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Die Erfindung geht aus von einem Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung eines Primärdrucks auf einen Sekundärdruck gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Druckbegrenzungsventil ist beispielsweise aus dem Deutschen Gebrauchsmuster
DE 93 14 120 U1 bekannt. Solche Druckbegrenzungsventile dienen bei Schienenfahrzeugen beispielsweise dazu, einen zuströmenden Druck (Primärdruck), beispielsweise einen Steuerdruck C
V auf eine bestimmte Druckhöhe (Sekundärdruck) zu reduzieren oder einzustellen. Durch Veränderung der Position des Stützkörpers in Stellrichtung kann die Vorspannung der Feder und damit auch die Höhe des Sekundärdrucks eingestellt werden. Diese Position wird bei in Schienenfahrzeugen eingesetzten Druckbegrenzungsventilen in der Regel dadurch verändert, dass zwischen den die Druckfeder abstützenden Stützkörper und eine Gehäusewand Scheiben unterschiedlicher Dicke eingelegt werden, so dass eine Verkürzung bzw. Längung der Druckfeder schließlich eine Änderung des Sekundärdrucks bewirkt.
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Bei Schienenfahrzeugen ist ein solches Druckbegrenzungsventil in der Regel Teil einer Ventilanordnung und in einem andere Ventile bzw. Aggregate wie Mindestdruckbegrenzer oder Dreidruckventil enthaltenden gemeinsamen Gehäuse verbaut. Im Rahmen einer Vormontage dieser Ventilanordnung wird der Sekundärdruck des Druckbegrenzungsventils durch eine Scheibe bestimmter Dicke voreingestellt und dann der Sekundärdruck im zusammengebauten Zustand gemessen. Für eine in der Regel dann fällige Korrektur des Sekundärdrucks muss die Ventilanordnung zumindest teilweise demontiert, eine Scheibe anderer Dicke bzw. weitere Scheiben zwischen den Stützkörper und die Gehäusewand eingelegt werden und die Ventileinrichtung schließlich wieder montiert werden, was mit einem gewissen Arbeits- und Kostenaufwand verbunden ist.
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Aus
DE 30 34 832 A1 ist ein lastabhängig einstellbarer Bremskraftregler bekannt. Dort wird ein Steuerkolben von einer Reglerfeder untergriffen, deren Vorspannung über eine Buchse von einem lastabhängig verdrehbaren Nocken veränderbar ist. Die Verstellung des Nockens erfolgt automatisch lastabhängig.
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DE 33 44 839 C2 offenbart ebenfalls einen lastabhängig einstellbaren Bremskraftregler mit einem Ventilstößel, dessen axiale Stellung durch einen Nocken automatisch lastabhängig veränderbar ist, um einen bestimmten Anteil einer Reaktionsfläche eines Bremsdruck-Regelkolbens an gehäusefesten Rippen abzustützen.
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US 1,457,544 A offenbart ein Überdruckventil, bei dem eine Kugel mittels einer Spannfeder gegen einen Ventilsitz gedrängt ist, wobei die Vorspannung der Spannfeder mittels eines Drehstifts veränderbar ist, der einerseits in einem axial verschieblichen Lagerbock drehbar gelagert ist, an dem sich die Spannfeder abstützt und der andererseits mit seinen Stellflächen an einer Stellschraube abgestützt ist. Bei einem druckbedingten Abheben der Kugel vom Ventilsitz entweicht das Druckmedium unkontrolliert in die Atmosphäre. Deshalb eignet sich ein solches Überdruckventil auch nicht dazu, einen zuströmenden Primärdruck auf einen abströmenden und auch weiterhin zu nutzenden Sekundärdruck zu begrenzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil, welches einen Primärdruck auf einen zu nutzenden Sekundärdruck einstellt derart weiter zu entwickeln, dass eine individuelle Einstellung des Sekundärdrucks von außen her auf einfache Weise und mit hoher Sicherheit erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung basiert auf einem Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung eines Primärdrucks auf einen Sekundärdruck, das in einem gegebenenfalls weitere Aggregate oder Ventile aufnehmenden Gehäuse untergebracht ist, beinhaltend wenigstens einen durch eine Druckfeder vorgespannten Arbeitskolben, welcher einerseits durch den Primärdruck und andererseits durch den Sekundärdruck belastet ist und mit einem Ventilsitz derart zusammenwirkt, dass in einer Durchgangsstellung eine Primärdruckseite mit einer Sekundärdruckseite in Strömungsverbindung bringbar und diese Strömungsverbindung in einer Sperrstellung unterbrochen ist, wobei die