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Die Erfindung betrifft eine Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 061 862 A1 ist eine Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit mit Druckbegrenzungsfunktion gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die Ventileinheit umfasst einen Ventilschließkörper, der eine Ventilschließfläche aufweist, welche zusammen mit einem der Ventilschließfläche gegenüberliegenden ersten Ventilsitz einen ersten Dichtsitz für die Einspeisefunktion bildet, und der eine Ventilschließkörper-Öffnung aufweist, die von einem zweiten Ventilsitz umgeben ist, welche zusammen mit einem an einem axial bewegbaren Ventilbolzen ausgebildeten Schließkopf einen zweiten Dichtsitz für die Druckbegrenzungsfunktion bildet. Ein Federteller, der Ventilschließkörper und der Ventilbolzen werden dabei in verschiedenen Bohrungsabschnitten geführt.
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Weiter wird auf die
DE 101 37 104 A1 und die
DE 10 2004 026 683 A1 verwiesen, welche jeweils eine Ventileinheit mit einer Druckbegrenzungsfunktion zeigen, welche einen ersten und einen zweiten Dichtsitz und einen Federteller aufweist.
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Nachteilig an bekannten, direkt gesteuerten Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheiten ist neben der Baulänge und dem begrenzten Platz zur Anordnung der Federn, dass bei größeren Volumenströmen die Querschnitte und damit auch die Angriffsflächen des Drucks größer werden, wodurch auch die Druckfedern stärker sind.
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Deshalb wurde es in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 061 862 A1 auch schon vorgeschlagen, durch eine Längsbohrung über die komplette Länge des Ventilbolzens einen Druckausgleich zwischen einem ersten Druckbereich und einer Sackbohrung, in die sich ausschließlich der Ventilbolzen abschnittsweise erstreckt, zu erreichen. Dadurch wird die in Öffnungsrichtung ausgeübte Kraft auf den Ventilschließkörper lediglich durch eine Differenzfläche aus dem Sackbohrungsquerschnitt und der Ventilschließfläche bestimmt. Es lassen sich durch kleine Differenzflächen kleine Öffnungskräfte und damit Federn mit niedrigen Federkonstanten realisieren.
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Nachteilig an der bekannten Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit ist es jedoch, dass die Führung des Ventilbolzens von der Ventilschließkörper-Öffnung bis in die Sackbohrung zu einem sehr langen Ventilbolzen und zu einem überbestimmten System führt. Dies führt zu kurzen Lebensdauern der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit und zu hohen, nicht vorhersehbaren Reibungseinflüssen im Betrieb, die die Öffnungseigenschaften der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit nachteilig verändern können. Der lange Ventilbolzen führt zusätzlich zu einer insgesamt sehr langen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit für die große Einbauräume vorgesehen werden müssen, welche teuer oder teilweise gar nicht vorhanden sind. Der zur Anordnung der Federn vorgesehene Raum ist dagegen relativ klein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Druckbegrenzungs- und Nachsaugventil zu schaffen. Dabei soll insbesondere eine leichte Anpassung des Öffnungsquerschnitts für die Druckbegrenzungsfunktion und der druckwirksamen Fläche realisiert werden und die Langzeitfunktion der Ventileinheit sichergestellt werden.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit nach Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit weist einen ersten Dichtsitz und einen zweiten Dichtsitz auf. Der erste und der zweite Dichtsitz trennen jeweils einen ersten Druckbereich von einem zweiten Druckbereich. Der erste Dichtsitz wird durch Zusammenwirken eines Ventilschließkörpers, an dem eine erste Ventilschließfläche ausgebildet ist, mit einem ersten Ventilsitz ausgebildet. Der zweite Dichtsitz wird zwischen dem Ventilschließkörper und einem Ventilbolzen ausgebildet. An dem Ventilbolzen, der axial bewegbar ist, ist ein Schließkopf ausgebildet, der zur Ausbildung des zweiten Dichtsitzes dichtend mit einer einen zweiten Ventilsitz umgebenden Ventilschließkörperöffnung zusammenwirkt. Um den zweiten Dichtsitz geschlossen zu halten, ist eine erste Schließfeder vorgesehen, die zwischen dem Ventilschließkörper und einem Federteller angeordnet ist. Der Federteller ist hierzu mit dem Ventilbolzen verbunden. Um den ersten Dichtsitz geschlossen zu halten, ist eine zweite Schließfeder vorgesehen, die eine Ventilbaugruppe gegen den ersten Ventilsitz vorspannt. Die Ventilbaugruppe umfasst dabei den Ventilbolzen, den Ventilschließkörper sowie die zur Vorspannung des Ventilbolzens gegen den Ventilschließkörper erforderlichen Bauteile, nämlich erste Schließfeder und Federteller.
