub des Magnetkolbens 16 im
Wesentlichen vollständig zur Übersetzung für
den hydraulischen Fluss genutzt.
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Das
Ringelement 31 von 9, an dessen Außenumfangsfläche
die Aussparungen 129 ausgebildet sind, ist in 10 perspektivisch
als Einzelbauteil gezeigt. Das Ringelement 31 kann geeignet
auf den Ventilkolben 122 in Form des freien Endes des Schiebers 20 befestigt
werden, zum Beispiel durch Aufschrumpfen, Verschrauben, Verschweißen
oder dergleichen. Durch ein lösbares Befestigen des Ringelements 31 auf
dem Schieber 20 ist ein Austausch bei Verschleiß oder
auch ein Ersetzen durch ein anderes Ringelement 31 mit
unterschiedlichen Aussparungen 129 möglich, um
einen anderen Kennlinienverlauf für das Druckregelventil 1 zu
erzielen.
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Bezüglich
der Ausführungsformen nach den 1–4 bzw. 5–10 ist
zu verstehen, dass die Strömungsrichtung des Fluids auch
umgekehrt verlaufen kann. Dies bedeutet, dass dann das Fluid von
dem Kanal 13 in Richtung des Kanals 12 strömt. Unter
Bezugnahme auf die vorstehend gemachte Erläuterung übernimmt
dann der sog. Ausgangskanal 13 die Funktion eines Eingangskanals,
und der sog. Eingangskanal 12 übernimmt die Funktion
eines Ausgangskanals. Die Funktionsweise des Öffnens und
Schließens des Druckregelventils 1 in Folge der Wechselwirkung
zwischen Ventilkolben und Ventilsitz bleibt jedoch unverändert.
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In 11 ist
eine weitere Ausführungsform des Druckregelventils 1 in
einer Längsquerschnittansicht gezeigt. Gleiche Bauteile
wie bei den vorstehend genannten Ausführungsformen sind
hierbei mit gleichen Bezugszeichen benannt und zur Vermeidung von
Wiederholungen nicht erläutert, wobei gleichwirkende Bauteile
um 100 hochindiziert sind.
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Das
Druckregelventil 1 gemäß der 11 funktioniert
nach Art eines 5/3-Wegeventils. Hierzu ist an einer Außenseite
des Jochs 9 ein Steuergehäuse 34 befestigt,
das hohlzylindrisch ausgeführt ist und radial nach außen
führend eine Mehrzahl von Steuerbohrungen 35a–35d aufweist.
Der Schieber 20, der mit dem Magnetkolben 16 befestigt
ist, steht in Kontakt mit einem Ventilkolben 222, der längsverschieblich
innerhalb des Steuergehäuses 34 aufgenommen ist.
Das Steuergehäuse 34 steht mit seinem in 11 links
gezeigten Rand in Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Druckleitung.
Die Steuerbohrungen 35a–35d sind jeweils
mit einem (nicht gezeigten) Versorgungstank für die Hydraulikflüssigkeit
verbunden und bilden somit jeweils einen Tankanschluss. Innerhalb
des Steuergehäuses 34 ist angrenzend zu einer randseitigen
Stirnfläche des Ventilkolbens 222 ein Sitzelement 36 mit
einem Schulterabschnitt 37 fest aufgenommen. Innerhalb
des Sitzelements 36 ist eine Druckfeder 225 aufgenommen,
die sich in 11 nach links gegen den Schulterabschnitt 37 und
mit ihrem entgegengesetzten Ende gegen die randseitige Stirnfläche
des Ventilkolbens 222 abstützt. Durch die Druckfeder 225 ist
der Ventilkolben 222 in 1 nach rechts
vorgespannt. Durch den Kontakt des Ventilkolbens 222 mit
dem Schieber 20 ist entsprechend auch der Magnetkolben 16 durch die
Druckfeder 225 vorgespannt.
