DE102009015684A1

DE102009015684A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102009015684A1
Application number: DE200910015684
Authority: DE
Inventors: Goetz-Dieter Machat; Frank Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-07

Abstract

Offenbart ist eine Ventilanordnung zur Druckbegrenzung eines Systemdrucks. Diese hat ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, das einen einen Steuerraum begrenzenden Ventilkörper zur Steuerung einer Druckmittelverbindung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss aufweist. Der Steuerraum ist über eine Drossel mit dem Eingangsanschluss in Druckmittelverbindung. Über ein bei einem vorbestimmten Vorsteuerdruck im Steuerraum öffnendes Vorsteuerventil ist der Steuerraum zu einem Ablaufanschluss druckentlastbar. Dem Druckbegrenzungsventil ist stromaufwärts vom Eingangsanschluss ein Druckverhältnisventil vorgeschaltet. Dieses steuert mit einem Steuerkolben eine Druckmittelverbindung zwischen einem System- und dem Eingangsanschluss und hält das Druckverhältnis von dem System- zu dem Eingangsdruck im Wesentlichen konstant. Der Steuerkolben des Druckverhältnisventils ist in Schließrichtung vom Eingangsdruck in Öffnungsrichtung vom Eingangs- und vom Systemdruck beaufschlagt. Die Druckangriffsfläche des Eingangsdrucks in Schlikangriffsflächen des System- und Eingangsdrucks in Öffnungsrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Ventilanordnung ist beispielsweise aus der DE 40 25 727 C2 bekannt. Das Dokument zeigt ein Druckventil, dem ein Druckverhältnisventil vorgeschaltet ist, um den jeweiligen Gesamtsystemdruck in Einzeldrücke aufzuteilen. Das Druckventil weist dabei bei einem ersten Ausführungsbeispiel zur Steuerung der Druckmittelverbindung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss einen Sitzventilkolben auf. Dieser ist als Stufenkolben ausgebildet und über eine Feder auf einen Ventilsitz vorgespannt. Ein die Feder aufnehmender Federraum dient als Vorsteuerraum für den Sitzventilkolben, wobei der Vorsteuerraum über eine Bohrung im Sitzventilkolben mit dem Eingangsanschluss in Druckmittelverbindung und über ein Vorsteuerventil zu einem Tank entlastbar ist. Stromaufwärts vom Ventilsitz des Sitzventilkolbens kragt dieser mit einem Führungsvorsprung aus, wobei auf dem Vorsprung axial verschiebbar eine Sitzventilhülse als Druckverhältnisventil angeordnet ist, die zusammen mit dem Führungsvorsprung einen Ringraum bilden. Ein Endabschnitt des Führungsvorsprungs des Sitzventilkolbens ist radial erweitert und dient als Kolben, der den Innenraum der Sitzventilhülse in zwei Druckräume unterteilt Die Sitzventilhülse steuert die Druckmittelverbindung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ringraum. In Öffnungsrichtung ist die Sitzventilhülse über eine erste Ringstirnfläche von dem Eingangsdruck des Eingangsanschlusses und über eine Innenfläche vom Ausgangsdruck über den mit dem Ausgangsanschluss verbundenen Druckraum beaufschlagt. Die Druckmittelverbindung zwischen Druckraum und Ausgangsanschluss erfolgt dabei über Bohrungen im Stufenkolben. In Schließ richtung wirkt der Ringraumdruck im Ringraum über eine Ringfläche auf die Sitzventilhülse.
Nachteilig bei der vorbeschriebenen Lösung sind der hohe vorrichtungstechnische Aufwand der Ventilanordnung und die komplexe Druckbeaufschlagung der Sitzventilhülse mit drei verschieden Drücken (Eingangs-, Ausgangs- und Ringraumdruck).
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zur Druckbegrenzung eines Systemdrucks mit einem minimalem vorrichtungstechnischem Aufwand zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung zur Druckbegrenzung eines Systemdrucks hat ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, das einen einen Steuerraum begrenzenden Ventilkörper zur Steuerung einer Druckmittelverbindung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss aufweist. Der Steuerraum ist über eine Düse mit dem Eingangsanschluss in Druckmittelverbindung. Überein bei einem vorbestimmten Vorsteuerdruck im Steuerraum öffnendes Vorsteuerventil ist der Steuerraum zu einem Ablaufanschluss druckentlastbar. Dem Druckbegrenzungsventil ist stromaufwärts vom Eingangsanschluss ein Druckverhältnisventil vorgeschaltet. Dieses steuert mit einem Steuerkolben eine Druckmittelverbindung zwischen einem System- und dem Eingangsanschluss und hält das Druckverhältnis von dem System- zu dem Eingangsdruck im Wesentlichen konstant. Der Steuerkolben des Druckverhältnisventils ist in Schließrichtung vom Eingangsdruck in Öffnungsrichtung vom Eingangs- und vom Systemdruck beaufschlagt. Die Druckangriffsfläche des Eingangsdrucks in Schließrichtung ist dabei größer als die Summe der Druckangriffsflächen des System- und Eingangsdrucks in Öffnungsrichtung.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass sich durch das dem Druckbegrenzungsventil vorgeschaltete Druckverhältnisventil die Druckdifferenz zwischen System- und Tankdruck sich auf die beiden Ventile verteilt und das Druckverhältnis zwischen dem System- und dem Eingangsdruck durch das Druckverhältnisventil über den gesamten Betriebsbereich im Wesentlichen konstant ist. Eine derartige Ventilanordnung ist vorrichtungstechnisch mit geringem Aufwand umsetzbar und zeichnet sich des Weiteren durch eine geringe Geräuschabstrahlung und eine hohe Lebensdauer aufgrund geringer Kavitation aus.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Steuerkolben des Druckverhältnisventils ein einfach aufgebauter Stufenkolben. Dieser hat eine erste zentrale vom Systemdruck beaufschlagte Stirnfläche, eine einen Ringraum begrenzende und von dem Eingangsdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagte innere Ringstirnfläche, eine über einen Ablaufanschluss im Wesentlichen druckentlastete äußere Ringstirnfläche und eine einen Steuerraum begrenzende und vom Eingangsdruck beaufschlagte zweite Stirnfläche.
