DE102008019743A1

DE102008019743A1 - Druckreduzier-Sitzventil und Spannschaltung

Info

Publication number: DE102008019743A1
Application number: DE102008019743A
Authority: DE
Inventors: Peter Lauer; Steffen Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-19
Filing date: 2008-04-19
Publication date: 2009-10-22
Also published as: WO2009127403A2; WO2009127403A3

Abstract

Erfindungsgemäß werden ein Druckreduziersitzventil und Spannschaltungen mit diesem vorgesehen. Durch das Druckreduzierventil in Sitzbauweise ist Druckmittel aus einem Versorgungsanschluss einem Verbraucheranschluss mit einem vorgebbaren Druck zuführbar. Das Druckreduzierventil hat einen Ventilkolben, der gegenüber einer gehäusefest angeordneten Sitzfläche beweglich ist und der eine erste Steuerfläche besitzt, an der er mit dem Druck im Verbraucheranschluss im Sinne einer Schließbewegung gegen die Sitzfläche beaufschlagt ist und der durch eine Regelfeder im Sinne einer Öffnungsbewegung beaufschlagt ist, wobei der Ventilkolben durch eine dem Druck im Versorgungsanschluss ausgesetzte zweite Steuerfläche im Sinne der Schließbewegung beaufschlagt ist. In ein derartiges Sitzventil können die Druckbegrenzungsfunktion und ein Rückschlagventil für eine Voröffnung der Druckmittelverbindung zwischen dem Sekundärdruck und dem Primärdruck integriert sein. Eine erfindungsgemäße Spannschaltung mit derartigen Druckreduzierventilen und einem Wegesitzventil ermöglicht, die hydraulische Verlustleistung zu minimieren und den Aufwand bei veränderlichen Spanndrücken zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckreduzier-Sitzventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Spannschaltung mit zumindest einem derartigen Ventil. Derartige Spanschaltungen werden hauptsächlich bei spanenden Werkzeugmaschinen für das leckölarme Spannen von Werkzeugen und Werkstücken eingesetzt.
Aus der Druckschrift US 2,687,743 ist ein 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil mit Druckbegrenzungsfunktion bekannt, bei dem die Druckmittelverbindung zwischen einem Primär- und einem Sekundäranschluss in der federvorgespannten Grundstellung geöffnet ist und bei zunehmendem Druck am Sekundäranschluss aufgrund der höheren Druckfläche die Sitzdichtung schließt. Der Raum um die Spannfeder ist zum Tank hin entlastet. Von Nachteil ist bei einer derartigen Lösung das Auftreten hoher Reibungskräfte aufgrund von zwei Druckreduzier-Kolben-Dichtungen und relativ große Dichtungsdurchmesser. Dieses hat unter dem Gesichtspunkt des Ansprechverhaltens negative Auswirkungen auf die Druck-Volumenstrom-Kennlinie.
Aus der EP 0 955 471 ist ein 2-Wege-Druckreduzierventil bekannt, bei dem eine Vielzahl an beweglichen Teilen mit entsprechenden Reibungskräften vorliegt. Dabei wird durch einen Stößel eine Druckmittelverbindung zwischen einer Ausnehmung und einer Ventilkugel solange offen gehalten, wie der auf den Stößel wirkende Sekundärdruck unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.
Neben einer Druckbegrenzungsfunktion können in Druckreduzierventilen nach dem Stand der Technik Rückschlagventile eingebaut sein, wie es in der US 5,931,182 beschrieben ist, damit bei einem Abschalten der Hydraulikpumpe der Druck am Sekundäranschluss zum Primäranschluss hin entlastet werden kann und auf diese Weise die geöffnete Stellung des Druckreduzierventils wiederherstellbar ist.
Die US 6,581,628 ist auf ein Druckreduzierventil gerichtet, bei der eine Kammer für den Sekundärdruck zwischen einer die Feder aufnehmenden Gehäusehülse und einem Ventileinsatz gebildet ist.
Bei 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventilen aus dem Stand der Technik ist es wünschenswert, dass die Druckbegrenzungsfunktion und die Rückschlagventilfunktion im Sitzventil vereint werden, um Komponenten für diese Ventilfunktionen zu sparen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Druckreduzier-Sitzventil bei kompakter und einfacher Bauweise und hoher erreichbarer Dichtheit, sowie eine Spannschaltung mit derartigen Druckreduzier-Sitzventilen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Druckreduzier-Sitzventil gemäß Anspruch 1 und Spannschaltungen gemäß den Ansprüchen 14, 25 und 21 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Druckreduzierventil in Sitzbauweise vorgesehen, durch welches Druckmittel aus einem Versorgungsanschluss einem Verbraucheranschluss mit einem vorgebbaren Druck zuführbar ist, mit einem Ventilkolben, der gegenüber einer gehäusefest angeordneten Sitzfläche beweglich ist und der eine erste Steuerfläche besitzt, an der er mit dem Druck im Verbraucheranschluss im Sinne einer Schließbewegung gegen die Sitzfläche beaufschlagt ist und der durch eine Regelfeder im Sinne einer Öffnungsbewegung beaufschlagt ist, wobei der Ventilkolben durch eine dem Druck im Versorgungsanschluss ausgesetzte zweite Steuerfläche im Sinne der Schließbewegung beaufschlagt ist. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte, einfache und billige Bauweise bei hoher erreichbarer Dichtheit, bei großen realisierbaren Mengen und bei guten p-Q-Kennlinien-Bedingungen und Reibungsarmut umsetzen.
Es wird bevorzugt, dass die zweite Steuerfläche eine Stirnfläche an einer Stufe in der Außenkontur des Ventilkolbens aufweist. Somit lässt sich der konstruktive Aufwand zum Vorsehen der zweiten Steuerfläche gering halten.
Vorzugsweise ist der Ventilkolben aus zwei jeweils einen Teilaxialabschnitt des Ventilkolbens bildenden Ventilkolbenbauteilen zusammengefügt, wodurch Reibkräfte durch Dichtungen, die sich negativ auf die p-Q-Kennlinie auswirken, entfallen und eine einfache Montage erzielbar ist.
In einer Weiterbildung weist die zweite Steuerfläche eine Bodenfläche oder eine axial ausgerichtete Stufenfläche einer Bohrung des Ventilkolbens auf. Damit lassen sich eine Dichtheit am Ventilsitz und die Druckerhaltung im Verbraucheranschluss bei einer kompakten Gestaltung umsetzen.
Bei einem derartigen Druckreduzierventil kann durch die Bohrung des Ventilkolbens und mittels eines an einem Ventilgehäuse abgestützten Stifts ein Druckraum ausgebildet werden, welcher über einen Kanal mit dem Versorgungsanschluss verbunden ist, so dass die zusätzliche Schließkraft bei kleinen Dichtungsdurchmessern realisierbar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Druckraum über ein zum Druckraum hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Verbraucheranschluss verbunden sein, so dass ein schnelles Entlasten und Öffnen der Druckmittelverbindung zwischen dem Verbraucheranschluss und dem Versorgungsanschluss ermöglicht wird.
Das Rückschlagventil kann durch einen im Stift ausgebildeten Kanal und ein an einer druckraumseitigen Mündung des Kanals zur Auflage bringbares Schließglied gebildet sein. Auf diese Weise lässt sich eine einfache und billige Bauweise unter Umsetzung der Rückschlagfunktion realisieren.