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An
der Innenumfangsfläche des Steuergehäuses 34 sind
eine Mehrzahl von Lagerhülsen 223 eingebracht,
die den Ventilkolben 222 innerhalb des Steuergehäuses 34 führen.
In gleicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß der 1–3 sind an
den jeweiligen Innenumfangsflächen der Lagerhülsen 223 eine
Mehrzahl von Aussparungen 229 ausgebildet. An der Außenumfangsfläche
des Ventilkolbens 222 sind gegenüberliegend zu
den Lagerhülsen 223 geeignete Stufen 38 ausgebildet,
die in Wechselwirkung mit den Lagerhülsen 223 Steuerkanten
bilden. Falls die Magnetspule 4 bestromt und dadurch der
Ventilkolben 222 innerhalb des Steuergehäuses 34 in
Richtung der Längsachse 17 verschoben wird, stellt
sich ein gezieltes Verbinden der einzelnen Steuerbohrungen 35a–35d untereinander ein.
Das Verschalten von einzelnen Steuerbohrungen 35 ist dabei
von einer Längsposition des Ventilkolbens 222 innerhalb
des Steuergehäuses 34 abhängig.
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Das Öffnen
bzw. Durchschalten des Druckregelventils 1 gemäß der
Ausführungsform von 11 erfolgt
in gleicher Weise wie bei den vorstehend genannten Ausführungsformen.
Bei entregter Magnetspule 4 drückt die Druckfeder 225 den
Ventilkolben 222 in seine Schließstellung, so
dass eine Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 in Form der Steuerbohrungen 35a versperrt
ist. Wird die Magnetspule 4 bestromt, so drückt
der Magnetkolben 16 den Ventilkolben 222 gegen
die Kraft der Druckfeder 225 in 11 nach links,
so dass sich in Abhängigkeit des angelegten Stroms an die
Magnetspule 4 und einer daraus resultierenden Verschiebung
des Ventilkolbens 22 in 11 nach
links eine gezielte Verschaltung der jeweiligen Steuerbohrungen 35 einstellt.
In 11 ist das Druckregelventil in einer teilgeöffneten
Stellung gezeigt, wobei sich der Ventilkolben 222 in einer
Mittelstellung befindet. Die Spule 4 ist hierbei bestromt. Für
ein weiteres Öffnen des Druckregelventils 1 bzw. ein
Verschieben des Ventilkolbens 222 in 11 nach
links wird der an die Spule 4 angelegte Strom erhöht.
Durch die Veränderung des Spulenstroms wird eine Proportionalregelung
erzielt. Zum erneuten Überführen des Druckregelventils 1 in
die Schließstellung wird die Magnetspule 4 entregt,
so dass die Druckfeder 225 den Ventilkolben 222 in
seine Schließstellung (in 11 nach
rechts) zurückdrückt.
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In 12 ist
eine weitere Ausführungsform des Druckregelventils 1 gezeigt,
das ebenfalls nach Art eines 5/3-Wegeventils funktioniert. Diese
Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform
von 11, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
benannt und gleichwirkende Bauteile um 100 hochindiziert sind.
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Die
Ausführungsform gemäß der 12 unterscheidet
sich von jener der 11 darin, dass auf einer Außenumfangsfläche
des Ventilkolbens 322 in Gegenüberstellung zu
den jeweiligen Steuerbohrungen 35 jeweils Ringelemente 331a–331c aufgebracht sind,
an deren Außenumfangsflächen jeweils eine Mehrzahl
der Aussparungen 329 ausgebildet sind. Das Steuergehäuse 34 ist
entlang seiner Längsachse mit einer Mehrzahl von Steuerbohrungen 35a–35e durchsetzt.