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Erfindungsgemäß ist nun der Ventilbolzen in dem Ventilschließkörper geführt. Hierzu ist in dem Ventilschließkörper wenigstens ein erster Führungsabschnitt ausgebildet, in dem längsverschieblich der Ventilbolzen gedichtet geführt ist. Die Abdichtung erfolgt dabei vorzugsweise durch eine entsprechend enge Toleranz der Durchmesser des Ventilbolzens und des Führungsabschnitts. Dieser erste Führungsabschnitt ist in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Ventilbolzens auf der von dem zweiten Dichtsitz abgewandten Seite des Ventilschließkörpers ausgebildet. Durch den ersten Führungsabschnitt wird ein mit dem ersten Druckbereich verbundenes Volumen von dem zweiten Druckbereich oder von einem mit dem zweiten Druckbereich verbundenen Volumen getrennt. Ferner ist eine Querschnittsfläche des ersten Führungsabschnitts kleiner als eine Querschnittsfläche des zweiten Ventilsitzes. Damit lässt sich durch Einstellen der Querschnittsflächendifferenz die Größe einer mit dem Druck des zweiten Druckbereichs beaufschlagten Fläche des Ventilbolzens einstellen. Durch diese Vorgehensweise zur Einstellung der mit dem Druck des zweiten Druckbereichs beaufschlagten Fläche des Ventilbolzens lässt sich in einfacher Weise eine Anpassung an die Federkraft, die zur Schließung gegen den Druck des zweiten Druckbereichs erforderlich ist, vornehmen. Insbesondere kann unter Beibehaltung einer bestimmten Feder eine Anpassung der hydraulischen Öffnungskraft z. B. nach Änderung eines Abströmquerschnitts des zweiten Dichtsitzes durch Anpassung der Querschnittsfläche in dem ersten Führungsabschnitt erfolgen.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, in dem Ventilschließkörper ein Volumen auszubilden, welches mit dem ersten Druckbereich oder dem zweiten Druckbereich verbunden ist, und welches so angeordnet ist, dass eine an dem Ventilbolzen ausgebildete radiale Stufe innerhalb der axialen Erstreckung des Volumens angeordnet und mit dem dort herrschenden Druck beaufschlagt ist. Durch Ausbilden einer solchen Stufe wird die druckwirksame Fläche insbesondere unabhängig von dem Durchmesser des zweiten Ventilsitzes einstellbar. Andererseits kann eine Änderung des Durchmessers des Ventilsitzes durch entsprechende Anpassung der radialen Stufe kompensiert werden. Auf diese Weise lässt sich jeweils eine mit dem Druck des zweiten Druckbereichs beaufschlagbare wirksame Fläche an dem Ventilbolzen erzeugen, die zu einer bestimmten ausgewählten Schließfeder passt. Das erneute Abstimmen nach Anpassen des Abströmquerschnitts an dem zweiten Dichtsitz durch Auswahl geeigneter Schließfedern kann somit entfallen.
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Wenn das Volumen innerhalb des Ventilschließkörpers mit dem ersten Druckbereich verbunden ist, ist es besonders bevorzugt, einen Kanal zur Verbindung des ersten Druckbereichs mit dem Volumen innerhalb des Ventilbolzens anzuordnen.
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Soll dagegen der zweite Druckbereich mit dem Volumen verbunden werden, so wird der Verbindungskanal vorzugsweise in dem Ventilschließkörper geführt. Beide Lösungen haben den Vorteil, dass durch Anbringen von einfachen Bohrungen, die vor dem Zusammenbau der Teile eingebracht werden, die Kanäle geschaffen werden können. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Kanalquerschnitte relativ unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen sind.