Vorzugsweise ist der Ringraum über den Stufenkolben auf- und zusteuerbar und mit dem von der zweiten Stirnfläche begrenzten Steuerraum über eine Drossel in Druckmittelverbindung. Die Düse kann zur Bedämpfung des Steuerraums dienen.
Der Stufenkolben ist in Schließrichtung durch eine Feder auf einen Ventilsitz vorgespannt.
Von Vorteil begrenzt die äußere Ringstirnfläche des Stufenkolbens einen Ringraum, der über das Vorsteuerventil zu dem Ablaufanschluss druckentlastet ist. Hierdurch ist die Druckangriffsfläche des Eingangsdrucks in Schließrichtung wesentlich größer als die Summe der Druckangriffsflächen des System- und Eingangsdrucks in Öffnungsrichtung.
Zur konstanten Steuerölversorgung des Druckbegrenzungsventils und des Vorsteuerventils ist beispielsweise ein einstellbares Stromventil oder eine Düse parallel zum Druckventil zwischen dem Systemanschluss und dem Eingangsanschluss angeordnet.
Bevorzugter Weise ist die Düse des Steuerraums des Druckbegrenzungsventils über eine Durchgangsöffnung im Ventilkörper gebildet und der Steuerraum über eine zweite Drossel mit dem Vorsteuerventil verbunden. Der Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils ist vorzugsweise über eine im Steuerraum angeordnete Feder auf einen Ventilsitz vorgespannt.
Der Ausgangsanschluss des Druckbegrenzungsventils und der Ablaufanschluss des Vorsteuerventils können mit einem Tank verbunden sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilanordnung als einfach herstellbares und montierbares Einbauventil ausgebildet. Der Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils kann dabei koaxial zu dem Stufenkolben des Druckverhältnisventils in einem Ventilgehäuse angeordnet sein.
Mit einem vorrichtungstechnisch geringen Aufwand kann ein Ventilsitz des Ventilkörpers in eine Stufenbohrung des Ventilgehäuses eingesetzten Ventilhülse und ein Ventilsitz des Stufenkolbens in einer in die Ventilhülse fest eingesetzten Innenhülse ausgebildet sein. Axial in einem Bohrungsgrund der Stufenbohrung ist ein Systemdruckanschluss zur Beaufschlagung der zentralen Stirnfläche des Stufenkolbens mit dem Systemdruck und radial in einer ersten Stufe der Stufenbohrung ein Ausgangskanal zur Verbindung mit dem Ausgangsanschluss des Druckbegrenzungsventils ausgebildet.
Bevorzugter Weise schließt die Ventilhülse mit einem vom Bohrungsgrund abweisenden ersten Endabschnitt die Ventilbohrung axial dichtend ab und taucht mit einem zweiten Endabschnitt axial dichtend in eine zweite Stufe der Ventilbohrung ein. Die Ventilhülse begrenzt dabei in der ersten Stufe einen mit dem Ausgangskanal verbundenen Außenraum, in dem eine als Ausgangsanschluss des Druckbegrenzungsventils ausgebildete Radialbohrung durch die Ventilhülse mündet.
Die Innenhülse ist vorzugsweise mit einem Dichtabschnitt in dem zweiten Endabschnitt der Ventilhülse eingesetzt und begrenzt mit einem vom Dichtabschnitt sich wegerstreckenden Innenhülsenabschnitt zusammen mit der Ventilhülse abschnitts weise einen Hülsenringraum. Der Hülsenringraum ist mit einem als Eingangsanschluss dienenden Eingangsdruckraum des Druckbegrenzungsventils verbunden.
Zum Verbinden des Ringraums, der von der inneren Ringstirnfläche des Stufenkolbens abschnittsweise begrenzt ist, mit dem Hülsenringraum dient beispielsweise eine radiale Durchgangsbohrung durch die Innenhülse.
Ein Ventildeckel ist in einem zum Druckbegrenzungsventil weisenden Endabschnitt der Innenhülse fest einbringbar und begrenzt zusammen mit der Innenhülse und der zweiten Stirnfläche des Stufenkolbens den Steuerraum. Die Düse zwischen Ring- und Steuerraum des Druckverhältnisventils ist als Axialbohrung in den Ventildeckel eingebracht.