Vom Prinzip her entspricht das Steuern der Fluidverbindung bei der
Ausführungsform der 12 jenem
der Ausführungsform gemäß 5. Hierbei
ist die Innenumfangsfläche des Steuergehäuses 34 zwischen
den einzelnen Steuerbohrungen 35 im Wesentlichen mit einer
glatten Oberfläche versehen, wobei angrenzend zu den Steuerbohrungen 35a–35e Stufen 39 ausgebildet
sind, so dass an diesen Stellen die Innenumfangsfläche
des Steuergehäuses 34 radial vergrößert
ist. Diese Stufen 39 wirken mit den Bereichen der Außenumfangsflächen der
Ringelemente 331, in denen keine Aussparungen 329 ausgebildet
sind, nach Art einer Steuerkante zusammen. In einem Bereich der
Aussparungen 329, in dem sie in die Aussenumfangsfläche
der Ringelemente 331 auslaufen, ist eine tangential zum
Umfang umlaufende Ringnut (in 12 nicht
gezeigt) ausgebildet. Durch eine solche Ringnut ist eine Fluidverbindung
zwischen den jeweiligen Steuerbohrungen 35a–35e und
den Aussparungen 329 sichergestellt. In bestimmten Positionen
des Ventilkolbens 322 innerhalb des Steuergehäuses 34 ist
eine Fluidverbindung zwischen einem Innenraum des Steuergehäuses 34 und
den Steuerbohrungen 35a–35e durch die Ringelemente 331 verschlossen,
wobei ein Verschieben des Ventilkolbens 322 entlang der
Längsachse 17 dann zu einem Öffnen der
Fluidverbindung führt.
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In 12 ist
der Ventilkolben 322 in einer Mittelstellung gezeigt, in
der die Spulte 4 teilweise bestromt ist. Bei einem Entregen
der Spule 4 wird der Ventilkolben 4 durch die
Druckfeder 325 nach rechts gedrückt, so dass die
Steuerbohrung 35a durch das Ringelement 331a verschlossen
ist. Gleichwohl stehen die Steuerbohrungen 35c, 35d und 35e miteinander
in Fluidverbindung. Bei einem Bestromen der Magnetspule 4 wird
wie in 12 gezeigt der Ventilkolben 322 gegen
die Kraft der Druckfeder 325 innerhalb des Steuergehäuses 34 nach
links gedrückt, was zu einer Veränderung der Schaltstellung
führt. In gleicher Weise wie bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen
wird durch die Veränderung des Spulenstroms eine Proportionalregelung
für die Hydraulikflüssigkeit erzielt.
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Bezüglich
der beiden Ausführungsformen gemäß der 11 und 12 versteht
sich, dass die Belegung der jeweiligen Steuerbohrungen 35a–35e mit
hydraulischen Verbrauchern frei gewählt werden kann, in
Abhängigkeit des gewählten Einsatzzwecks des Druckregelventils 1.
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In
den 13 und 14 ist
eine weitere Ausführungsform des Druckregelventils 1 gezeigt.
Im Vergleich zu den vorstehend genannten Ausführungsformen
sind hierin gleiche Bauteile mit jeweils gleichen Bezugszeichen
versehen, wobei gleich wirkende Bauteile um 100 hochindiziert sind.
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In 13 ist
das Druckregelventil 1 in einer Längsqueransicht
gezeigt. In einem Gehäuse 402 sind ein Eingangskanal 12 und
ein Ausgangskanal 13 ausgebildet, die über eine
Ventilkammer 14 miteinander verbunden sind. An dem Gehäuse 402 sind
im Bereich des Eingangskanals 12 und des Ausgangskanals 13 Leitungsanschlüsse 40 befestigt,
so dass (nicht gezeigte) Druckleitungen an dem Gehäuse 402 angebracht
werden können. Das Gehäuse 402 ist koaxial
zum Eingangskanal 12 mit einer Durchgangsbohrung 41 durchsetzt,
wobei die genannte Ventilkammer 14 Teil dieser Durchgangsbohrung 41 ist.