Zwischen dem Ventilkolben und der Regelfeder kann ein Entlastungskolben vorgesehen sein, durch den ein Querschnitt zwischen dem Verbraucheranschluss und einem Entlastungsanschluss aufsteuerbar ist, so dass eine Druckbegrenzung am Verbraucheranschluss mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand vorgenommen wird.
Zwischen dem Ventilkolben und dem Entlastungskolben kann bei Anlage des Entlastungskolbens am Ventilkolben ein Druckraum ausgebildet sein, welcher durch einen Kanal mit dem Verbraucheranschluss verbunden ist. Eine dritte Steuerfläche, an welcher der Entlastungskolben mit einer fluidstatischen Kraft entgegen der Regelfeder beaufschlagt ist, kann kleiner als die erste Steuerfläche sein. Auf diese Weise kann eine Begrenzung des Druckanstiegs am Verbraucheranschluss entsprechend dem Flächenverhältnis von erster Steuerfläche und dritter Steuerfläche umgesetzt werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Ventilkolben und der Regelfeder bzw. zwischen dem Entlastungskolben und der Regelfeder ein Federteller oder eine Aufnahmehülse für einen Endabschnitt der Feder angeordnet ist, so dass eine Führung der Feder mit dem Vorteil einer erhöhten Funktionssicherheit erhalten wird.
Durch einen elektrischer Schalter kann eine Anlage des Ventilkolbens auf der Sitzfläche festgestellt werden, so dass ein erreichter Arbeitsdruck sofort erfassbar und somit ein verbessertes Ansprechverhalten erzielbar ist.
Der Schalter kann durch den Entlastungskolben, durch den Federteller oder durch die Aufnahmehülse betätigt werden, so dass kein erhöhter Bauraum aufgrund des vorgesehenen Schalters notwendig ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass an einem Bauteil, an welchem sich die Regelfeder abstützt, – insbesondere an dem Entlastungskolben, an dem Federteller bzw. an der Aufnahmehülse – auf einer der Feder abgewandten Seite eine abgerundete Aufstandsfläche ausgebildet ist, insbesondere durch einen kalottenförmiger Abschnitt oder einen kugelsegmentartigen Vorsprung. Auf diese Weise kann auch bei federbedingter Schieflage ein mittiges Angreifen der Federkraft am Ventilkolben realisiert werden.
Bei einer hydraulische Spannschaltung mit einem hydraulischen Aktuator (im Folgenden auch als Verbraucher bezeichnet) und mit einem Druckreduzierventil wie vorstehend genannt, kann der Druck eines dem Aktuator zugeführten Druckmittels eingestellt und zuverlässig gehalten werden, wodurch sich Druckbegrenzung- und Rückschlagventilkomponenten in Ventilblöcken reduzieren lassen.
Eine erfindungsgemäße Spannschaltung kann ein 3-Wege-Druckreduzierventil im Vorlauf zu einem Verbraucher und ein 3-Wege-Druckreduzierventil im Rücklauf von dem Verbraucher haben, wodurch der Spann- und der Entspanndruck unabhängig voneinander eingestellt werden können.
In einer Weiterbildung sind die 3-Wege-Druckreduzierventile in einem jeweiligen Druckmittelpfad zwischen einem Wegeventil und dem Verbraucher angeordnet, wodurch sich die hydraulische Verlustleistung minimieren und der Aufwand bei veränderlichen Spanndrücken reduzieren lässt.
Der Druck im Vorlauf kann unabhängig vom Druck im Rücklauf einstellbar sein, um konkreten Prozessbedingungen besser Rechnung tragen zu können.
In die Druckreduzierventile kann Rückschlagventilfunktion integriert sein, so dass eine Vorsteuerung zum schnelleren Entlasten des Sekundäranschlusses zum Primäranschluss hin ermöglicht wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgen die Spanndruckverstellung der Druckreduzierventile und die Einstellung der Drucküberwachung für den Vorlauf und Rücklauf getrennt, so dass Druckänderungen im Druckmittelpfad zwischen Druckreduzierventil und Drucküberwachung für den Vorlauf und den Rücklauf Rechnung gemessen werden können.
Der Druck im Vorlauf und der Druck im Rücklauf sind vorzugsweise mit jeweils einem in die Druckreduzierventile integrierten Grenzwerttaster überwachbar, so dass auf zusätzliche Druckschalter am Ventilblock verzichtet werden kann.
Eine erfindungsgemäße Spannschaltung kann auch nur ein 3-Wege-Druckreduzierventil aufweisen, um den gerätetechnischen Aufwand zu verringern.
Dieses 3-Wege-Druckreduzierventil ist bevorzugt einem einen Verbraucher mit Druckmittel versorgenden Wegeventil vorgeschaltet, so dass der Druck in beliebigen Verbraucheranschlüssen mit nur einem Druckreduzierventil regelbar ist.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand schematischer Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1A eine Schnittansicht eines Sitzventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
1B den rechten Teilschnitt durch eine Abwandlung des Sitzventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
2A einen linken Teilschnitt durch ein Sitzventil entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,
2B einen rechten Teilschnitt einer Abwandlung des Sitzventils entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,
2C einen linken Teilschnitt durch eine zweite Abwandlung des Sitzventils entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,
2D einen rechten Teilschnitt durch eine dritte Abwandlung des Sitzventils entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,
3A einen linken Teilschnitt durch ein Sitzventil entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel,
3B einen rechten Teilschnitt durch eine Abwandlung des Sitzventils entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel,
4A einen linken Teilschnitt durch ein Sitzventil eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
4B einen rechten Teilschnitt durch eine Abwandlung des Sitzventils des vierten Ausführungsbeispiels,
5A einen linken Teilschnitt durch ein Sitzventil entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5B einen rechten Teilschnitt durch eine Abwandlung eines Sitzventils entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel,
6 eine Spannschaltung mit zwei Sitzventilen entsprechend der vorliegenden Erfindung,
7 eine erste Abwandlung der Spannschaltung mit zwei Sitzventilen entsprechend der vorliegenden Erfindung und
8 eine zweite Abwandlung der Spannschaltung mit einem Sitzventil entsprechend der vorliegenden Erfindung.
In 1A ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventils 1 dargestellt.
Das Sitzventil ist in einer Grundausnehmung 2 ausgebildet, die einen federseitigen Ausnehmungsabschnitt 4 mit einem Radius R1, einen zurückgestuften Abschnitt 6, an dem sich ein Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 8 mit einem Radius R2 an schließt, und einen bodenseitigen Ausnehmungsabschnitt 10 mit einem Radius R3 aufweist. Der Radius R3 des Ausnehmungsabschnitts 10 ist größer als der Radius R2 des Aufnahmeabschnitts 8 und kleiner als der Radius R1 des Ausnehmungsabschnitts 4.