Druckfeder an einem Stützkörper abgestützt ist, dessen Position mittels einer Stelleinrichtung in einer Stellrichtung einstellbar ist, um die Vorspannung der Druckfeder zu verändern, wobei die Stelleinrichtung ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes Stellorgan mit einer senkrecht zur Stellrichtung angeordneten Mittelachse beinhaltet, das von einer Außenseite des Gehäuses her drehbetätigbar ist, wobei eine Einrichtung zur Wandelung der Drehbewegung des Stellorgans in eine Translationsbewegung des Stützkörpers in Stellrichtung vorgesehen ist, wobei das Stellorgan einen Stellabschnitt mit einer Stellkurve beinhaltet, gegen welche durch die Federkraft der Druckfeder eine Stützfläche des Stützkörpers gespannt ist und mit ihr derart zusammenwirkt, dass abhängig von der Drehstellung des Stellorgans unterschiedliche Positionen des Stützkörpers in Stellrichtung realisierbar sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Stellorgan einen in einer Bohrung des Gehäuses drehbar gelagerten Stift beinhaltet, wobei das stützflächenseitige Ende des Stifts einen Bund mit erweitertem Querschnitt aufweist, welcher als Axialsicherung die Stützfläche des Stützkörpers hintergreift, und wobei das andere Ende des Stifts eine Angriffsfläche für ein Werkzeug aufweist, und wobei der Stift in der Bohrung derart axial versenkt gelagert ist, dass diese durch eine Dichtung verschließbar ist, und wobei in einer radial äußeren Ringnut des Stifts eine Dichtung in Form eines O-Rings gehalten ist, der gegen eine radial innere Umfangsfläche der Bohrung dichtet.
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Hierdurch kann die Vorspannung der Druckfeder von außerhalb des Gehäuses auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass das Stellorgan verdreht wird, wobei durch die Drehrichtung festgelegt wird, ob der Sekundärdruck höher oder niedriger eingestellt wird. Hierzu ist insbesondere keine Demontage des Gehäuses notwendig.
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Die Wandelung der Stellbewegung des Stellorgans in eine Translationsbewegung des Stützkörpers ist daher dadurch realisiert, dass das Stellorgan einen Stellabschnitt mit einer Stellkurve aufweist, gegen welche durch die Federkraft der Druckfeder eine Stützfläche des Stützkörpers gespannt ist und mit ihr derart zusammenwirkt, dass abhängig von der Drehstellung des Stellorgans unterschiedliche Positionen des Stützkörpers in Stellrichtung realisierbar sind. Eine solche Stellkurve kann je nach gewünschter Stellcharakteristik beliebig ausgeführt sein und beispielsweise durch einen Nocken gebildet werden.
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Da das stützflächenseitige Ende des Stifts einen erweiterten Querschnitt aufweisen, welcher als Axialsicherung die Stützfläche des Stützkörpers hintergreift, kann dieser aus der Bohrung nicht herausgezogen werden.
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Zur Drehbetätigung weist das andere Ende des Stifts eine Angriffsfläche für ein Werkzeug auf. Besonders bevorzugt soll die Angriffsfläche für ein diesem Zweck vorbehaltenes Spezialwerkzeug ausgebildet sein, um zu verhindern, dass der Sekundärdruck etwa durch Unbefugte verstellt wird.
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Um ein Eindringen von Schmutz in die Lagerung des Stifts im Gehäuse bzw. in das Druckbegrenzungsventil zu verhindern, ist der Stift in der Bohrung derart axial versenkt gelagert, dass diese durch eine Dichtung verschließbar ist, beispielsweise durch einen herausnehmbaren Gummistopfen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
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Bevorzugt beinhaltet die Stellkurve wenigstens zwei von der Mittelachse des Stifts mit unterschiedlichem Abstand angeordnete ebene Stellflächen, derart, dass abhängig von der Drehlage des Stifts eine jeweils andere Stellfläche an der Gegenfläche zur Anlage kommt. Diese ebenen Stellflächen sind auf einfache Weise herstellbar, was die Kosten weiter senkt.
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Für ein Halten des Stifts in der Gehäusebohrung kann es weiterhin dienlich sein, wenn eine im Schwerpunkt angreifende Gewichtskraft des Stifts eine in Erdbeschleunigungsrichtung weisende Komponente aufweist. Dann trägt schon die Gewichtskraft des Stifts dazu bei, dass dieser nicht aus der Bohrung herausfällt.