Innerhalb der Durchgangsbohrung 41 ist zwischen dem Eingangskanal 12 und
der Ventilkammer 14 eine Regelungshülse 423 aufgenommen,
wobei ein Schulterabschnitt 42 des Gehäuses 402 die
Regelungshülse 423 axial fixiert. Die Durchgangsbohrung 41 ist
in einem in 14 oben gezeigten oberen Bereich
mit einem Innengewinde 43 versehen. Ein Betätigungsbolzen 44 weist
an seiner Außenumfangsfläche ein an das Innengewinde 43 angepasstes
Außengewinde 45 auf und ist damit in das Innengewinde 43 der
Durchgangsbohrung 41 hineingeschraubt. Außerhalb
des Gehäuses 402 ist auf das Außengewinde 45 zusätzlich
eine Kontermutter 46 aufgeschraubt, die den Betätigungsbolzen 44 axial bezüglich
des Gehäuses 402 fixiert.
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Der
Bereich D von 13 ist in 14 in
einer vergrößerten Schnittansicht gezeigt. An
einer Innenumfangsfläche 48 der Regelungshülse 423 sind eine
Mehrzahl von Aussparungen 429 ausgebildet, von denen in
der Schnittführung von 15 nur
eine Aussparung zu erkennen ist. In gleicher Weise wie die Aussparungen 29 gemäß der
Ausführungsform der 1 bis 3 sind
die Aussparungen 429 gemäß der 14 in
ihrer Breite und Tiefe zunehmend ausgestaltet. Innerhalb der Regelungshülse 423 ist ein
Ventilkolben 422 längsverschieblich geführt,
der außerhalb der Regelungshülse 423 einen
im Durchmesser vergrößerten Schulterabschnitt 49 aufweist. An
einer unteren Stirnseite 50 (13) des
Betätigungsbolzens 44, welche Stirnseite der Regelungshülse 423 gegenüberliegt,
ist eine Ausnehmung 51 ausgebildet, in der eine Druckfeder 425 aufgenommen
ist. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Druckfeder 425 an
einem oberen Bereich des Schulterabschnitts 49 des Ventilkolbens 422 ab
(14), so dass der Ventilkolben 422 mit
seinem Schulterabschnitt 49 von oben auf einen Randbereich
der Regelungshülse 423 gedrückt wird,
entsprechend der Darstellung von 14.
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Die
Ausführungsform des Druckregelventils 1 gemäß den 13 und 14 weist
keinen Magnetantrieb auf, sondern beruht auf einem selbstregulierendem
Prinzip, was nachstehend im Detail erläutert ist.
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In
einer Ausgangsstellung des Ventilkolbens 422 liegt dessen
Schulterabschnitt 49 auf einem oberen Rand der Regelungshülse 423 auf,
gemäß der Darstellung von 14. Dies
entspricht einem Schließzustand des Druckregelventils 1,
da ein stirnseitiger Rand 430 des Ventilkolbens 422,
welcher Rand 430 als Steuerkante dient, sich nicht in Gegenüberstellung
mit den Aussparungen 429 der Regelungshülse 423 befindet.
In gleicher Weise wie bei den Ventilkolben 22 gemäß der
Darstellung von 2 ist durch den Ventilkolben 422 in
der Darstellung von 14 eine Fluidverbindung zwischen
dem Eingangskanal 12 und dem Ausgangskanal 13 versperrt.
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Ab
einem bestimmten Druck innerhalb des Eingangskanals 12 wird
der Ventilkolben 422 in 14 nach
oben gegen die Vorspannung der Druckfeder 425 verlagert,
wobei sich der Schulterabschnitt 49 des Ventilkolbens 422 von
dem Randbereich der Regelungshülse 423 abhebt.
Hierbei gelangt der stirnseitige Rand 430 des Ventilkolbens 422 in
Gegenüberstellung mit den Aussparungen 429 und
gibt diese dadurch zumindest teilweise frei. Im Ergebnis liegt dann
eine Fluidverbindung zwischen dem Eingangskanal 12 und
dem Ausgangskanal 13 über die Aussparungen 429 vor.
Die Länge der Druckfeder 425 ist so gewählt,
dass sie auf Block liegt, wenn der stirnseitige Rand 430 des Ventilkolbens 422 kurz
vor Erreichen des oberen Rands der Regelungshülse 423 steht.