Benachbart zum zurückgestuften Abschnitt 6 mündet in den Ausnehmungsabschnitt 4 ein Tankkanal 12. In den Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 8 mündet radial ein Primärdruckkanal 14 zu einem Versorgungsanschluss P und in den bodenseitigen Ausnehmungsabschnitt 10 mündet radial ein Sekundärdruckkanal 16 zu einem Verbraucheranschluss A. In den Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 8 und den bodenseitigen Ausnehmungsabschnitt 10 ist ein Ventilkolben 18 eingebracht, der einen in dem Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 8 verlaufenden Schaftabschnitt 20 und einen im bodenseitigen Ausnehmungsabschnitt 20 befindlichen Kolbenabschnitt 22 aufweist. Der Kolbenabschnitt 22 weist zur Bodenfläche 24 des bodenseitigen Ausnehmungsabschnitts 10 hin eine konische Fläche 26 und ringförmig angeordnete Vorsprünge 28 auf und bildet mit einer konisch verlaufenden Sitzfläche 30 bei Anlage mit einem Kolbensitz 32 am Übergangsabschnitt 9 zwischen dem Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 8 und dem bodenseitigen Ausnehmungsabschnitt 10 einen Ventilsitz aus.
Der Schaftabschnitt 20 des Ventilkolbens 18 weist benachbart zum Primärdruckkanal 14 eine Ringausnehmung 34 auf, durch die eine Druckmittelströmung vom Primärdruckkanal 14 über den durch die Sitzflächen 30 und den Kolbensitz 32 gebildeten Ventilsitz zum Sekundärdruckkanal 16 ermöglicht wird. An der Seite des Ventilkolbens 18, die zur Bodenfläche 24 der Grundausnehmung 2 weisenden Stirnfläche 36 des Ventilkolbens 18 entgegengesetzt angeordnet ist, ist eine ringförmige Vorwölbung 38 am Ventilkolben 18 vorgesehen, über die die Kraft einer Spannfeder 40, die an einer in 1A nicht dargestellten Verstelleinrichtung abgestützt ist, über einen Entlastungskolben 42 auf den Ventilkolben 18 wirkt.
Den in den 1A bis 3B gezeigten Ventilkolben entsprechend dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel und ihren Abwandlungen gemeinsam ist eine in einer Ausnehmung 44 des Ventilkolbens 18 ausgebildete zweite Steuerfläche, über die der Ventilkolben in Schließrichtung beaufschlagbar ist. Die Ausnehmung 44 steht über einen Primärkanal 48 mit dem Primärdruckkanal 14 in Druckmittelverbindung, so dass auf die zweite Steuerfläche im Wesentlichen der Druck im Primärdruckkanal wirkt. Die Ausnehmung 44 weist zur Stirnfläche 36 hin einen gestuften Abschnitt 50 auf, in den ein Hilfskolben eingebracht ist.
Dieser Hilfskolben ist entsprechend dem in 1A ersten Ausführungsbeispiel ein Stift 52 mit einem Schaftabschnitt 54, der durch entgegengesetzt angeordnete Kolbenabschnitte 56a, 56b begrenzt ist. Im Bereich des Schaftabschnitts 54 ist der Stift 52 mit einer Dichtung 58 versehen, die den Stift 52 gegenüber dem Ventilkolben 18 abdichtet. Die zur Bodenfläche 24 weisende Grundfläche 60 des Stifts 52 ist in einer solchen Weise ausgestaltet, dass auf diese der Druck im Sekundärdruckkanal 16 wirken kann. Somit kann über die Schließfläche 46 und eine Ringfläche am gestuften Abschnitt 50, die die zweite Steuerfläche bilden, eine Schließkraft auf den Ventilkolben 18 aufgebracht werden, die sich aus den Stirnflächeninhalt des Stifts 52 und der Druckdifferenz zwischen dem Primärdruck und dem Sekundärdruck ergibt.
Radial außerhalb des Stifts 52 verlaufen im Ventilkolben 18 Axialkanäle 62a, 62b, über die der vor der Stirnfläche 36 definierte Druckraum mit einem zwischen der ringförmigen Vorwölbung 38 und dem Entlastungskolben 42 definierten Druckraum 64 verbindbar ist. Durch Radialkanäle 66a, 66b stehen die Axialkanäle 62a, 62b mit dem Sekundärdruckkanal 16 in Druckmittelverbindung. Auf diese Weise ist der Druck an den entgegengesetzten Endabschnitten des Ventilkolbens 18 auf den Wert des Sekundärdrucks ausgeglichen. Der Entlastungskolben 42 weist zum Ventilkolben 18 hin einen kalottenförmigen Federtellerteil 68 auf, dessen Radius R5 den gleichen Mittelpunkt M wie der Radius R6 des an der Spannfeder abgestützten Führungsabschnitts 70 des Entlastungskolbens 42 hat. Der gemeinsame Mittelpunkt bei den Radien R5 und R6 ist dahingehend von Vorteil, dass die Führung und Zentrierung des kalottenförmigen Federtellerteils 68 auf der Vorwölbung 38 auch bei einer Schräglage des Entlastungskolbens 42 durch die Spannfeder 40 gewährleistet sind.
Wenn der Druck im Druckraum 64 einen vorbestimmten Wert überschreitet, der durch eine nicht gezeigte Verstelleinrichtung und die Federkraft der Spannfeder 40 definiert ist, hebt der kalottenförmige Federtellerteil 68 von der ringförmigen Vorwölbung 38 ab und führt somit eine Druckbegrenzung in Bezug auf den Druck im Sekundärdruckkanal 16 zum Tankkanal 12 hin aus. Mit dem erfindungsgemäßen 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil 1 entsprechend dem in 1A gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel kann über die Schließfläche 46 und die am gestuften Abschnitt 50 gebildete Ringfläche eine zusätzliche Druckbegrenzung bei Direktsteuerung umgesetzt werden. Gleichzeitig wird bei kompakter Bauweise des erfindungsgemäßen Druckreduzierventils eine Druckbegrenzungsfunktion umgesetzt und aufgrund der kleinen Anlagefläche der Dichtung 58 die Anforderung nach kleinen Reibungskräften für eine schnell ansprechende Druck-Volumen-Kennlinie umgesetzt.
Durch den auf die zweite Steuerfläche wirkenden Druck im Primärdruckkanal 14 wird die Schließbewegung aufgrund eines erhöhten Sekundärdrucks am Sekundärdruckkanal 16 zu einem früheren Zeitpunkt ausgeführt.
In 1B ist eine Abwandlung des Druckreduzier-Sitzventils entsprechend dem in 1A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Als einziger Unterschied ist als Hilfskolben statt des Stifts 52 eine Hülse 80 mit zugeordneter Kugel 82, die die Funktion eines Rückschlagventils erfüllen, vorgesehen. Die Hülse 80 weist radiale Ausnehmungen 81 aus, so dass benachbart zur Bodenfläche 24 auf diese der Druck im Sekundärdruckkanal 16 wirkt. In der Anlageposition zwischen dem Vorsprung 28 und der Bodenfläche 24 besteht zwischen der Stirnfläche 84 des gestuften Abschnitts 50 und der Stirnfläche 86 der Hülse 80 ein Abstand h, der bevorzugt kleiner als der Abstand s zwischen der Schließfläche 46 und der zu dieser weisenden Fläche der Kugel 82, wenn sich diese auf der Hülse 80 befindet, ist.
Mit einer derartigen Ausgestaltung können sowohl eine zusätzliche Druckbegrenzung vorgenommen werden als auch ein schnelles Öffnen der Druckmittelverbindung zwischen dem Sekundärdruckkanal 16 und dem Primärdruckkanal 14 umgesetzt werden. Der im Vergleich zum Abstand h größere Wert des Abstandes s ist notwendig, damit die Rückschlagventilfunktion auch dann abgesichert werden kann, wenn die Stirnfläche 86 der Hülse 80 an der Stirnfläche 84 anliegt.