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Auf der von dem Schließkopf abgewandten Seite des Ventilschließkörpers ist bevorzugt ein Federraum ausgebildet, in dem die erste und die zweite Schließfeder angeordnet sind. Dieser Federraum ist vorzugsweise mit dem jeweils anderen Druckbereich verbunden. Der erste Führungsabschnitt trennt somit bevorzugt ein Volumen, das innerhalb des Ventilschließkörpers ausgebildet ist, von einem Volumen des Federraums, wobei einer der beiden Bereiche mit dem ersten Druckbereich und das jeweils andere Volumen mit dem zweiten Druckbereich verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ragt derjenige Abschnitt des Ventilbolzens, der den kleineren Durchmesser aufweist und in dem ersten Führungsabschnitt geführt ist, in den Federraum hinein. Somit weist das von dem Schließkopf abgewandte Ende des Ventilbolzens in den Federraum hinein. Bei Vorsehen einer radialen Stufe an dem Ventilbolzen, die in dem Volumen in dem Schließkörper angeordnet ist, ist es besonders bevorzugt, wenn in axialer Richtung zu beiden Seiten dieser radialen Stufe der Ventilbolzen in einem ersten Führungsabschnitt bzw. in einem zweiten Führungsabschnitt geführt ist. Der zweite Führungsabschnitt ist dabei zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem Schließkopf des Ventilbolzens angeordnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zudem der zweite Führungsabschnitt und der zweite Ventilsitz denselben Durchmesser aufweisen. In diesem Fall kann beispielweise eine Anpassung des Öffnungsquerschnitts bei Abheben des Schließkopfes von dem zweiten Ventilsitz einfach vorgenommen werden. Es wird sowohl der Durchmesser des zweiten Führungsabschnitts als auch der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes in gleicher Weise geändert. Da andererseits durch die Reduzierung des Durchmessers des ersten Führungsabschnitts die druckwirksame Fläche zur Beaufschlagung mit dem Hochdruck definiert wird, wird bei Beaufschlagung des Ventilbolzens in dem Federraum mit dem Druck des zweiten Druckbereichs das Öffnungsverhalten der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit nicht verändert und es können unveränderte Schließfedern eingesetzt werden.
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Um die von dem Schließkörper abgewandte Stirnseite des Ventilbolzens mit dem Druck des zweiten Druckbereichs beaufschlagen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Ventilschließkörper mit einer Spielpassung in einer Aufnahmeausnehmung geführt ist, die gleichzeitig den Federraum bildet. Der Federraum ist somit mit dem zweiten Druckbereich über die Spielpassung zwischen dem Ventilschließkörper und dem Gehäuseteil oder aber über einen extra ausgebildeten Verbindungskanal verbunden. Eine Spielpassung bedeutet dabei, dass ein Außendurchmesser des Ventilschließkörpers immer geringfügig kleiner als der Durchmesser einer den Ventilschließkörper aufnehmenden Bohrung ausgeführt ist.
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Eine weitere Vereinfachung in der Fertigung ergibt sich, wenn der Durchmesser des ersten Dichtsitzes und der Führungsdurchmesser des Ventilschließkörpers gleich groß sind. Auf diese Weise wird die Anzahl der benötigten Bohrwerkzeuge verringert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit;
- 2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit mit einer radialen Stufe an dem Ventilbolzen; und
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem mit dem zweiten Druckbereich verbundenen Federraum und einer radialen Stufe an dem Ventilbolzen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1. Bevor anhand der 1 der Aufbau und die Funktion der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 beschrieben wird, soll zur Verdeutlichung der Funktion ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 beschrieben werden.
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Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheiten 1 finden z. B. in geschlossenen hydraulischen Kreisläufen eine wichtige Anwendung. Da hydrostatische Maschinen durch Leckage immer etwas Flüssigkeit verlieren, muss die Flüssigkeitsmenge durch Einspeisung von Druckflüssigkeit ausgeglichen werden, um damit die Druckmittelmenge in den Arbeitsleitungen, die Hydromotor und Pumpe verbinden, konstant zu halten. Deshalb müssen Nachsaugventile aus einem Speisesystem, in dem ein Niederdruck von beispielsweise ungefähr 25 bar vorliegt, erforderliche Mengen Druckmittel in eine Arbeitsleitung speisen, falls ein Druckabfall in der Arbeitsleitung unter eine einzustellende oder konstruktiv festgelegte Grenze für einen Öffnungsdruck des Nachsaugventils der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit in einer ersten Richtung des Druckgefälles stattfindet. Zur Einspeisung von Druckmittel wird eine Druckmittelquelle, meist in Form einer Speisepumpe, vorgesehen.
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Im geschlossenen Kreislauf gibt es zwei Arbeitsleitungen zwischen z. B. Hydromotor und Hydropumpe, wobei eine der Arbeitsleitungen im Betrieb in der Regel Hochdruck und die andere Arbeitsleitung Niederdruck führt. Auf der Niederdruckseite wird zum Nachfördern von Leckageflüssigkeit über eine Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 Druckmittel von einer Speiseleitung des Speisesystems in die Arbeitsleitung eingespeist, falls der Druck in dieser Arbeitsleitung unter einen festgelegten Wert fällt. In der Arbeitsleitung der jeweiligen Hochdruckseite wird durch ein bei einem maximalen Druck öffnendes Druckbegrenzungsventil der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 dagegen aus Sicherheitsgründen der herrschende Hochdruck begrenzt.