Hierdurch wird verhindert, dass bei einem großen Arbeitsdruck
innerhalb des Eingangskanals 12 der Ventilkolben 422 mit
seinem stirnseitigem Rand 430 aus der Regelungshülse 423 herausgehoben
wird. Gleichzeitig ist hierdurch ein vollständiger Hub
des Ventilkolbens 422 sichergestellt, welcher Hub im Wesentlichen
einer Länge der Aussparungen 429 entspricht. Dies
ermöglicht eine präzise Steuerung der Fluidverbindung
im Mikrovolumenbereich.
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Der
Arbeitspunkt des Druckregelventils 1 läßt
sich durch ein axiales Verstellen des Betätigungsbolzens 44 innerhalb
des Gehäuses 402 erreichen. Hierzu weist der Betätigungsbolzen 44 einen Griffbereich 52 auf.
Nach Lösen der Kontermutter 46 kann der Betätigungsbolzen 44 durch
ein Erfassen des Griffbereichs 52 beispielsweise weiter
in das Innengewinde 43 der Durchgangsbohrung 41 des
Gehäuses 402 hineingeschraubt werden, wobei anschließend
eine axiale Sicherung mittels der Kontermutter 46 vorgenommen
wird. Durch ein solches Hineinschrauben des Betätigungsbolzens 44 wird
die Vorspannung der Druckfeder 425 in der Schließstellung
des Ventilkolbens 422 erhöht, so dass das Druckregelventil 1 selbsttätig
erst ab einem höheren Arbeitsdruck innerhalb des Eingangskanals 12 öffnet.
Umgekehrt kann durch ein Herausschrauben des Betätigungsbolzens 44 aus
dem Innengewinde 43 der Arbeitspunkt des Druckregelventils 1,
ab dem das Ventil selbsttätig öffnet, herabgesetzt
werden.
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In
den 15 bis 17 ist
die Regelungshülse 423 nochmals in verschiedenen
Ansichten gezeigt. 15 zeigt die Regelungshülse 423 in
einer Draufsicht von oben, wobei die 16 eine
Längsquerschnittansicht der Regelungshülse 423 entlang der
Linie A-A von 15 zeigt. 17 stellt
die Regelungshülse 423 in einer perspektivischen
Ansicht dar.
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Die
Draufsicht von 15 verdeutlicht, dass entlang
der Innenumfangsfläche 48 drei Aussparungen 29 ausgebildet
sind. Diese Aussparungen 429 erstrecken sich bis zu einem
oberen Rand der Regelungshülse 423, auf welchem
Rand dann der Schulterabschnitt 49 des Ventilkolbens 422 in
seiner Schließstellung aufliegt. Entgegengesetzt zu ihrem oberen
Rand weist die Regelungshülse 423 einen Sockelabschnitt 53 (16)
mit größerem Außendurchmesser auf. Dieser
Sockelabschnitt 53 wirkt mit dem Schulterabschnitt 42 (13)
der Durchgangsbohrung 41 des Gehäuses zusammen,
um bei montiertem Zustand die Regelungshülse 423 axial
innerhalb der Durchgangsbohrung 41 zu fixieren.
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Die 18 und 19 zeigen
eine vereinfachte prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen
Druckregelventils. Die 20 und 21 zeigen
ein herkömmliches Ventil nach Art eines Sitz- bzw. Schieberventils.
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In
den 18 und 19 ist
ein Ventilkolben 22 innerhalb eines Ventilsitzes 23 geführt.