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Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 eine Querschnittsdarstellung eines in einem Gehäuse aufgenommenen Druckbegrenzungsventils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwirklicht ist:
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2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II von 1 mit einem Stellstift;
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3 eine Einzeldarstellung des Stellstifts von 2;
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4 eine Querschnittsdarstellung des Stellstifts entlang der Linie IV-IV von 3.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist mit der Bezugszahl 1 ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet, wie es beispielsweise bei einer pneumatischen Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs dazu verwendet wird, einen zuströmenden Druck (Primärdruck), insbesondere einen Steuerdruck CV auf eine bestimmte Druckhöhe (Sekundärdruck) zu reduzieren oder einzustellen. Das Druckbegrenzungsventil 1 ist beispielsweise zusammen mit weiteren Ventilen einer Ventilanordnung wie einem Mindestdruckbegrenzungsventil in einem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht.
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In dem Gehäuse 2 befindet sich ein Arbeitskolben 4, welcher mit einer an einem Membranteller 6 anliegenden Membran 8 im Gehäuse 2 entlang einer Ventillängsachse 10 verschieblich gelagert ist. Ein in eine Gehäusebohrung eingesetzter Deckel 12 sorgt für eine Fixierung der Membran 8 im Gehäuse 2 und begrenzt andererseits eine erste Kammer 14, in welcher der einzustellende Sekundärdruck ansteht. Die erste Kammer 14 wird weiterhin von der Membran 8 begrenzt. Die Membran 8 trennt die erste Kammer 14 von einer zweiten Kammer 16, die über einen Gehäusekanal 18 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und weiterhin von einer im Gehäuse 2 gehaltenen Querwand 20 mit einer Durchgangsöffnung begrenzt wird, durch welche eine Kolbenstange 22 des Arbeitskolbens 4 dichtend ragt. An der Kolbenstange 22 ist ein trichterförmiger Federteller 24 gehalten, gegen welchen sich eine Druckfeder 26 mit ihrem einen Ende abstützt, welche mit ihrem anderen Ende gegen einen Stützkörper in Form eines vorzugsweise ringförmigen Federtopfes 28 spannt.
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Der Federtopf 28 ist mit seiner radial äußeren Umfangsfläche in einer Sacklochbohrung eines Gehäusebodens 30 entlang der Ventillängsachse 10 um ein gewisses Maß verschieblich geführt, um die auf den Federteller 24 und damit auf den Arbeitskolben 4 ausgeübte Federkraft einzustellen. Des weiteren umschließt der Federtopf 28 eine in den Gehäuseboden 30 eingesetzte Ventilbuchse 32 mit seiner radial inneren Umfangsfläche derart, dass er gleichzeitig an ihr längsverschieblich geführt wird.
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An einer Stirnfläche eines beispielsweise im Durchmesser erweiterten Ventilkörperabschnitts 34 der Kolbenstange 22, an welchem auch ein Ende des trichterförmigen Federtellers 24 gehalten ist, ist ein Ventilkörper 36 ausgebildet, welcher mit der Ventilbuchse 32 als Ventilsitz zusammenwirkt. Im vorliegenden Fall wird der Ventilkörper 36 beispielsweise auch einen am Ventilkörperabschnitt 34 gehaltenen Ventildichtring aus Gummi gebildet.
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Nicht zuletzt ragt die Kolbenstange 22 in die Durchgangsöffnung der Ventilbuchse 32 hinein, wobei sie mit einer entlang der Ventillängsachse 10 verlaufenden Strömungskanal 38 versehen ist, welcher die erste Kammer 14 mit einer Druckableitung 40 oder Sekundärseite verbindet, an welcher der Sekundärdruck ansteht. Seitlich, d. h. senkrecht zur Ventillängsachse 10 ist eine Druckzuleitung 42 in Form einer Gehäuseöffnung vorhanden, welche den auf der Primärseite 40 herrschenden Primärdruck in eine dritte Kammer 44 heranführt, in welcher sich der Federteller 24 und der Ventilkörperabschnitt 34 des Arbeitskolbens 4 befinden.
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In das Druckbegrenzungsventil 1 ist weiterhin ein Rückschlagventil 46 integriert, das beispielsweise aus einem flexiblen Dichtring 48 besteht, welcher vorspannungsbedingt gegen Mündungen von mehreren aus dem zentralen Strömungskanal 38 radial abzweigenden Ringkanälen 50 dichtet. Bei gleichem Druck in der Druckzuleitung 42 und in der Druckableitung 40, also bei identischem Primär- und Sekundärdruck bleibt das Rückschlagventil 46 infolge der Vorspannung des Dichtrings 48 geschlossen. Erst wenn der Sekundärdruck im Strömungskanal 38 die Anpresskraft des vorgespannten Dichtrings 48 übersteigt, öffnet sich das Rückschlagventil 46 und es kann ein Druckausgleich stattfinden.