Die zusätzliche Schließkraft über die Schließfläche 46 ist für eine Dichtheit an dem Kolbensitz 32 und damit für eine Druckerhaltung am Sekundärdruckkanal 16 erforderlich.
Bei der nachfolgenden Beschreibung des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels und ihrer Abwandlungen werden die Unterschiede zu der Ausgestaltung entsprechend dem in 1A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dargestellt.
Statt des Entlastungskolbens 42 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel kommt bei dem in 2A gezeigten zweite Ausführungsbeispiel eine Scheibe 90 als Druckbegrenzungselement hinzu, die über einen über eine Dichtung 92 abgedichteten Kolben 94 an einer Aufnahmehülse 96 abgestützt ist, über die ein Schalter 98, der in 2B dargestellt ist, geschaltet wird. Entsprechend dem Flächenverhältnis zwischen einer Fläche, die durch den Radius R2 definiert ist, und einer Fläche 99, die durch einen Radius R7, der sich zum Ventilsitz zwischen der ringförmigen Vorwölbung 38 und der Auflagefläche der Scheibe 90 erstreckt, definiert ist, wird der Druckanstieg im Sekundärdruckkanal 16 begrenzt. Der Schalter 98 dient zur Überwachung des reduzierten Drucks im Sekundärdruckkanal 16. Der Schalter 98 gibt ein elektrisches Signal ab, das über das Erreichen des Arbeitsdrucks informiert, wenn die Scheibe 90 von der ringförmigen Vorwölbung 38 abhebt.
Die sonstige Ausgestaltung beim zweiten Ausführungsbeispiel entspricht der des in 1A gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.
In 2B ist eine Abwandlung des Sitzventils entsprechend dem in 2A gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, in der statt des Stifts 52, der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Anwendung findet, eine Hülse 80 und eine Kugel 82 wie bei der Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels aus 1B zum Einsatz gelangen. Somit weist das Sitzventil entsprechend der Abwandlung aus 2B des zweiten Ausführungsbeispiels zusätzlich zur modifizierten Druckbegrenzungsfunktion die Möglichkeit eines schnellen Entlastens und Öffnens der Druckmittelverbindung zwischen dem Sekundärdruckkanal 16 und dem Primärdruckkanal 14 auf.
Die zweite Abwandlung in 2C des zweiten Ausführungsbeispiels und die dritte Abwandlung in 2D des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen im Wesentlichen den Ausgestaltungen entsprechend 2A und 2B, wobei auf den Kolben 94 mit Dichtung 92 verzichtet wurde und stattdessen eine Aufnahmehülse 100 mit erhöhter Dicke im Vergleich zur Scheibe 90 mit einem an einer Aufnahmehülse 102 ausgebildeten Kegel 104 in Anlage gelangt. Wie schon beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 2A ist auch bei den Abwandlungen entsprechend den 2C und 2D ein Schalter 98 vorgesehen, der beim Erreichen des Arbeitsdrucks ein elektrisches Signal abgibt.
Die 3A und 3B zeigen ein modifiziertes Druckreduzier-Sitzventil, bei dem im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel auf die Axialkanäle 62a, 62b des ersten Ausführungsbeispiels verzichtet wurde und der Entlastungskolben 42 lediglich als Federteller 120 dient, welcher auch bei verstärkter Schieflage mittig am Ventilkolben 118 angreift.
Der Ventilkolben 118 des dritten Ausführungsbeispiels weist Radialkanäle 66a, 66b, jedoch keine Druckmittelverbindung zwischen der Stirnfläche 36 des Ventilkolbens und dem durch die ringförmige Vorwölbung 38 eingeschlossenen Bereich am Ventilkolben 118 auf. Somit kann über den Ventilkolben 118 keine Druckbegrenzungsfunktion umgesetzt werden, jedoch kann eine zusätzliche Schließkraft aufgrund des Primärdrucks bei kleinen Dichtungen und einfacher Bauteilgestaltung realisiert werden.
Wie auch beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist der im federseitigen Ausnehmungsabschnitt 4 definierte Druckraum zum Tankkanal 12 hin entlastet. Der Federteller 120 weist mittig eine halbkugelartige Vorwölbung bzw. einen kugelsegmentartigen Vorsprung 122 auf, die/der mit dem Ventilkolben 118 in Anlage bringbar ist. Aufgrund der halbkugelförmigen Ausgestaltung mit einem Radius R8, der größer als die Höhe H der ringförmigen Vorwölbung 38 ist, kann selbst bei einer ungleichmäßigen Belastung des Federtellers 120, beispielsweise aufgrund einer Einstellung an der in den Figuren nicht gezeigten Versteileinrichtung eine mittige Beaufschlagung des Ventilkolbens 118 sichergestellt werden.
Von Vorteil ist bei der Ausgestaltung des Ventilkolbens 118 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel ferner, dass das Einbringen von Verbindungsbohrungen in Axialrichtung entfällt. Ferner verringert sich die Reibkraft des Entlastungskolbens 120 am Ventilkolben 118.
In 3B ist wiederum statt des Stifts 52 eine Hülse 80 mit aufgebrachter Kugel 82 vorgesehen. Die Funktion dieses Hilfskolbens mit Rückschlagfunktion ist die gleiche wie die des Hilfskolbens in den Abwandlungen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels.
Die Sitzventile entsprechend dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel aus den 4A bis 5B unterscheiden sich von denen des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels dadurch, dass ein unterer und ein oberer Ventilkolbenabschnitt als zwei Teilaxialabschnitte einen Ventilkolben in Form eines verschraubbaren Stufenkolbens bilden und der Sekundärdruck auf den Ventilkolben in seiner Axialrichtung wirkt.
Das in 4A dargestellte 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil 200 entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel weist eine Grundausnehmung 202 auf, die einen federseitigen Ausnehmungsabschnitt 204, einen zurückgestuften Abschnitt 206, einen Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 208, einen Übergangsabschnitt 209 mit einer Fase 209a und eine Sekundärdruckausnehmung 210 hat. Im Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 208 sind eine Einschnürung 208a und eine neben dieser angeordnete ringförmige Vorwölbung 208b ausgebildet.
In den federseitigen Ausnehmungsabschnitt 204 mündet benachbart zum zurückgestuften Abschnitt 206 ein Tankkanal 212. Ein Primärdruckkanal 214 mit im Vergleich zum ersten bis dritten Ausführungsbeispiel vergrößertem Durchmesser mündet radial in den Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 208 benachbart zum Übergangsabschnitt 209.