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Der beschriebene hydraulische Kreislauf dient lediglich der einfachen Erläuterung der Funktion. Andere Einsatzmöglichkeiten sind selbstverständlich ebenfalls denkbar.
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Die Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 weist ein erstes Ventilgehäuseteil 2 auf, welches in ein Gewinde 24 eines nur schematisch dargestellten zweiten Ventilgehäuseteils 3 eingeschraubt und mittels eines Dichtrings 4 abgedichtet ist. In dem zweiten Ventilgehäuseteil 3 sind ein Speise-Anschluß z. B. des oben beschriebenen Speisesystems als erster Druckbereich 5 und ein Arbeitsleitungs-Anschluß als zweiter Druckbereich 6 zur Verbindung mit einer Arbeitsleitung ausgebildet, die durch die Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 miteinander verbunden werden können.
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An seinem dem Speise-Anschluß, der im oben beschriebenen Beispiel mit dem nicht gezeigten Speisesystem verbunden ist, zugewandten Ende weist die Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 einen Ventilschließkörper 7 auf, an dem eine im Ausführungsbeispiel näherungsweise kegelstumpfförmig ausgebildete Ventilschließfläche 8 ausgebildet ist. Die Ventilschließfläche 8 wirkt mit einem der Ventilschließfläche 8 gegenüberliegenden ersten Ventilsitz 9 zur Ausbildung eines ersten Dichtsitzes zusammen. Der erste Ventilsitz 9 ist in dem zweiten Ventilgehäuseteil 3 ausgebildet.
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Der Ventilschließkörper 7 weist ferner eine Ventilschließkörper-Öffnung 11 auf, die an ihrem Umfang von einem zweiten Ventilsitz 12 umgeben ist. Der zweite Ventilsitz 12 wirkt mit einem an einem Ventilbolzen 13 vorgesehenen Schließkopf 14 zur Ausbildung eines zweiten Dichtsitzes zusammen. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Ventilbolzen 13 durch die Ventilschließkörper-Öffnung 11 hindurch. An seinem von dem Schließkopf 14 abgewandten Ende, welches aus dem Ventilschließkörper 7 herausragt, ist der Ventilbolzen 13 mit einem Federteller 15 verbunden. Eine erste Schließfeder 10 erstreckt sich zwischen dem Federteller 15 und dem Ventilschließkörper 7 so, dass die erste Schließfeder 10 zwischen dem Federteller 15 und dem Ventilschließkörper 7 eingespannt ist. Dadurch wird der Schließkopf 14 des Ventilbolzens 13 in dichtender Anlage an dem die Ventilschließkörper-Öffnung 11 umgebenden zweiten Ventilsitz 12 gehalten. Der Ventilbolzen 13, die erste Schließfeder 10, der Federteller 15 und der vom Schließkopf 14 abgewandte Teil des Ventilschließkörpers 7 werden von einer Axialbohrung als Aufnahmeausnehmung 16 in das erste Ventilgehäuseteil 2 aufgenommen.
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Der Federteller 15 ist durch einen Sicherungskörper 17, z. B. einer Kontermutter, auf dem Ventilbolzen 13 gesichert. In dem Ventilbolzen 13 ist eine axiale Längsbohrung 53 ausgebildet. Der Ventilbolzen 13 ist an dem von dem Schließkopf 14 abgewandten Ende mit einem Außengewinde 23 versehen, das mit einem entsprechenden Innengewinde des Federtellers 15 und des Sicherungskörpers 17, der den Federteller 15 kontert, zusammen wirkt. Die axiale Lage des Federtellers 15 gegenüber dem Ventilbolzen 13 ist daher durch Verdrehen des Ventilbolzens 13 gegenüber dem Federteller 15 veränderlich, wodurch die Vorspannung der ersten Schließfeder 10 einstellbar ist.
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Zwischen der vom Schließkopf 14 abgewandten Stirnfläche 36 des Federtellers 15 und der Stirnfläche der Axialbohrung des ersten Ventilgehäuseteils 2 als Aufnahmeausnehmung 16 ist eine zweite Schließfeder 35 angeordnet, um eine Schließkraft auf eine Ventilbaugruppe bestehend aus dem Ventilschließkörper 7, dem Ventilbolzen 13, dem Federteller 15, dem Sicherungskörper 17 und der ersten Schließfeder 10 auszuüben. Die Ventilbaugruppe 7, 13, 15, 17, 10 ist dabei in der Axialbohrung des ersten Ventilgehäuseteils 2 axial bewegbar geführt. Die eingespannte, relativ schwache zweite Schließfeder 35 spannt also die Ventilbaugruppe 7, 13, 15, 17, 10 mit der außerhalb der Axialbohrung befindlichen Ventilschließfläche 8 gegen den ersten Ventilsitz 9 vor. Die Ventilbaugruppe wirkt damit insgesamt wie eine den ersten Druckbereich von dem zweiten Druckbereich trennende Schließkörpereinheit. Der Ventilschließkörper 7 begrenzt die Aufnahmeausnehmung 16 in der so ein Federraum 18 ausgebildet ist und in dem die erste Schließfeder 10 und die zweite Schließfeder 35 angeordnet sind.