Zur Druckentlastung des durch die äußere Ringstirnfläche des Stufenkolbens begrenzten Ringraums ist eine Sacklochbohrung axial vom Ringraum aus in die Innenhülse, eine Radialbohrung von der Sacklochbohrung radial nach außen ebenfalls in die Innenhülse und etwa koaxial zur Radialbohrung eine weitere Radialbohrung in die Außenhülse eingebracht. Die Bohrungen stellen somit eine Druckmittelverbindung zwischen dem Ringraum und dem Außenraum her.
Das einstellbare Stromventil parallel zum Druckventil kann als Druckwaage im Stufenkolben ausgebildet sein. Der Stufenkolben weist hierfür eine sich von der zweiten Stirnfläche aus erstreckende erste axiale Bohrung, eine sich von der kleineren ersten Stirnfläche erstreckende zweite axiale Bohrung und eine einen geringeren Durchmesser als die erste und zweite Bohrung aufweisende axiale Durchgangsbohrung auf. Eine Stromregelventilhülse ist fest in die zweite Bohrung eingesetzt, wobei ein in die erste Bohrung weisender Endabschnitt mit einem Ventildeckel fest verschlossen ist. Ein Druckwaagenkolben ist axial verschiebbar in der Stromregelventilhülse angeordnet und von einer sich von dem Ventildeckel abstützenden Feder gegen einen Ventilsitz in Richtung des Systemdruckanschlusses vorgespannt. In den Druckwaagenkolben ist weiter eine Blendenbohrung eingebracht, die den Systemdruckanschluss mit einem von dem Ventildeckel, der Stromregelventilhülse und dem Druckwaagenkolben begrenzenden Federraum verbindet. Der Federraum wiederum wird über eine radiale Durchgangsbohrung in der Stromregelventilhülse mit dem Steuerdruckraum des Druckverhältnisventils verbunden.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Hydraulikschaltplan eines Ausführungsbeispiels einer Ventilanordnung; und
2 eine vereinfachte Längsschnittansicht einer konstruktiven Lösung der Ventilanordnung.
1 zeigt ein Schaltschema einer Ventilanordnung 1 zur mehrstufigen Begrenzung eines Systemdrucks gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese hat ein über ein Vorsteuerventil 2 vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 4 und ein dem Druckbegrenzungsventil 4 vorgeschaltetes Druckverhältnisventil 6. Ein Systemdruck wird über einen Stufenkolben 8 des Druckverhältnisventils 6 um ein konstantes Verhältnis auf einen Eingangsdruck vermindert, der dann an einem Eingangsanschluss 9 auf einen Ventilkörper 10 des Druckbegrenzungventils 4 wirkt. Über den Ventilkörper 10 ist eine Druckmittelverbindung zwischen dem Eingangsanschluss 9 und einem Ausgangsanschluss 12 steuerbar, wobei der Ausgangsanschluss 12 mit einem Tank T verbunden ist.
Der Stufenkolben 8 ist über eine Feder 14 auf einen Ventilsitz 16 vorgespannt und steuert eine Druckmittelverbindung zwischen einem Systemanschluss 18 und einem vom Stufenkolben 8 abschnittsweise begrenzten Ringraum 20. Der Systemdruck wirkt vom Systemanschluss 18 auf eine erste zentrale Stirnfläche 22 in Öffnungsrichtung des Stufenkolbens 8. Der Ringraum 20 ist über eine innere Ringstirnfläche 24 des Stufenkolbens 8 begrenzt, wobei auf diese der Eingangsdruck ebenfalls in Öffnungsrichtung wirkt. Der Ringraum 20 ist über den Stufenkolben 8 zum Systemanschluss 18 hin auf- und zusteuerbar und steht mit einem Steuerraum 26 des Stufenkolbens 8 über einen Verbindungskanal 28 in Druckmittelverbindung. In dem Verbindungskanal 28 ist eine Düse 30 angeordnet. Über den Steuerraum 26 wirkt der Eingangsdruck auf eine zweite rückseitige Stirnfläche 32 des Stufenkolbens 8 in Schließrichtung. Ein weiterer Ringraum 34 ist über eine äußere Ringstirnfläche 36 des Stufenkolbens 8 abschnittsweise begrenzt und mit einer Ablaufleitung 38 über das Vorsteuerventil 2 mit einem Ablaufanschluss 40 verbunden und und zum Tank T hin druckentlastet.
Im Folgenden wird die Gleichgewichtsbedingung der Drücke am Stufenkolben 8 des Druckverhältnisventils 6 erläutert. Die zentrale Stirnfläche 22 hat hierbei einen Durchmesser d₁, die innere Ringstirnfläche 24 einen Durchmesser d₂ und die zweite Stirnfläche 32 einen Durchmesser d₃. Der Systemdruck wird mit p₁, der Eingangsdruck mit p₂ und die Federkraft der Feder 14 mit F_H bezeichnet.
Die Gleichgewichtsbedingung lautet am Stufenkolben: p1d1 2 = p2[d3 – (d2 2 – d1 2)] + FH 4Π
Eine Vernachlässigung der Federkraft F_H 4 / Π ≈ 0 führt dann zu:
Somit wird der Systemdruck vom Druckverhältnisventil 6 um ein im Wesentlich konstantes Verhältnis zu dem Eingangsdruck reduziert.