Der untere Ventilkolbenabschnitt 218 ist mit dem die Funktion des Stifts ausführenden oberen Ventilkolbenabschnitt 252 als ein verschraubbarer Ventilkolben ausgebildet. Der untere Ventilkolbenabschnitt 218 hat einen Schaftabschnitt 220, an den sich der in die Sekundärdruckausnehmung 210 erstreckende Kolbenabschnitt 222 anschließt. Der obere Ventilkolbenabschnitt 252 hat einen Schaftabschnitt 254, an den sich der Kolbenabschnitt 256 zum federseitigen Ausnehmungsabschnitt 204 weisend anschließt. In die Stirnfläche 236 des Kolbenabschnitts 222 des unteren Ventilkolbenabschnitts 218 und in die zum federseitigen Ausnehmungsabschnitt 204 weisenden Stirnfläche 234 des Kolbenabschnitts 256 des oberen Ventilkolbenabschnitts 252 sind jeweilige Innensechskante 224a, 224b eingebracht, über die die zweite Abschnitte des Ventilkolbens verschraubbar sind. Der Kolbenabschnitt 222 des unteren Ventilkolbenabschnitts 218 ist mit einer konischen Fläche 226 und einer in Richtung des Übergangsabschnitts 209 weisenden konischen Sitzfläche 230 versehen, die zusammen mit einem zwischen dem Übergangsabschnitt 209 und dem Ventilkolbenaufnahmeabschnitt 208 ausgebildeten Kolbensitz 232 einen Ventilsitz bilden.
Im Bereich des Primärdruckkanals 214 ist am Schaftabschnitt 220 des unteren Ventilkolbenabschnitts 218 ein ringförmiger Vorsprung 228 vorgesehen, der das Druckmittel teilt und es über eine Einschnürung 229 in Richtung des Ventilsitzes zwischen konischer Sitzfläche 230 und Kolbensitz 232 führt bzw. in Richtung des Kolbenabschnitts 256 des oberen Ventilkolbenabschnitts 252.
Der obere Ventilkolbenabschnitt 252 ist mit seinem Schaftabschnitt 254 über ein Gewinde in einer Ausnehmung 216 im Ventilkolben 218 vermittels der bereits genannten Innensechskante 224a, 224b verschraubt und über eine Dichtung 258 abgedichtet. Durch den Ventilkolben verläuft ein Axialkanal 262, über den der Druckraum 264, der durch die Stirnfläche 234 des oberen Ventilkolbenabschnitts 252 begrenzt ist, mit der Sekundärdruckausnehmung 210 in Druckmittelverbindung steht. Wie beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel weist die Stirnfläche 234 eine Vorwölbung 238 auf, die einen von einer Spannfeder 240 vorgespannten Entlastungskolben 242 aufnimmt.
Zwischen der Einschnürung 208a und der ringförmigen Vorwölbung 208b des Ventilkolbenaufnahmeabschnitts 208 ist ein Kolbensitz 208c für den Kolbenabschnitt 256 des oberen Ventilkolbenabschnitts 252 ausgebildet. Der Durchmesser D1 des Ventilkolbenaufnahmeabschnitts 208 am Kolbensitz 232 ist kleiner als der Außendurchmesser D2 des Kolbenabschnitts 256 des oberen Ventilkolbenabschnitts 252. Auf diese Weise entsteht am Kolbenabschnitt 256 eine zum Kolbensitz 232 weisende Ringfläche 246 mit dem Außendurchmesser D2 und dem Innendurchmesser D1, die die Funktion einer Schließfläche zum Unterbrechen der Druckmittelverbindung zwischen dem Primärdruckkanal 214 und der Sekundärdruckausnehmung 210 hat. Die Ringfläche 246 ist stets mit dem Druck im Primärdruckkanal 214 beaufschlagt. Ihre Funktion entspricht der Fläche 46 des ersten Ausführungsbeispiels.
In dem 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil 200 aus 4A werden die Druckbegrenzung, die über die konische Sitzfläche 230 und den Kolbensitz 232 umgesetzt wird, und die Druckreduzierung wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel über die Vorwölbung 238 und den Entlastungskolben 242 vorgenommen. Im Unterschied zum ersten bis dritten Ausführungsbeispiel treten bei dem Ventilkolben in Form eines verschraubbaren Stufenkolbens des vierten Ausführungsbeispiels keine Reibkräfte durch Dichtungen auf, die sich negativ auf die p-Q-Kennlinie auswirken können. Darüber hinaus bilden der Kolbensitz 208c und der Kolbensitz 232 eine Hubbegrenzung für die Kolbenabschnitte des Ventilkolbens in beide Richtungen, so dass diese in der Grundausnehmung 202 sicher gehalten werden.
Die Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels auf 4B unterscheidet sich von dem 3-Wegen-Druckreduzier-Sitzventil, dadurch, dass zusätzlich die Rückschlagventilfunktion über eine Kugel 282 und ein kalottenförmiges Federtellerteil 268 am Entlastungskolben 242 vorgesehen sind.
Zum Umsetzen der Rückschlagventilfunktion ist der Kolbenabschnitt des unteren Ventilkolbenabschnitts 219 mit einem ringförmigen Innenvorsprung 284 versehen, auf dem sich die Kugel 282 befindet. Durch den Kolbenabschnitt verläuft ein Axialkanal 286 zu einer Stirnfläche 288 eines gestuften Abschnitts 290 im Schaftabschnitt des unteren Ventilkolbenabschnitts 219. Am Schaftabschnitt des oberen Ventilkolbenabschnitts 253 ist ein Bodenabschnitt 292, über den die Kugel 282 zwischen dem Innenvorsprung 284 und dem oberen Ventilkolbenabschnitt 253 gehalten wird, sowie zumindest ein Radialkanal 294 ausgebildet, über den die Druckmittelverbindung von der Sekundärdruckausnehmung 210 über den Axialkanal 286 zum Druckraum 264 hergestellt ist. Zwischen der zum Kolbenabschnitt des unteren Ventilkolbenabschnitts 219 weisenden Stirnfläche des Bodenabschnitts 292 und der Kugel 282 ist ein Druckraum 296 mit einer Höhe s vorgesehen, die so gewählt wurde, dass die Kugel 282 vom Innenvorsprung 284 abheben kann. Der Druckraum 296 steht mit dem Primärdruckkanal 214 über einen Radialkanal 298 in Druckmittelverbindung.
Die Funktion des kalottenförmigen Federtellerteils 268 ist die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so dass in Bezug auf eine detaillierte Beschreibung auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gemeinsame Vorsehen von Kugel 282 und kalottenförmigem Federtellerteil 268 beschränkt. Es kann stattdessen nur eine von diesen Funktionen am 3-Wegen-Druckreduzier-Sitzvenitl des vierten Ausführungsbeispiels umgesetzt sein.
Bei dem 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel und seiner Abwandlung, wie es in den 5A und 5B gezeigt ist, erfolgt zusätzlich eine Drucküberwachung. Zu diesem Zweck ist das Sitzventil des vierten Ausführungsbeispiels aus 4A in einer analogen Weise zum zweiten Ausführungsbeispiel aus 2A modifiziert. Der Entlastungskolben ist somit durch eine Scheibe 300, einen mit einer Dichtung 302 versehen Kolben 304 und eine Aufnahmehülse 306, die in der das Druckreduzierventil öffnenden Stellung einen Schalter 308 im betätigten Zustand hält, ersetzt.
In der Abwandlung des fünften Ausführungsbeispiels aus 5B ist die Aufnahmehülse 320 mit einer ringförmigen Ausnehmung 322 versehen, in die der Schalter 308 in einer solchen Weise eingreift, dass dieser in der Schießstellung des Druckreduzierventils betätigt ist.
Die 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventile des fünften Ausführungsbeispiels und seiner Abwandlung entsprechen ansonsten der Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels, so dass auf dieses verwiesen wird. Zusätzlich kann beim fünften Ausführungsbeispiel die Rückschlagventilfunktion wie bei der Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels aus 4B umgesetzt sein. Zu diesem Zweck wird der zweiteilige Ventilkolben entsprechend 4B ausgestaltet.