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In der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 wird im Gegensatz zum Stand der Technik der Ventilbolzen 13 nicht mehr in einer zusätzlichen Sackbohrung am Grund der Axialbohrung geführt. Die Längsbohrung 53 des Ventilbolzens 13 mündet direkt in den Federraum 18 des ersten Ventilgehäuseteils 2 aus und verbindet so den ersten Druckbereich 5 mit dem Federraum 18. Bei der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 wird der Ventilschließkörper 7 zum Teil in die Aufnahmeausnehmung 16 mitaufgenommen und dort mit einem Führungsdurchmesser D axial verschiebbar geführt. Der Ventilschließkörper 7 ist in der Aufnahmeausnehmung 16 mit engem Spiel dichtend geführt und es besteht abgesehen von nicht vermeidbaren Leckageströmen keine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Druckbereich 6 und dem Federraum 18. Entsprechend ist der Ventilbolzen 13 in dem Ventilschließkörper 7 mit engem Spiel in einem Führungsabschnitt mit dem Durchmesser d1 dichtend geführt, um auch hier eine Fluidverbindung zu vermeiden. An den Dichtstellen können auch Dichtringe vorgesehen sein. Das bedeutet jedoch zusätzlichen Aufwand und verschlechtert das dynamische Verhalten des Ventils.
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Der Ventilschließkörper 7 weist einen Bereich mit einer Mehrzahl von Querbohrungen 20 auf, die sich in der Symmetrieachse im Bereich 27 schneiden und die den Ventilschließkörper 7 zwischen dem ersten Führungsabschnitt 19 und dem zweiten Dichtsitz durchdringen. Der Bereich 27 und die Querbohrungen 20 gehören damit ebenfalls zu dem zweiten Druckbereich 6, der damit ein über den Führungsabschnitt von dem Federraum 18 getrenntes Volumen bildet. Dieses Volumen ist permanent auf demselben Druckniveau wie der Arbeitsleitungsanschluss. Der Bereich 27 ist wiederum mit der Ventilschließkörper-Öffnung 11 verbunden, sodass beim Abheben des Schließkopfs 14 eine Verbindung zwischen dem Speise-Anschluss und dem Arbeitsleitungsanschluss hergestellt wird. Durch das Zusammendrücken der ersten Schließfeder 10 kann der Federteller 15 und der damit verbundene Ventilbolzen 13 relativ zu dem Ventilschließkörper 7 in Richtung des Einspeise-Anschlusses verschoben werden und die Ventilschließkörper-Öffnung 11 durch das Abheben des Schließkopfes 14 des Ventilbolzens 13 von dem zweiten Ventilsitz 12 öffnen.
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Anhand des Ausführungsbeispiels, wie es in der 1 gezeigt ist, soll nachfolgend die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit erläutert werden.