Der Ringraum 20 ist weiter über eine Verbindungsleitung 42 mit dem Eingangsanschluss 9 des Druckbegrenzungsventils 4 verbunden, wobei der Eingangsdruck über den Eingangsanschluss 9 auf eine Stirnfläche 44 des Ventilkörpers 10 in Öffnungsrichtung des Druckbegrenzungsventils 4 wirkt. In Schließrichtung ist der Ventilkörper 10 über eine Feder 46 auf einen Ventilsitz 48 vorgespannt. Die Feder 46 ist dabei in einem Steuerraum 50 des Druckbegrenzungsventils 4 angeordnet, wobei der Steuerraum 50 abschnittsweise von den einer Stirnfläche 44 rückwärtigen Steu erfläche 52 begrenzt ist. Ferner taucht die Feder 46 in einer Sacklochbohrung des Ventilkörpers 10 ein. Der Steuerraum 50 steht über eine Düse 54, die als axiale Durchgangsbohrung in den Ventilkörper 10 eingebracht ist, mit dem Eingangsanschluss 9 in Druckmittelverbindung. Der Vorsteuerdruck im Steuerraum 50 ist über das Vorsteuerventil 2 einstellbar.
Das Vorsteuerventil 2 ist als Sitzventil mit einem auf einen Ventilsitz 56 über eine Feder 57 federvorgespannten Kegel 58 ausgeführt. Die Federkraft der Feder 57 ist über eine Verstelleinrichtung 60 einstellbar. Der Kegel 58 ist über einen Ventilanschluss 62, der über eine eine Düse 66 aufweisende Vorsteuerleitung 64 mit dem Steuerraum 50 des Druckbegrenzungsventils 4 in Druckmittelverbindung ist, mit dem Druck in den Steuerraum 50 beaufschlagt. Ab einem bestimmten Druck öffnet der Kegel 58 eine Druckmittelverbindung zwischen dem Ventilanschluss 62 und dem Ablaufanschluss 40. Der Ablaufanschluss 40 ist dabei mit einem Tank verbunden. Bei einem offenen Vorsteuerventil 2 ist der Steuerraum 50 des Druckbegrenzungsventils 4 somit zu einem Tank druckentlastet, womit der Eingangsdruck den Ventilkörper 10 entgegen der Federkraft der Feder 46 aufsteuert und die Druckmittelverbindung zwischen dem Eingangsanschluss 9 und dem Ausgangsanschluss 12 des Druckbegrenzungsventils 4 öffnet.
Ein einstellbares Stromventil 68 ist parallel zum Druckverhältnisventil 6 zwischen dem Systemanschluss 18 und dem Eingangsanschluss 9 angeordnet und dient zur Steuerölversorgung der Ventilanordnung 1.
Das Druckverhältnis von dem Systemdruck zum Eingangsdruck ist durch das Druckverhältnisventil 6 vorteilhafter Weise konstruktiv festgelegt und bleibt über den gesamten Betriebsbereich der Ventilanordnung im Wesentlichen konstant. Das Druckbegrenzungsventil 4 ist somit über den gesamten Betriebsbereich optimal auslegbar. Die mehrstufige Druckbegrenzung über den Stufenkolben 8 und den Ventilkörper 10 führt zu einer niedrigen Geräuschemission und zu einer verminderten Kavitation, was wiederum zu einer hohen Lebensdauer führt.
In der 2 ist eine konstruktive Ausgestaltung der Ventilanordnung 1 aus 1 gezeigt, wobei diese als Einbauventil ausgeführt ist. Der Ventilkörper 10 des Druckbegrenzungsventils 4 ist hierbei koaxial zu dem Stufenkolben 8 des Druckverhältnisventils 6 in einem Ventilgehäuse 70 angeordnet.
Der Ventilsitz 48 des Ventilkörpers 10 ist in einer in eine Stufenbohrung 72 des Ventilgehäuses 70 eingesetzten Ventilhülse 74 und der Ventilsitz 16 des Stufenkolbens 8 ist in einer in die Ventilhülse 74 eingesetzten Innenhülse 76 ausgebildet.
Axial in einem Bohrungsgrund 78 der Stufenbohrung 72 ist der Systemdruckanschluss 18 eingebracht. Radial in einer ersten Stufe 80 der Stufenbohrung 72 ist ein Ausgangskanal 82 ausgebildet, der in Druckmittelverbindung mit dem Ausgangsanschluss 12 des Druckbegrenzungsventils 4 und dem Ringraum 34 des Druckverhältnisventils 6 ist.
Die Ventilhülse 74 schließt mit einem vom Bohrungsgrund 78 abweisenden radial erweiterten ersten Endabschnitt 84 die Stufenbohrung 72 axial dichtend ab. Mit einem zweiten Endabschnitt 88 taucht die Ventilhülse 74 axial dichtend in eine zweite Stufe 90 der Stufenbohrung 72 ein. Bei beiden Endabschnitten 84, 88 ist ein an der Stufenbohrung 72 anliegender Dichtungsring 86 eingebracht. Die Ventilhülse 74 begrenzt zusammen mit der ersten Stufe 80 der Stufenbohrung 72 einen mit dem Ausgangskanal 82 verbundenen Außenraum 92. In den Außenraum 92 mündet zumindest eine mit dem Ausgangsanschluss 12 des Druckbegrenzungsventils 4 verbundene und sich durch die Ventilhülse 74 erstreckende Radialbohrung 94. Der Ausgangsanschluss 12 ist durch eine Ringausnehmung 96 in der Ventilhülse 74 stromaufwärts vom Ventilsitz 48 ausgebildet.