Darüber hinaus kann auch wie beim dritten Ausführungsbeispiel auf die Druckbegrenzungsfunktion verzichtet werden, indem beim vierten und fünften Ausführungsbeispiel kein Axialkanal im verschraubbaren Stufenkolben vorgesehen wird. Dadurch kann der Herstellungsaufwand verringert werden. Beim vierten und fünften Ausführungsbeispiel können statt der Scheibe 300, des Kolbens 304 und der Aufnahmehülse 306/320 ein Entlastungskolben und eine Aufnahmehülse mit Kegel wie bei den Abwandlungen aus den 2C und 2D des zweiten Ausführungsbeispiels vorgesehen sein.
Bei den Druckreduzierventilen des ersten bis fünften Ausführungsbeispiels kann die Grundausnehmung 2, 202 auch in einer Hülse vorgesehen werden, die in eine in den Fig. nicht dargestellte Gehäusebohrung einsetzbar ist, um die für die Dichtung notwendigen Toleranzen an der Hülse und nicht an der Gehäusebohrung vorsehen zu können.
In den 6 bis 8 sind Spannschaltungen mit erfindungsgemäßen 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventilen gezeigt.
Die in 6 gezeigte Spannschaltung 400 weist einen Ventilblock 402 mit einer Pumpe 404 auf, der über einen Pumpenanschluss P und einen Tankanschluss T mit einem Ventilblock 406 mit einem Druckbegrenzungsventil 408 in Druckmittelverbindung steht. An dem Pumpenanschluss des Ventilblocks 406 sind ein Druckschalter 410 sowie ein Ventilblock 412 angeschlossen, über den die Druckmittelverbindung zu einem Verbraucher 414 herstellbar ist. Ein Ventilblock 416 mit zwei erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventilen 418a, 418b ohne integrierte nachgeführte Drucküberwachung, steht mit dem Pumpenanschluss P, dem Tankanschluss T, dem Vorlaufanschluss A und dem Rücklaufanschluss B des Ventilblocks 412 in Druckmittelverbindung. Mit dem Ventilblock 416 steht ein Ventilblock 420 in Druckmittelverbindung, der ein Wegeventil 422 aufweist, über das der Druckmittelvolumenstrom zum Vorlaufanschluss A und zum Rücklaufanschluss B am Ventilblock 416 schaltbar ist.
Der Ventilblock 412 steht über einen Pumpenanschluss P und einen Tankanschluss T mit einem Ventilblock 424 in Druckmittelverbindung, wobei über den Ventilblock 424 einem Speicher 426 Druckmittel zuführbar ist. Der Speicherdruck kann über ein Manometer 428 abgelesen werden.
Nachfolgend werden die Ventilblöcke 412, 416 und 420 in ihrem Zusammenwirken detaillierter beschrieben.
Dem Pumpenanschluss P des Wegeventils 422 wird vom Ventilblock 406 das von der Pumpe 404 geförderte Druckmittel über die Ventilblöcke 412 und 416 zugeführt. Der Tankanschluss T des Wegeventils 422 steht über den Ventilblock 416, 412, 406 mit einem Tank 428 im Ventilblock 402 in Druckmittelverbindung.
Das Wegeventil 422 ist ein magnetbetätigtes 4/3-Wege-Sitzventil, in dessen Stellung 0 die Druckmittelverbindung zwischen den Anschlüssen P, T, A, B blockiert ist, in dessen Schaltstellung a die Druckmittelverbindung zwischen dem Pumpenanschluss P und dem Rücklaufanschluss B geöffnet und die Druckmittelverbindung zwischen dem Vorlaufanschluss A und dem Tankanschluss T geöffnet ist.
In der Schaltstellung b ist die Druckmittelverbindung zwischen dem Pumpenanschluss P und dem Vorlaufanschluss A sowie die Druckmittelverbindung zwischen dem Rücklaufanschluss B und dem Tankanschluss T geschaltet. Stromabwärts der Anschlüsse A, B am Wegeventil 422 sind die erfindungsgemäßen Druckreduzierventile 418a, 418b im Druckmittelpfad zu einem Zylinderraum 430 des Verbrauchers 414 bzw. einen Ringraum 432 vorgesehen. Die Druckreduzierventile 418a, 418b weisen Rückschlagventile 434a, 434b auf, über die Druckmittel im Zylinderraum 430 bzw. im Ringraum 432 zum Wegeventil 422 hin entlastet werden kann.
Von der Druckleitung 436, die den Ausgang des Druckreduzierventils 418a mit dem Zylinderraum 430 verbindet, zweigt eine Messleitung 438 ab, über die ein Druckschalter 440 mit dem Zylinderraum 430 zur Drucküberwachung in Druckmittelverbindung steht. Von der Druckleitung 442, die den Ringraum 432 mit dem Druckreduzierventil 418b verbindet, zweigt eine Messleitung 444 ab, die zur Drucküberwachung mit einem Druckschalter 446 verbunden ist. Die Anschlüsse MA des Druckschalters 440 an die Messleitung 438, der Anschluss MB zum Anschluss des Druckschalters 446 an die Messleitung 444 sowie Anschlüsse A und B für den Verbraucher 414 sind am Ventilblock 412 vorgesehen. Die Druckschalter 440 und 444 dienen zur Überwachung des Spann- und Entspanndrucks mit einem jeweils separaten Druckschalter. Über die Druckreduzierventile 418a, 418b werden der Spann- und der Entspanndruck ebenfalls eingestellt.
Nachfolgend wird ein Spannen des Werkstücks, das über ein Ausfahren des Verbrauchers 414 ausgeführt wird, beschrieben. Das Wegeventil 422 wird in seine Schaltstellung b gebracht, so dass über das Druckreduzierventil 418a im Vorlauf der Systemdruck auf den eingestellten Sekundärdruck stromabwärts des Druckreduzierventils 418a verringert wird. Das aus dem Ringraum 432 austretende Druckmittel gelangt zu Beginn über das Rückschlagventil 434b zum Tank. Nach dieser Voröffnung durch das integrierte Rückschlagventil 434b öffnet sich die Druckmittelverbindung zwischen dem Sekundärdruckanschluss und dem Primärdruckanschluss des Druckreduzierventils 418b automatisch.
Wenn ein Entspannen des Werkstücks gewünscht wird, d. h. der Verbraucher 414 eingefahren wird, so wird das Wegeventil 422 in seine Schaltstellung a gebracht, in der der am Druckanschluss P des Wegeventils 422 anliegende Pumpendruck auf den am Druckreduzierventil 418b eingestellten Sekundärdruck verringert wird. Das Volumen im Zylinderraum 430 wird zu Beginn über das Rückschlagventil 434a und anschließend über ein Öffnen der Druckmittelverbindung zwischen dem Sekundärdruckanschluss und dem Primärdruckanschluss am Druckreduzierventil 418a zum Tank entlastet.
Erhöhungen des Sekundärdrucks, z. B. durch Druckübersetzung können durch die integrierte Druckabsicherung im Druckreduzierventil 418a, 418b verhindert werden. Wenn bei dieser Spannschaltung eine Spanndruckverstellung erforderlich ist, so muss neben einer Einstellung des Druckreduzierventils 418a, 418b auch eine Einstellung der Drucküberwachung an den Druckschaltern 440, 444 in getrennten Arbeitsvorgängen erfolgen.