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Während des Betriebs einer hydraulischen Anlage z. B. eines Fahrantriebs können grundsätzlich zwei Betriebszustände auftreten: Befindet sich in der Arbeitsleitung, die mit dem Arbeitsleitungsanschlussverbunden ist, Hochdruck, so ist der dort herrschende Druck höher als der am Speise-Anschlussherrschende Druck, der wie bereits beschrieben 25 bar betragen kann. In diesem Fall muss durch die erfindungsgemäße Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 eine Druckbegrenzung in dem zweiten Druckbereich und somit in der Arbeitsleitung sichergestellt werden. Bei den Ausführungsbeispielen wird von kreisförmigen Querschnittsflächen ausgegangen, weswegen die nachfolgenden Erläuterungen unter Verwendung derer Durchmesser gemacht werden. Die mit dem Druck des Arbeitsleitungsanschlussesin Öffnungsrichtung des Druckbegrenzungsventils beaufschlagte druckwirksame Fläche des Ventilbolzens 13 ergibt sich dabei aus der Differenz zwischen dem Durchmesser des zweiten Ventilsitzes 12 und dem Durchmesser d1 des in dem Führungsabschnitt geführten Teils des Ventilbolzens 13. Da der Durchmesser d1 des Ventilbolzens 13 in dem Führungsabschnitt kleiner als der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes ist, wird durch den Druck des zweiten Druckbereichs eine entgegengesetzt zur Kraft der ersten Schließfeder auf den Ventilbolzen 13 wirkende hydraulische Kraft erzeugt. Gleichsinnig mit dieser Kraft wirkt die Kraft der zweiten Schließfeder 35. Zusätzlich zur Kraft der ersten Schließfeder 10 wirkt gleichsinnig mit dieser auf den Ventilbolzen 13 eine hydraulische Kraft, die durch den Druck des ersten Druckbereichs hervorgerufen wird. Auch dieser wirkt auf eine Differenzfläche, die sich aus den unterschiedlichen Durchmessern im Bereich des Führungsabschnitts und des zweiten Dichtsitzes ergibt. Übersteigt nun die hydraulische Kraftdifferenz an dem Ventilbolzen 13 die durch die beiden Schließfedern 10, 35 festgelegte Kraftdifferenz, so hebt der Schließkopf 14 von dem zweiten Ventilsitz 12 ab und verbindet den ersten und den zweiten Druckbereich. Druckmittel kann somit aus dem zweiten Druckbereich in den ersten Druckbereich abströmen. Durch Anpassung der unterschiedlichen Durchmesser im Bereich des Führungsabschnitts und des zweiten Ventilsitzes 12 wird somit eine einstellbare druckwirksame Fläche geschaffen. Die Wahl des gegenüber dem zweiten Ventilsitz 12 verkleinerten Durchmessers d1 des Führungsabschnitts erlaubt somit eine einfache Einstellung im Hinblick auf die zu erwartenden Drücke.
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Bildet die mit dem Arbeitsleitungsanschluss verbundene Arbeitsleitung dagegen die Niederdruckseite der hydraulischen Anlage, z. B. bei Fahrtrichtungsumkehr oder Lastumkehr, so tendiert der dort herrschende Druck dazu, kleiner als der in dem ersten Druckbereich herrschende Druck zu werden. In diesem Fall spielt die Nachsaugfunktion der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1 eine Rolle. Fällt der Druck in der Arbeitsleitung unter einen vorgegebenen Wert, so ist ein Nachfördern von Druckmittel aus dem Speisesystem in die Arbeitsleitung erforderlich. Im Bezug auf die Nachsaugfunktion wird die gesamte Ventilbaugruppe durch die zweite Schließfeder 35 zunächst in Anlage an den ersten Ventilsitz 9 gehalten. Der Führungsdurchmesser D des Ventilschließkörpers 7 ist kleiner als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes 9. Auf die Ventilbaugruppe wirkt somit durch den Druck des ersten Druckbereichs eine hydraulische Kraft, die der Kraft der zweiten Schließfeder 35 entgegenwirkt. In dem Bereich 27, den Querbohrungen 20 und dem Arbeitsleitungsanschluss wirkt dagegen der nun niedrigere Druck des zweiten Druckbereichs. Gleichsinnig mit der Kraft der zweiten Schließfeder 35 wirkt somit auf die Ventilbaugruppe der Druck des zweiten Druckbereichs 6. Übersteigt nun die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckbereich und dem zweiten Druckbereich einen durch die zweite Schließfeder 35 vorgegebenen Wert, der zwischen 1 und 1,5 bar liegen kann, so hebt die gesamte Ventilbaugruppe und damit insbesondere der Ventilschließkörper 7 von dem ersten Dichtsitz ab und gibt eine durchströmbare Verbindung zwischen dem ersten Druckbereich 5 und dem zweiten Druckbereich 6 frei.
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2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1'. Dabei wurden gleiche Bezugszeichen für Bauteile mit der gleichen Funktion übernommen.
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In der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1' gemäß zweitem Ausführungsbeispiel wird der Federraum 18 in dem ersten Ventilgehäuseteil 2 nicht als Längsbohrung realisiert wie in der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit der 1. Der Federraum 18 weist vielmehr in den die Ventilbaugruppe 7', 10, 13, 15 führenden Bereichen jeweils eine Verengung des Durchmessers der Aufnahmeausnehmung 16' auf. Eine erste Verengung 29 führt den Federteller 15 mit Spiel und eine zweite Verengung 30 führt dichtend den Teil des Verschließkörpers 7', der sich in der Aufnahmeausnehmung 16' befindet und den Federraum 18 von dem zweiten Druckbereich trennt. Eine solche Aufnahmeausnehmung 16' kann z. B. durch das Gießen des ersten Ventilgehäuseteils 2 und anschließende spanende Bearbeitung realisiert werden. Dabei ist die zweite Verengung 30 radial etwas weiter als die erste Verengung 29, um bei der Produktion die Ventilbaugruppe 7', 10, 13, 15 einfach in die Aufnahmeausnehmung 16' einführen zu können.