Der Ventilkörper 10 ist über die Feder 46 auf dem Ventilsitz 48 vorgespannt, wobei sich die Feder 46 an einem in der 2 nicht dargestellten Ventildeckel abstützt. In dem Ventildeckel ist auch die Verbindung zu dem Vorsteuerventil 2 ausgebildet, das in der Figur nur schematisch gezeigt ist.
Die Innenhülse 76 ist mit einem Dichtabschnitt 98 etwa im Bereich des zweiten Endabschnitts 88 der Ventilhülse 74 in diese eingesetzt. Eine Radialerweiterung 99 der Innenhülse 76 ist zwischen dem Bohrungsgrund 78 und dem Endabschnitt 88 geklemmt, wodurch die Innenhülse 76 axial fest fixiert ist. Mit einem sich vom Dichtabschnitt 98 sich axial weg erstreckenden Innenhülsenabschnitt 100 begrenzt die Innenhülse 76 zusammen mit der Ventilhülse 74 einen Hülsenringraum 102. Der Hülsenringraum 102 ist stirnseitig zu einem als Eingangsanschluss 9 dienenden Eingangsdruckraum 104 des Druckbegrenzungsventils 4 hin offen.
Der Hülsenringraum 102 ist weiter über zumindest eine radiale Durchgangsbohrung 106 durch die Innenhülse 76 mit dem von der inneren Ringstirnfläche 24 des Stufenkolbens 8 abschnittsweise begrenzten Ringraum 20 verbunden. Ein Ventildeckel 108 ist in einen radial von innen zurückgestuften Endabschnitt 110 des Innenhülsenabschnitts 100 eingesetzt und mit einem in dem Endabschnitt 110 fest aufgenommenen Haltering in axial fixiert. Zusammen mit der Innenhülse 76 begrenzt der Ventildeckel 108 mit der zweiten Stirnfläche 32 des Stufenkolbens 8 den Steuerraum 26. Die Düse 30 zwischen Steuerraum 26 und Ringraum 20 ist als Axialbohrung in dem Ventildeckel 108 eingebracht. Der Ringraum 20 ist hierbei über die Durchgangsbohrung 106, den Hülsenringraum 102, den Eingangsdruckraum 104 und die Düse 30 mit dem Steuerraum 26 in Druckmittelverbindung. Der Ventildeckel 108 hat weiter einen axialen Vorsprung hin zum Stufenkolben 8, der von der Feder 14 abschnittsweise umgriffen ist und als Federhalterung dient.
Der durch die äußere Ringstirnfläche 36 des Stufenkolbens 8 abschnittsweise begrenzte Ringraum 34 ist über mehrere Bohrungen in der Innen- und Ventilhülse 74, 76 mit dem Ausgangskanal 82 verbunden. Eine erste Sacklochbohrung 114 erstreckt sich von dem Ringraum 34 aus axial in die Innenhülse 76, eine Radialbohrung 116 von der Sacklochbohrung 114 radial nach außen ebenfalls in der Innenhülse 76 und etwa koaxial zur Radialbohrung 116 eine weitere Radialbohrung 118, die in die Ventilhülse 74 eingebracht ist. Die Radialbohrung 118 ist mit dem Außenraum 92 verbunden und über diesen dann der Ringraum 34 mit dem Ausgangskanal 82. Zwei Dichtungsringe 86 sind in die Innenhülse 76 ober- und unterhalb der Radialbohrung 116 in 2 zur Abdichtung eingebracht.
Im Stufenkolben 8 ist eine Druckwaage 120 ausgebildet, die einen Teil des Stromventils 68 aus 1 bildet. Diese dient zur Versorgung der Ventilanordnung 1 mit einem konstanten vorbestimmten Volumenstrom, der unabhängig von Systemdruckschwankungen ist. Der Stufenkolben 8 weist hierfür eine sich von der zweiten Stirnfläche 32 aus erstreckende erste axiale Bohrung 122, eine sich von der kleineren ersten Stirnfläche 22 erstreckende zweite axiale Bohrung 124 und eine einen geringeren Durchmesser als die erste und zweite Bohrung 122, 124 aufweisende axiale Durchgangsbohrung 126 auf. Eine Stromregelventilhülse 128 ist mit einem radial erweiterten Abschnitt in die zweite Bohrung 124 des Stufenkolbens 8 eingesetzt und mit einem in den Stufenkolben 8 eingebrachten Haltering 130 fixiert. Die Stromregelventilhülse 128 hat des Weiteren ein in die erste Bohrung 124 hineinkragenden Endabschnitt 132, der mit einem Ventildeckel 134 verschlossen ist. Ein Druckwaagenkolben 136 ist axial verschiebbar in der Stromregelventilhülse 128 angeordnet und von einer sich von dem Ventildeckel 134 abstützenden Feder 138 gegen einen Ventilsitz 140 in Richtung des Systemdruckanschlusses 18 vorgespannt. Der Ventilsitz 140 ist als ein in die Stromregelventilhülse 128 eingesetzter Haltering ausgebildet. Axial in den Druckwaagenkolben 136 ist eine Blendenbohrung 142 eingebracht, die den Systemdruckanschluss 18 mit einem von dem Ventildeckel 134, der Stromregelventilhülse 128 und dem Druckwaagenkolben 136 begrenzten Federraum 144 verbindet. Dieser wiederum ist über eine in die Stromregelventilhülse 128 radial eingebrachte Durchgangsbohrung 146 mit dem Steuerdruckraum 26 in Druckmittelverbindung. Die Blendenbohrung 142 und die Druckwaage 120 bilden gemeinsam das Stromventil 68.