Bei der in 7 gezeigten Spannschaltung 450, die eine erste Abwandlung der Spannschaltung 400 auf 6 darstellt, wurde auf die Druckschalter 440, 444 aus 6 verzichtet und stattdessen eine nachgeführte Drucküberwachung 460a, 460b in die Druckreduzierventile 458a, 458b integriert. Ansonsten entspricht der Aufbau der Spannschaltung 450 der der Spannschaltung 400 aus 6. Durch die nachgeführte Drucküberwachung 460a, 460b im Druckreduzierventil 458a, 458b kann der Spann- und Entspanndruck, vermittels der integrierten Grenzwerttaste überwacht werden.
Wenn ein Verstellen des 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventils gewünscht wird, wird der Schaltpunkt der Drucküberwachung nachgeführt. Auf diese Weise entfällt eine Einstellung der Druckschalter, wie dieses bei der Spannschaltung 400 notwendig war.
In 8 ist eine Spannschaltung 470 entsprechend einer zweiten Abwandlung dargestellt, die sich von der Spannschaltung 400 in der Ausgestaltung des Ventilblocks 472, der den Ventilblock 416 ersetzt, unterscheidet. Statt im Vor- und im Rücklauf stromabwärts des Wegeventils 422 ist ein Druckbegrenzungsventil 474 im Zulauf vor dem Pumpenanschluss P des Wegeventils 422 vorgesehen. Das Druckbegrenzungsventil 474 weist eine nachgeführte Drucküberwachung 476 in Form eines integrierten Grenzwerttasters auf. Im Unterschied zu den Spannschaltungen 400 und 450 ist bei der Spannschaltung 470 kein Rückschlagventil dem Druckreduzierventil zugeordnet. Der Sekundärdruck hält das Druckreduzierventil 474 geschlossen. Auf diese Weise wird bei Druckabfällen in der Zulaufleitung des Aggregats, beispielsweise durch das Zuschalten zusätzlicher, nacheinander betätigter Verbraucher, verhindert, dass durch diese Druckeinbrüche Auswirkungen auf die Spann- bzw. Entspanndrücke auftreten.
Bei der Spannschaltung 470 sind der Spann- und der Entspanndruck identisch. Bei einem Spannen des Werkstücks, d. h. beim Ausfahren des Verbrauchers 414, wird das Wegeventil 422 in die Schaltstellung b gebracht und das Volumen im Ringraum 432 zum Tankanschluss T entlastet.
Bei einem Entspannen des Werkstücks, d. h. bei einem Einfahren des Verbrauchers 414 wird das Wegeventil 422 in die Schaltstellung a gebracht, in der das Volumen im Zylinderraum 430 zum Tank hin entlastet wird. Es erfolgt ein Überwachen des Spann- und Entspanndrucks mit dem integrierten Grenzwerttaster der nachgeführten Drucküberwachung 476. Alternativ zum Grenzwerttaster 476 kann, wie bei der Spannschaltung 400 ein Druckschalter vorgesehen sein, der an den Anschluss M am Ventilblock 472, in dem Sekundärdruck vorliegt, angeschlossen ist.
Mit der vorgestellten Spannschaltung können Erhöhungen des Sekundärdrucks, wie z. B. durch Druckübersetzungen durch die integrierte Druckabsicherung im 3-Wege-Druckreduzierventil 474 verhindert werden. Der einzige Unterschied bei den Ausführungen ohne bzw. mit integriertem Rückschlagventil ist der Stützkolben.
Durch die Integration der Druckbegrenzungsfunktion in das Druckreduzier-Sitzventil der vorliegenden Erfindung wird ein „Aufpumpen” des reduzierten Drucks, wie es bei 2-Wege-Druckreduzierventilen nach dem Stand der Technik der Fall war, verhindert. Darüber hinaus kann das interne Ventillecköl eliminiert werden.
Erfindungsgemäß werden ein Druckreduziersitzventil und Spannschaltungen mit diesem vorgesehen. Durch das Druckreduzierventil in Sitzbauweise ist Druckmittel aus einem Versorgungsanschluss einem Verbraucheranschluss mit einem vorgebbaren Druck zuführbar. Das Druckreduzierventil hat einen Ventilkolben, der gegenüber einer gehäusefest angeordneten Sitzfläche beweglich ist und der eine erste Steuerfläche besitzt, an der er mit dem Druck im Verbraucheranschluss im Sinne einer Schließbewegung gegen die Sitzfläche beaufschlagt ist und der durch eine Regelfeder im Sinne einer Öffnungsbewegung beaufschlagt ist, wobei der Ventilkolben durch eine dem Druck im Versorgungsanschluss ausgesetzte zweite Steuerfläche im Sinne der Schließbewegung beaufschlagt ist. In ein derartiges Sitzventil können die Druckbegrenzungsfunktion und ein Rückschlagventil für eine Voröffnung der Druckmittelverbindung zwischen dem Sekundärdruck und dem Primärdruck integriert sein. Eine erfindungsgemäße Spannschaltung mit derartigen Druckreduzierventilen und einem Wegesitzventil ermöglicht, die hydraulische Verlustleistung zu minimieren und den Aufwand bei veränderlichen Spanndrücken zu reduzieren.