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Der Ventildichtring 36 und der Ventilsitz 32 bilden die Grenze zwischen Primär- und Sekundärseite 42, 40. Über die axiale Lage des Federtopfes 28 kann die Spannung der Druckfeder 26 auf den Arbeitskolben 4 und damit die Höhe des Sekundärdrucks eingestellt werden.
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Solange auf der Sekundärseite 40 der eingestellte Höchstdruck noch nicht erreicht ist, drückt die Druckfeder 26 den Arbeitskolben 4 in 1 nach oben. In dieser Durchgangsstellung des Druckbegrenzungsventils 1, in welcher der Ventildichtring 36 vom Ventilsitz an der Ventilbuchse 32 abgehoben ist, steht die Primärseite 42 mit der Sekundärseite 40 in Strömungsverbindung, so dass unter der Annahme, dass der Primärdruck größer als der Sekundärdruck ist, Letzterer ansteigt. Auf der Sekundärseite 40 baut sich nach einer Weile in der ersten Kammer 14 ein Druck auf, der den Arbeitskolben 4 in 1 nach unten schiebt, nachdem er die Kraft der Druckfeder 26 überwunden hat. Die Bewegung nach unten hält solange an, bis der Ventildichtring 36 am Ventilsitz der Ventilbuchse 32 anliegt und damit die Sekundärseite 40 von der Primärseite 42 getrennt ist. Dadurch kann keine Druckluft mehr zur Sekundärseite 40 strömen, so dass auf der Sekundärseite 40 der eingestellte Höchstdruck erreicht ist. In diesem Fall herrscht Gleichgewicht zwischen Kolbenkraft und Federkraft. Eine Änderung des Primärdrucks ist daher ohne Wirkung auf die Höhe des Sekundärdrucks, solange der Primärdruck größer als der Sekundärdruck ist. Sinkt der Primärdruck unter den Sekundärdruck, dann strömt die Druckluft von der Sekundärseite über das dann geöffnete Rückschlagventil 46 zur Primärseite.
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Eine Erhöhung der Federvorspannung der Druckfeder 26 über eine geänderte axiale Position des Federtopfes 28 führt zu einem höheren Sekundärdruck, eine Verringerung der Federvorspannung zu einem niedrigeren Sekundärdruck. Eine Änderung der Vorspannung der Druckfeder 26 wird im vorliegenden Fall durch eine Änderung der axialen Position des Federtopfes 28 bewirkt, an welchem sich die Druckfeder 26 mit ihrem einen Ende abstützt.
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Vor diesem Hintergrund ist eine Stelleinrichtung 52 zur Änderung der Federvorspannung vorgesehen, welche ein in dem Gehäuse 2 drehbar gelagertes Stellorgan 54 mit einer senkrecht zur Stellrichtung der Druckfeder 26, d. h. senkrecht zur Druckfeder 26 angeordneten Mittelachse 56 beinhaltet, das von einer Außenseite des Gehäuses 2 her drehbetätigbar ist. Zusätzlich ist eine Einrichtung zur Wandelung der Drehbewegung des Stellorgans 54 in eine Translationsbewegung des Federtopfes 28 in Stellrichtung vorgesehen ist. Das Stellorgan wird bevorzugt durch einen in einer sich vom Federtopf 28 bis zu einer Oberfläche des Gehäuses 2 erstreckenden Gehäusebohrung 58 drehbar gelagerten Stellstift 54 gebildet, welcher am besten in 2 zu sehen ist.
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Die Wandelung der Stellbewegung des Stellstifts 54 in eine Translationsbewegung des Federtopfes 28 wird besonders bevorzugt dadurch realisiert, dass der Stellstift 54 einen Stellabschnitt mit einer Stellkurve 60, 62, 64, 66 aufweist, gegen welche durch die Federkraft der Druckfeder 26 eine Stützfläche 68 des Federtopfes 28 gespannt ist und mit ihr derart zusammenwirkt, dass abhängig von der Drehstellung des Stellstifts 54 unterschiedliche axiale Positionen des Federtopfes 28 realisierbar sind. Eine solche Stellkurve kann je nach gewünschter Stellcharakteristik beliebig ausgeführt sein und beispielsweise durch einen Nocken gebildet werden.