In der Darstellung von 18 ist an einer Innenumfangsfläche
des Ventilsitzes eine Aussparung 29 ausgebildet, die in
einer Richtung entgegengesetzt zur Schließstellung des
Ventilkolbens 22 in ihrer Tiefe radial zur Längsachse
des Ventils progressiv zunimmt. Hieraus resultiert eine Kennlinie
K1 für diese Ausführungsform. Bei der Ausführungsform
gemäß 19 nimmt die
Tiefe dieser Nut in Form der Aussparung 29 dagegen linear
zu, woraus eine Kennlinie K2 resultiert. Es versteht sich, dass
entlang einer Innenumfangsfläche des Ventilsitzes eine
Mehrzahl von Aussparungen 29 vorgesehen sein kann, die
ebenfalls in ihrer Breite tangential zum Umfang des Ventilkolbens in
einer Richtung entgegengesetzt zur Schließstellung des
Ventilkolbens zunehmend ausgestaltet sein können. Bei beiden
Ausführungsformen gemäß der 19 bzw. 20 ist
der Kolben 22 durch eine Druckfeder 25 in Richtung
des Ventilsitzes 23 hinein vorgespannt.
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In 20 ist
ein herkömmliches Sitzventil gezeigt, bei dem ein Ventilkolben 60 mit
einer Sitzfläche 61 mittels einer Druckfeder 62 gegen
den Rand einer Durchgangsbohrung 63 eines Ventilsitzes 64 gedrückt
wird. In 20 ist mit P eine Druckseite
bezeichnet, und mit A ist eine Auslassseite zum Tank hin bezeichnet.
Falls der Ventilkolben 60 wie in 201 gezeigt
mit seiner Sitzfläche 61 auf dem Rand der Durchgangsbohrung 63 aufliegt,
ist eine Fluidverbindung zwischen der Druckseite P und der Auslassseite
A gesperrt. Das Sitzventil gemäß 20 weist
eine Kennlinie K3 auf.
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In 21 ist
ein weiteres herkömmliches Druckregelventil nach Art eines
Schieberventils prinzipiell vereinfacht dargestellt. Hierbei sind
in einem Gehäuse sowohl ein Druckanschluss P als auch ein Auslassanschluss
A ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses ist ein Ventilkolben 60 verschieblich
geführt, wobei dessen vordere Stirnseite als eine Steuerkante für
ein Versperren bzw. ein Öffnen einer Fluidverbindung zwischen
der Druckseite P und der Auslassseite A dient. In der Darstellung
gemäß 21 wird
der Kolben 60 durch eine Druckfeder 62 so weit
nach links in das Gehäuse hinein gedrückt, so
dass die vordere Stirnseite des Kolbens die Fluidverbindung sperrt.
Das Schieberventil gemäß 21 weist
eine Kennlinie K4 auf.
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Die
verschiedenen Kennlinien der Druckregelventile gemäß der 18 bis 21 sind
jeweils mit K1 bis K4 bezeichnet und in 22 in
einem Kennliniendiagramm dargestellt, mit einem Volumenstrom Q als
Funktion einer Verschiebung s des Kolbens bezüglich des
Ventilsitzes. Das Diagramm verdeutlicht bezüglich der Kennlinien
K3 und K4, dass bei den herkömmlichen Ventilen bereits
bei einer kleinen Verschiebung s des Kolbens 60 aus seiner Schließstellung
heraus eine verhältnismäßig große Zunahme
des Volumenstroms Q an Hydraulikflüssigkeit vorliegt. Demgegenüber
zeigen die Kennlinien K1 und K2 der erfindungsgemäßen
Ventile nur eine geringe Zunahme des Volumenstroms Q bei einer Verschiebung
S des Ventilkolbens 22 vor, woraus eine präzisere
Regelung der Fluidverbindung zwischen Einlass- und Auslasskanal
möglich ist. Der unterschiedliche Verlauf der Kennlinien
K1 und K2 gegenüber den Kennlinien K3 und K4 resultiert
allein aus der unterschiedlichen Ausgestaltung der Wechselwirkung
des Ventilkolbens mit seinem Ventilsitz und ist ungeachtet eines
möglichen Antriebs des Ventilkolbens oder einer Selbstregulierung
des Ventilkolbens zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4107695
A1 [0004]
- - DE 3925362 A1 [0005]