1: 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil
2: Grundausnehmung
4: federseitiger Ausnehmungsabschnitt
6: zurückgestufter Abschnitt
8: Ventilkolbenaufnahmeabschnitt
9: Übergangsabschnitt
10: bodenseitiger Ausnehmungsabschnitt
12: Tankkanal
14: Primärdruckkanal
16: Sekundärdruckkanal
18: Ventilkolben
20: Schaftabschnitt
22: Kolbenabschnitt
24: Bodenfläche
26: konische Fläche
28: Vorsprung
30: konische Sitzfläche
32: Kolbensitz
34: Ringausnehmung
36: Steuerfläche
38: ringförmige Vorwölbung
40: Regelfeder
42: Entlastungskolben
44: Ausnehmung
46: Schließfläche
48: Primärkanal
50: gestufter Abschnitt
52: Stift
54: Schaftabschnitt
56a, b: Kolbenabschnitt
58: Dichtung
60: Grundfläche
62a, b: Axialkanal
64: Druckraum
66a, b: Radialkanal
68: kalottenförmiger Federtellerteil
70: Führungsabschnitt
80: Hülse
82: Kugel
84: Stirnfläche
86: Stirnfläche
90: Federteller
92: Dichtung
94: Kolben
96: Aufnahmehülse
98: Schalter
99: dritte Steuerfläche
100: Federteller
102: Aufnahmehülse
104: Kegel
118: Ventilkolben
120: Federteller
122: kugelsegmentartiger Vorsprung
200: 3-Wege-Druckreduzier-Sitzventil
202: Grundausnehmung
204: federseitiger Ausnehmungsabschnitt
206: zurückgestufter Abschnitt
208: Ventilkolbenaufnahmeabschnitt
208a: Einschnürung
208b: ringförmige Vorwölbung
208c: Kolbensitz
209: Übergangsabschnitt
209a: Fase
210: Sekundärdruckausnehmung
212: Tankkanal
214: Primärdruckkanal
216: Ausnehmung
218: unterer Ventilkolbenabschnitt
219: unterer Ventilkolbenabschnitt
220: Schaftabschnitt
222: Kolbenabschnitt
224a, b: Innensechskant
226: konische Fläche
228: ringförmiger Vorsprung
229: Einschnürung
230: konische Sitzfläche
232: Kolbensitz
234: Stirnfläche
236: Stirnfläche
238: Vorwölbung
240: Regelfeder
242: Entlastungskolben
246: Ringfläche
252: oberer Ventilkolbenabschnitt
253: oberer Ventilkolbenabschnitt
254: Schaftabschnitt
256: Kolbenabschnitt
258: Dichtung
262: Axialkanal
264: Druckraum
268: kalottenförmiges Federtellerteil
282: Kugel
284: ringförmiger Innenvorsprung
286: Axialkanal
288: Stirnfläche
290: gestufter Abschnitt
292: Bodenabschnitt
294: Radialkanal
296: Druckraum
298: Radialkanal
300: Scheibe
302: Dichtung
304: Kolben
306: Aufnahmehülse
308: Schalter
320: Aufnahmehülse
322: ringförmige Ausnehmung
400: Spannschaltung
402: Ventilblock
404: Pumpe
406: Ventilblock
408: Druckbegrenzungsventil
410: Druckschalter
412: Ventilblock
414: Verbraucher
416: Ventilblock
418a, b: Druckreduzierventil
420: Ventilblock
422: Wegeventil
424: Ventilblock
426: Speicher
428: Tank
430: Zylinderraum
432: Ringraum
434a, b: Rückschlagventil
436: Druckleitung
438: Messleitung
440: Druckschalter
442: Druckleitung
444: Messleitung
446: Druckschalter
450: Spannschaltung
458a, b: Druckreduzierventil
460a, b: Drucküberwachung
470: Spannschaltung
472: Ventilblock
474: Druckbegrenzungsventil
476: nachgeführte Drucküberwachung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2687743 [0002]
- EP 0955471 [0003]
- US 5931182 [0004]
- US 6581628 [0005]

Claims

Druckreduzierventil (1, 200) in Sitzbauweise, durch welches Druckmittel aus einem Versorgungsanschluss (P) einem Verbraucheranschluss (A) mit einem vorgebbaren Druck zuführbar ist, mit einem Ventilkolben (18), der gegenüber einer gehäusefest angeordneten Sitzfläche (30) beweglich ist und der eine erste Steuerfläche (36) besitzt, an der er mit dem Druck im Verbraucheranschluss (A) im Sinne einer Schließbewegung gegen die Sitzfläche (30) beaufschlagt ist und der durch eine Regelfeder (40) im Sinne einer Öffnungsbewegung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (18) durch eine dem Druck im Versorgungsanschluss (P) ausgesetzte zweite Steuerfläche (46) im Sinne der Schließbewegung beaufschlagt ist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerfläche eine Stirnfläche (246) an einer Stufe in der Außenkontur des Ventilkolbens (252) aufweist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben aus zwei jeweils einen Teilaxialabschnitt des Ventilkolbens bildenden Ventilkolbenbauteilen (218, 252) zusammengefügt ist.
Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerfläche eine Bodenfläche (46) oder eine axial ausgerichtete Stufenfläche (50) einer Bohrung des Ventilkolbens (18) aufweist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bohrung des Ventilkolbens (18) und mittels eines an einem Ventilgehäuse abgestützten Stifts (52) ein Druckraum (47) ausgebildet ist, welcher über einen Kanal (48) mit dem Versorgungsanschluss (P) verbunden ist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum über ein zum Druckraum (47) hin öffnendes Rückschlagventil (80, 82) mit dem Verbraucheranschluss (A) verbunden ist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil durch einen im Stift (80) ausgebildeten Kanal und ein an einer druckraumseitigen Mündung des Kanals zur Auflage bringbares Schließglied (82) gebildet ist.
Druckreduzierventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilkolben (18) und der Regelfeder (40) ein Entlastungskolben (42) vorgesehen ist, durch den ein Querschnitt zwischen dem Verbraucheranschluss (A) und einem Entlastungsanschluss (T) aufsteuerbar ist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilkolben (18) und dem Entlastungskolben (42) bei Anlage des Entlastungskolbens (42) am Ventilkolben (18) ein Druckraum (64) ausgebildet ist, welcher durch einen Kanal (62a, 62b) mit dem Verbraucheranschluss (A) verbunden ist und dass eine dritte Steuerfläche (99), an welcher der Entlastungskolben (42) mit einer fluidstatischen Kraft entgegen der Regelfeder (40) beaufschlagt ist, kleiner als die erste Steuerfläche (36) ist.
Druckreduzierventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilkolben (18) und der Regelfeder (40) bzw. dass zwischen dem Entlastungskolben (40) und der Regelfeder (40) ein Federteller (90; 100) oder eine Aufnahmehülse (96; 102) für einen Endabschnitt der Feder (40; 240) angeordnet ist.
Druckreduzierventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Schalter (98; 308) vorgesehen ist, durch den eine Anlage des Ventilkolbens (18) auf der Sitzfläche (30) feststellbar ist.
Druckreduzierventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (98; 308) durch den Entlastungskolben (42), durch den Federteller oder durch die Aufnahmehülse (96; 306; 320) betätigt wird.
Druckreduzierventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Bauteil, an welchem sich die Regelfeder (40) abstützt, – insbesondere an dem Entlastungskolben (42), an dem Federteller bzw. an der Aufnahmehülse (96; 306; 320) – auf einer der Feder abgewandten Seite eine abgerundete Aufstandsfläche ausgebildet ist, insbesondere durch einen kalottenförmiger Abschnitt (68) oder einen kugelsegmentartigen Vorsprung (122).
Hydraulische Spannschaltung mit einem hydraulischen Aktuator und mit einem Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, durch welches der Druck eines dem Aktuator zugeführten Druckmittels einstellbar ist.
Hydraulische Spannschaltung (400) mit einem 3-Wege-Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 8 bis 13 im Vorlauf zu einem Verbraucher (414) und einem 3-Wege-Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 8 bis 13 im Rücklauf von dem Verbraucher (414).
Hydraulische Spannschaltung nach Anspruch 15, wobei die 3-Wege-Druckreduzierventile in einem jeweiligen Druckmittelpfad zwischen einem Wegeventil (422) und dem Verbraucher (414) angeordnet sind.
Hydraulische Spannschaltung nach Anspruch 16, wobei der Druck im Vorlauf und der Druck im Rücklauf unabhängig voneinander einstellbar sind.
Hydraulische Spannschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei eine Rückschlagventilfunktion in die Druckreduzierventile (418a, 418b) integriert ist.
Hydraulische Spannschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Spanndruckverstellung der Druckreduzierventile (418a, 418b) und die Einstellung der Drucküberwachung (440, 446) für den Vorlauf und Rücklauf getrennt erfolgen.
Hydraulische Spannschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Druck im Vorlauf und der Druck im Rücklauf mit jeweils einem in die Druckreduzierventile integrierten Grenzwerttaster (460a, 460b) überwachbar sind.
Hydraulische Spannschaltung mit einem 3-Wege-Druckreduzierventil (474) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
Hydraulische Spannschaltung nach Anspruch 21, wobei das 3-Wege-Druckreduzierventil (474) einem einen Verbraucher (414) mit Druckmittel versorgenden Wegeventil (422) vorgeschaltet ist.