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Der Arbeitsleitungsanschluss ist weiterhin mit der Ventilschließkörper-Öffnung 11 über den Bereich 27 und die aufgrund der Lage des Schnitts in 2 nur teilweise erkennbaren Querbohrungen 20 verbunden. Ein in dem Ventilschließkörper 7' ausgebildeter Verbindungskanal 25 verbindet den Arbeitsleitungsanschluss mit einer in dem Ventilschließkörper 7' angeordneten, den Ventilbolzen 13 umgebenden Ringnut, die ein mit dem zweiten Druckbereich 6 verbundenes Volumen 26 darstellt. In diesem Bereich der Ringnut ist durch eine Stufe 28 eine stufenförmige Verringerung des Durchmessers des Ventilbolzens 13 in Richtung der Aufnahmeausnehmung 16' realisiert. Die sich ergebende ringförmige Fläche an dem Ventilbolzen 13 ist mit dem Druck des zweiten Druckbereichs am Arbeitsleitungsanschluss beaufschlagt, sodass eine öffnende hydraulische Kraft auf den Ventilbolzen 13 durch den Druck des zweiten Druckbereichs 6 erzeugt wird. Auf der zu dem Federraum 18 gewandten Seite der Stufe 28 ist der erste Führungsabschnitt 19 ausgebildet. Zusätzlich zu diesem ersten Führungsabschnitt 19 ist ein zweiter Führungsabschnitt 21 in dem Ventilschließkörper 7' auf der dem zweiten Druckbereich 6 und dem Schließkopf 14 zugewandten Seite ausgebildet.
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Im ersten wie auch im zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1, 1' wird durch den ersten Führungsabschnitt 19 der über die Längsbohrung 53 mit dem ersten Druckbereich verbundene Federraum 18 als mit dem ersten Druckbereich verbundenes Volumen von einem mit dem Druck der Arbeitsleitung beaufschlagten Volumen bzw. dem zweiten Druckbereich getrennt. Während im Falle des ersten Ausführungsbeispiels der erste Führungsabschnitt 19 den Federraum 18 von dem Bereich 27 trennt, ist im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels nach 2 in dem Ventilschließkörper 7' die Ringnut als mit dem zweiten Druckbereich 6 verbundenes Volumen 26 vorgesehen. Damit kann im Bereich des sich in Richtung auf den Schließkopf 14 zu an die Stufe 28 anschließenden zweiten Führungsabschnitts 21 ein Durchmesser d2 des zweiten Führungsabschnitts 21 und damit des Ventilbolzens 13 so gewählt werden, dass er gleich dem Durchmesser des zweiten Dichtsitzes ist. Im Bereich 27 wirken dann aufgrund des Drucks des zweiten Druckbereichs auf den Ventilbolzen 13 keine axialen Kräfte. Die den Ventilbolzen 13 in Öffnungsrichtung des Druckbegrenzungsventils beaufschlagenden hydraulischen Kräfte aufgrund des Drucks in dem zweiten Druckbereich wirken zur Erzeugung einer resultierenden Kraft ausschließlich an der Stufe 28, während sie sich im übrigen aufheben.
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Der Federteller 15 und der Ventilschließkörper 7' weisen zu jeweils der ersten Schließfeder 10 hin gerichtet den Ventilbolzen 13 umgebende Schäfte auf, die so ausgestaltet sind, dass sie die erste Schließfeder 10 an deren Enden zentrieren können. Dies erleichtert ebenfalls die Produktion der Ventilbaugruppe 7', 10, 17, 13, 15.