Auf den Druckwaagenkolben 136 wirkt der Druck stromaufwärts der Blendenbohrung 142 in Öffnungsrichtung und der Druck stromabwärts der Blendenbohrung 142 gemeinsam mit der Federkraft der Feder 138 in Schließrichtung. Der Druckunterschied zwischen dem Druck in der Durchgangsbohrung 146 und der Blendenbohrung 142 entspricht dann der Federkraft der Feder 138.
Die Ventilanordnung 1 aus der 2 zeichnet sich durch eine besonders einfache Fertigung und Montage des Stufenkolbens 8, des Ventilkörpers 10, des Druckwaagenkolbens 136 und der Hülsen 76, 74 und 128 aus.
Zur Funktionsweise der Ventilanordnung 1 aus 2: Übersteigt die Druckkraft des auf die zentrale Stirnfläche 22 des Stufenkolbens 8, auf eine Stirnfläche 148 der Stromregelventilhülse 128 und auf eine Stirnfläche 150 des Druckwaagenkolbens 136 in Öffnungsrichtung wirkenden Systemdrucks im Systemanschluss 18 die Druckkraft des auf die Stirnfläche 32 des Stufenkolbens 8 wirkenden Eingangsdruck, dann öffnet der Stufenkolben 8 gegen die Federkraft der Feder 14 eine Druckmittelverbindung zwischen dem Systemanschluss 18 und dem Ringraum 20. Der Eingangsdruck im geöffneten Ringraum 20 wirkt über die Durchgangsbohrung 106, dem Hülsenringraum 102, dem Eingangsdruckraum 104, der Düse 30 über die Stirnfläche 32, eine Stirnfläche 152 der Stromregelventilhülse 128 und eine Druckangriffsfläche des Ventildeckels 134 in Schließrichtung des Stufenkolbens 8. Der Eingangsdruck im Ringraum 20 wird dann entsprechend der vorstehenden Formel mit einem konstanten Verhältnis zum Systemdruck reduziert und beaufschlagt weiter die Stirnfläche 44 des Ventilkörpers 10 des Druckbegrenzungsventils 4 in Öffnungsrichtung. Öffnet das Vorsteuerventil 2, das über den Steuerraum 50, der Düse 54 mit dem Eingangsdruckraum 104 in Druckmittelverbindung steht, ab einem bestimmten Vorsteuerdruck, so wird der Steuerraum 50 zum Tank T druckentlastet und der Ventilkörper 10 öffnet die Verbindung zwischen dem Eingangsdruckraum 104 und dem Ausgangsanschluss 12. Dieser ist dann über die zumindest eine Radialbohrung 94, dem Außenraum 92 und dem Ausgangskanal 82 zum Tank entlastet.
Sinkt der Systemdruck, so wird der Stufenkolben 8 des Druckverhältnisventils 6 und der Ventilkörper 10 des Druckbegrenzungsventils 4 über die jeweilige Feder 14 bzw. 46 auf den jeweiligen Ventilsitz 16 bzw. 48 vorgespannt.
Da die Sitzflächen der Ventilglieder an den Hülsen angeordnet sind und die Ventilglieder einfache Kolben und Stufenkolben sind ist die Ventilanordnung 1 besonders einfach fertig- und montierbar.
Alternativ könnte das Druckverhältnisventil 6 aus 1 als Schieberventil ausgebildet sein. Bei entsprechender Dimensionierung könnte ein Leckölspalt des Schieberventils das Stromventil 68 zwischen Systemanschluss 18 und Ringraum 20 ersetzen.
Das Druckverhältnisventil 6 ist als Stufenkolbenventil und somit in Aktivlogik-Bauweise mit vier Steuerflächen ausgebildet, was zu besonders kurzen Öffnungszeiten führt.
Offenbart ist eine Ventilanordnung zur Druckbegrenzung eines Systemdrucks. Diese hat ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, das einen einen Steuerraum begrenzenden Ventilkörper zur Steuerung einer Druckmittelverbindung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss aufweist. Der Steuerraum ist über eine Düse mit dem Eingangsanschluss in Druckmittelverbindung. Über ein bei einem vorbestimmten Vorsteuerdruck im Steuerraum öffnendes Vorsteuerventil ist der Steuerraum zu einem Ablaufanschluss druckentlastbar. Dem Druckbegrenzungsventil ist stromaufwärts vom Eingangsanschluss ein Druckverhältnisventil vorgeschaltet. Dieses steuert mit einem Steuerkolben eine Druckmittelverbindung zwischen einem System- und dem Eingangsanschluss und hält das Druckverhältnis von dem System- zu dem Eingangsdruck im Wesentlichen konstant. Der Steuerkolben des Druckverhältnisventils ist in Schließrichtung vom Eingangsdruck in Öffnungsrichtung vom Eingangs- und vom Systemdruck beaufschlagt. Die Druckangriffsfläche des Eingangsdrucks in Schließrichtung ist dabei größer als die Summe der Druckangriffsflächen des System- und Eingangsdrucks in Öffnungsrichtung.