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Bevorzugt beinhaltet die Stellkurve vier von der Mittelachse des Stellstifts 54 mit unterschiedlichem Abstand angeordnete ebene Stellflächen 60, 62, 64, 66, derart, dass abhängig von der Drehlage des Stellstifts 54 eine jeweils andere Stellfläche 60, 62, 64, 66 an der Stützfläche 68 zur Anlage kommt, wie insbesondere 4 veranschaulicht. Hierdurch wird der Federtopf 28 in eine jeweils andere axiale Position verschoben und die Druckfeder 26 entsprechend vorgespannt.
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Dabei kann der Stellstift 54 in dem Gehäuse 2 derart lösbar gelagert sein, dass er durch Herausziehen aus der Gehäusebohrung 58 gegen einen Stellstift 54 mit einer anderen Stellkurve auswechselbar ist. Auf diese Weise kann auch die Stellcharakteristik in Bezug auf den Sekundärdruck ohne Demontage des Gehäuses 2 verändert werden.
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Bevorzugt weist das stützflächenseitige Ende des Stellstifts 54 jedoch einen erweiterten Querschnitt in Form eines Bundes 70 auf, welcher als Axialsicherung die Stützfläche 68 des Federtopfes 28 hintergreift, so dass dieser aus der Gehäusebohrung 58 nicht herausgezogen werden kann.
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Für ein Halten des Stellstifts 54 in der Gehäusebohrung 58 kann es weiterhin dienlich sein, wenn eine im Schwerpunkt angreifende Gewichtskraft des Stellstifts 54 eine in Erdbeschleunigungsrichtung weisende Komponente aufweist. Dann trägt schon die Gewichtskraft des Stellstifts 54 dazu bei, dass dieser nicht aus der Gehäusebohrung 58 herausfällt. Im vorliegenden Fall weist der Stellstift 54 in Bezug zur Erdbeschleunigungsrichtung Schräglage auf, so dass dieses Kriterium erfüllt ist.
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Zur Drehbetätigung weist das andere Ende des Stellstifts 54 eine Angriffsfläche 72 für ein Werkzeug auf. Diese Angriffsfläche ist beispielsweise für ein diesem Zweck vorbehaltenes Spezialwerkzeug ausgebildet, um zu verhindern, dass der Sekundärdruck etwa durch Unbefugte verstellt wird.
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Um ein Eindringen von Schmutz in die Gehäusebohrung 58 bzw. in das Druckbegrenzungsventil 1 zu verhindern, kann der Stellstift 54 in der Bohrung 58 derart axial versenkt gelagert sein, dass diese durch eine Dichtung verschließbar ist, beispielsweise durch einen herausnehmbaren Gummistopfen. Weiterhin kann in einer radial äußeren Ringnut des Stellstifts 54 eine Dichtung vorzugsweise in Form eines O-Rings 74 gehalten sein, der gegen die radial innere Umfangsfläche der Gehäusebohrung 58 dichtet. Dieser O-Ring 74 sorgt dann zum einen dafür, dass von außen kein Schmutz in die Gehäusebohrung 58 eindringen kann. Zum andern dichtet er den unterhalb des Federtopfes 28 wirkenden Vorratsdruck gegen die Umgebung ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckbegrenzungsventil
- 2
- Gehäuse
- 4
- Arbeitskolben
- 6
- Membranteller
- 8
- Membran
- 10
- Ventillängsachse
- 12
- Deckel
- 14
- erste Kammer
- 16
- zweite Kammer
- 18
- Gehäusekanal
- 20
- Querwand
- 22
- Kolbenstange
- 24
- Federteller
- 26
- Druckfeder
- 28
- Federtopf
- 30
- Gehäuseboden
- 32
- Ventilbuchse
- 34
- Ventilkörperabschnitt
- 36
- Ventilkörper
- 38
- Strömungskanal
- 40
- Druckableitung
- 42
- Druckzuleitung
- 44
- dritte Kammer
- 46
- Rückschlagventil
- 48
- Dichtring
- 50
- Ringkanäle
- 52
- Stelleinrichtung
- 54
- Stellstift
- 56
- Mittelachse
- 58
- Gehäusebohrung
- 60
- Stellkurve
- 62
- Stellkurve
- 64
- Stellkurve
- 66
- Stellkurve
- 68
- Stützfläche
- 70
- Bund
- 72
- Angriffsfläche
- 74
- O-Ring