1: Ventilanordnung
2: Vorsteuerventil
4: Druckbegrenzungsventil
6: Druckverhältnisventil
8: Stufenkolben
9: Eingangsanschluss
10: Ventilkörper
12: Ausgangsanschluss
14: Feder
16: Ventilsitz
18: Systemanschluss
20: Ringraum
22: Stirnfläche
24: innere Ringstirnfläche
26: Steuerraum
28: Verbindungskanal
30: Düse
32: Stirnfläche
34: Ringraum
36: äußere Ringstirnfläche
38: Ablaufleitung
40: Ablaufanschluss
42: Verbindungsleitung
44: Stirnfläche
46: Feder
48: Ventilsitz
[0-9]0: Steuerraum
52: Steuerfläche
54: Düse
56: Ventilsitz
57: Feder
58: Kolben
60: Verstelleinrichtung
62: Ventilanschluss
64: Vorsteuerleitung
66: Drossel
68: Stromventil
70: Ventilgehäuse
72: Stufenbohrung
74: Ventilhülse
76: Innenhülse
78: Bohrungsgrund
80: erste Stufe
82: Ausgangskanal
84: Endabschnitt
86: Dichtungsring
88: Endabschnitt
90: zweite Stufe
92: Außenraum
94: Radialbohrung
96: Ringausnehmung
98: Dichtabschnitt
100: Innenhülsenabschnitt
102: Hülsenringraum
104: Eingangsdruckraum
106: Durchgangsbohrung
108: Ventildeckel
110: Endabschnitt
112: Haltering
114: Sacklochbohrung
116: Radialbohrung
118: Radialbohrung
120: Druckwaage
122: Bohrung
124: Bohrung
126: Durchgangsbohrung
128: Stromregelventilhülse
130: Haltering
132: Endabschnitt
134: Ventildeckel
136: Druckwaagenkolben
138: Feder
140: Ventilsitz
142: Blendenbohrung
144: Federraum
146: Durchgangsbohrung
148: Stirnfläche
150: Stirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4025727 C2 [0002]

Claims

Ventilanordnung zur Druckbegrenzung eines Systemdrucks mit einem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil (4), das einen einen Steuerraum (50) begrenzenden Ventilkörper (10) zur Steuerung einer Druckmittelverbindung zwischen einem Eingangsanschluss (9) und einem Ausgangsanschluss (12) aufweist, wobei der Steuerraum (50) über eine Düse (54) mit dem Eingangsanschluss (9) in Druckmittelverbindung ist, und über ein bei einem vorbestimmten Vorsteuerdruck im Steuerraum (50) öffnendes Vorsteuerventil (2) zu einem Ablaufanschluss (40) druckentlastbar ist, wobei dem Druckbegrenzungsventil (4) ein Druckverhältnisventil (6) stromaufwärts vom Eingangsanschluss (9) vorgeschaltet ist, das mit einem Steuerkolben (8) eine Druckmittelverbindung zwischen einem System- und dem Eingangsanschluss (18, 9) steuert und das Druckverhältnis von einem System- zu einem Eingangsdruck des Eingangsanschlusses (9) im Wesentlichen konstant hält, wobei der Steuerkolben (8) des Druckverhältnisventils (6) in Schließrichtung vom Eingangsdruck und in Öffnungsrichtung vom Eingangsdruck und vom Systemdruck beaufschlagt ist, und wobei die Druckangriffsfläche (32) des Eingangsdrucks in Schließrichtung größer als die Summe der Druckangriffsflächen (22, 24) des System- und Eingangsdrucks in Öffnungsrichtung ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei der Steuerkolben (8) ein Stufenkolben (8) mit einer ersten zentralen vom Systemdruck beaufschlagten Stirnfläche (22), einer einen Ringraum (20) begrenzenden und von dem Eingangsdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagten inneren Ringstirnfläche (24), einer über einen Ablaufanschluss (40) im Wesentlichen druckentlasteten äußeren Ringstirnfläche (36) und einer einen Steuerraum (26) begrenzenden und vom Eingangsdruck beaufschlagten zweiten Stirnfläche (32).
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Ringraum (20) über den Stufenkolben (8) auf- und zusteuerbar ist und mit dem Steuerraum (26) über eine Düse (30) in Druckmittelverbindung steht.
Ventilanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Stufenkolben (8) in Schließrichtung durch eine Feder (14) auf einen Ventilsitz (16) vorgespannt ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die äußere Ringstirnfläche (36) des Stufenkolbens (8) abschnittsweise einen Ringraum (34) begrenzt, der über das Vorsteuerventil (2) zu dem Ablaufanschluss (40) druckentlastet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein einstellbares Stromventil (68) parallel zum Druckverhältnisventil (6) zwischen dem Systemanschluss (18) und dem Eingangsanschluss (9) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drossel (54) stromaufwärts des Steuerraums (50) des Druckbegrenzungsventils (4) über eine Durchgangsöffnung im Ventilkörper (10) gebildet ist und der Steuerraum (50) stromabwärts über eine zweite Drossel (66) mit dem Vorsteuerventil (2) verbunden ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (10) des Druckbegrenzungsventils (4) über eine Feder (46) auf einen Ventilsitz (48) vorgespannt ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgangsanschluss (12) des Druckbegrenzungsventils (4) und der Ablaufanschluss (40) des Vorsteuerventils (2) mit einem Tank verbunden sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese als Einbauventil ausgebildet ist, und wobei der Ventilkörper (10) des Druckbegrenzungsventils (4) koaxial zu dem Stufenkolben (8) des Druckverhältnisventils (6) in einem Ventilgehäuse (70) angeordnet sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 10, wobei ein Ventilsitz (48) des Ventilkörpers (10) in einer in eine Stufenbohrung (72) des Ventilgehäuses (70) eingesetzten Ventilhülse (74) und der Ventilsitz (16) des Stufenkolbens (8) in einer in die Ventilhülse (74) fest eingesetzten Innenhülse (76) ausgebildet sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, wobei axial in einem Bohrungsgrund (78) der Stufenbohrung (72) der Systemdruckanschluss (18) zur Beaufschlagung der zentralen Stirnfläche (22) des Stufenkolbens (8) mit dem Systemdruck und radial in einer ersten Stufe (80) der Stufenbohrung (72) ein Ausgangskanal (82) zur Verbindung mit dem Ausgangsanschluss (12) des Druckbegrenzungsventils (4) ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 12, wobei die Ventilhülse (74) mit einem vom Bohrungsgrund (78) abweisenden ersten Endabschnitt (84) die Stufenbohrung (72) axial dichtend abschließt und mit einem zweiten Endabschnitt (88) axial dichtend in eine zweite Stufe (90) der Stufenbohrung (72) eintaucht.
Ventilanordnung nach Anspruch 13, wobei die Ventilhülse (74) in der ersten Stufe (80) einen mit dem Ausgangskanal (82) verbundenen Außenraum (92) begrenzt, in dem eine als Ausgangsanschluss (12) des Druckbegrenzungsventils (4) ausgebildete Radialbohrung (94) durch die Ventilhülse (74) mündet.
Ventilanordnung nach Anspruch 14, wobei die Innenhülse (76) mit einem Dichtabschnitt (98) in den zweiten Endabschnitt (88) der Ventilhülse (74) eingesetzt ist und mit einem von dem Dichtabschnitt (98) sich weg erstreckenden Innenhülsenabschnitt (100) zusammen mit der Ventilhülse (74) einen Hülsenringraum (102) abschnittsweise begrenzt.
Ventilanordnung nach Anspruch 15, wobei der Hülsenringraum (102) zu einem als Eingangsanschluss (9) dienenden Eingangsdruckraum (104) des Druckbegrenzungsventils (4) hin geöffnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 16, wobei der Hülsenringraum (102) über eine radiale Durchgangsbohrung (106) durch die Innenhülse (76) mit dem von der inneren Ringstirnfläche (24) des Stufenkolbens (8) abschnittsweise begrenzten Ringraums (20) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 17, wobei ein Ventildeckel (108) in einem zum Druckbegrenzungsventil (4) weisenden Endabschnitt der Innenhülse (76) fest eingebracht ist und zusammen mit der Innenhülse (76) und der zweiten Stirnfläche (32) des Stufenkolbens (8) den Steuerraum (26) begrenzt, und wobei die Düse (30) zwischen dem Ringraum (20) und Steuerraum (26) des Druckverhältnisventils (6) als Axialbohrung (30) im Ventildeckel (108) eingebracht ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 18, wobei eine Sacklochbohrung (114) sich von dem durch die äußere Ringstirnfläche (36) des Stufenkolbens (8) begrenzten Ringraum (34) aus axial in die Innenhülse (76), eine Radialbohrung (116) von der Sacklochbohrung (114) radial nach außen ebenfalls in die Innenhülse (76) und etwa koaxial zur Radialbohrung (116) eine weitere Radialbohrung (118) in die Ventilhülse (74) zur Druckmittelverbindung des Ringraums (34) mit dem Außenraum (92) eingebracht sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 19, wobei der Stufenkolben (8) eine sich von der zweiten Stirnfläche (32) aus erstreckende erste axiale Bohrung (122), eine sich von der kleineren ersten Stirnfläche (22) erstreckende zweite axiale Bohrung (124) und eine einen geringeren Durchmesser als die erste und zweite Bohrung (122, 124) aufweisende axiale Durchgangsbohrung (126) hat, wobei eine Stromregelventilhülse (128) fest in die zweite Bohrung (124) eingesetzt ist, wobei ein in die erste Bohrung (122) weisender Endabschnitt (132) mit einem Ventildeckel (134) fest verschlossen ist, und wobei ein Druckwaagenkolben (136) axial verschiebbar in der Stromregelventilhülse (128) angeordnet ist und von einer sich von dem Ventildeckel (134) abstützenden Feder (138) gegen einen Ventilsitz (140) in Richtung des Systemanschlusses (18) gespannt ist, wobei eine Blendenbohrung (142) in den Druckwaagenkolben (136) eingebracht ist, die den Systemanschluss (18) mit einem von dem Ventildeckel (134), der Stromregelventilhülse (128) und dem Druckwaagenkolben (136) begrenzenden Federraum (144) verbindet, wobei eine radiale Durch gangsbohrung (146) in der Stromregelventilhülse (128) den Federraum (144) mit dem Steuerdruckraum (26) verbindet.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckverhältnisventil (6) ein Schieberventil ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 21, wobei ein Leckölspalt des Schieberventils eine Leckölverbindung zwischen dem Systemanschluss (18) und dem Eingangsanschluss (9) herstellt.