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Die 3 zeigt ein drittes, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Wie schon bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist auch hier zwischen dem Bereich 27 und dem Federraum 18 in dem Ventilschließkörper 7" ein erster Führungsabschnitt 19 und ein zweiter Führungsabschnitt 21 ausgebildet. Die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser d1 des ersten Führungsabschnitts 19 ist dabei wiederum kleiner als die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser d2 des zweiten Führungsabschnitts 21. Zwischen den beiden Führungsabschnitten 19 und 21 ist in dem Ventilkörper 7" wiederum ein Volumen 26' durch einen Ringkanal ausgebildet. Der Ventilbolzen 13 ist sowohl in dem ersten Führungsabschnitt 19 als auch in dem zweiten Führungsabschnitt 21 dichtend aber in Längsrichtung verschiebbar geführt. An dem Ventilbolzen 13 ist wiederum die Stufe 28 ausgebildet. Die Lage der Stufe 28 und einer mit dem ersten Druckbereich verbundenen Querbohrung, die Bestandteil eines Verbindungskanals 22 ist, ist so gewählt, dass sowohl im geschlossenen Zustand des Druckbegrenzungsventils als auch in geöffnetem Zustand auf Grund der axialen Erstreckung des Ringkanals eine fluidische Verbindung des ersten Druckbereichs 5 mit dem Volumen vor der Stufe 28 existiert. Damit ist die ringförmige Fläche, die durch die Stufe 28 ausgebildet wird, jeweils mit dem in dem ersten Druckbereich herrschenden Druck beaufschlagt. Der vorgenannte Ringkanal schafft außerdem eine vorteilhafte Distanz zwischen den beiden Führungsabschnitten 19 und 21. Neben einer Verbesserung der Führung ergibt sich auch ein Vorteil für die Fertigung, da eine schwierige Bearbeitung unmittelbar an dem Durchmessersprung zwischen den beiden Führungsabschnitten entfällt.
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Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 2 ist hier das Volumen 26' des vorgenannten Ringkanals nicht mit dem Druck des zweiten Druckbereichs 6 beaufschlagt, sondern mit dem Druck des ersten Druckbereichs 5. Daher muss im Gegensatz zur Ausführung nach 2 auch der zweite Führungsabschnitt 21 dichtend mit dem Ventilbolzen 13 zusammenwirken. In dem Ventilbolzen 13 ist eine verkürzte Längsbohrung 53' vorgesehen, die ebenfalls Bestandteil des Verbindungskanals 22 ist. Die verkürzte Längsbohrung 53' mündet in die Querbohrung aus, sodass der vorgenannte Ringkanal ein mit dem ersten Druckbereich 5 verbundenes Volumen 26' bildet. Die Querbohrung durchdringt vorzugsweise entlang des Durchmessers den Ventilbolzen 13. Dies kann entweder im Bereich des ersten Durchmessers d1, der dem Durchmesser der ersten Führungsabschnitts 19 entspricht, oder aber, wie es bevorzugt und dargestellt ist, im Bereich des zweiten Durchmessers d2 wie in der Zeichnung dargestellt erfolgen. Der zweite Durchmesser d2 entspricht dem Durchmesser des zweiten Führungsabschnitts 21.
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Zur Öffnung der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1", also zum Abheben des Schließkopfs 14 von dem zweiten Dichtsitz, muss auf den Ventilbolzen 13 wie schon bei den vorhergehenden Ausführungen beschrieben, eine hydraulische Kraft aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckbereich 5 und dem zweiten Druckbereich 6 wirken. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Federraum 18 über einen Verbindungskanal 31 mit dem zweiten Druckbereich 6 am Arbeitsleitungsanschluss verbunden. Im dargestellten Beispiel ist der Verbindungskanal 31 am äußeren Umfang des Ventilschließkörpers 7" in dessen Führungsbereich ausgebildet. Dies dient jedoch lediglich der Verdeutlichung der Verbindung zwischen dem zweiten Druckbereich 6 und dem Federraum 18. Bevorzugt ist der Durchmesser D in dem Führungsbereich des Ventilschließkörpers 7" in der Aufnahmeausnehmung 16 zur Ausbildung einer Spielpassung gewählt. „Spielpassung“ bedeutet allgemein, dass der Außendurchmesser des eingesetzten Bauteils kleiner ist als der Innendurchmesser des aufnehmenden Bauteils. Dadurch wird ein Spalt zwischen dem Ventilschließkörper 7" und der Aufnahmeausnehmung 16 erzeugt, der einen Druckausgleich zwischen dem Federraum 18 und dem zweiten Druckbereich ermöglicht.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes 12 genauso groß wie der Durchmesser d2 des zweiten Führungsabschnitts 21. Damit wird durch den Druck des zweiten Druckbereichs wirksam nur eine Stirnfläche 32 des Ventilbolzens 13 beaufschlagt, deren Größe durch den Durchmesser d1 gegeben ist. Die Stirnfläche 32 des Ventilbolzens 13 auf seiner von dem Schließkopf 14 abgewandten Seite ragt in allen drei Ausführungsbeispielen in den Federraum 18 hinein, ist jedoch nicht in einer in dem ersten Ventilgehäuseteil 2 separat vorgesehenen Sackbohrung geführt. Eine Beaufschlagung der Stirnfläche 32 des Ventilbolzens 13 mit einer hydraulischen Kraft erfolgt daher bei allen Ausführungsbeispielen immer mit dem in dem Federraum 18 herrschenden Druck.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 2, bei dem das Volumen des Ringkanals zur Sicherstellung der Druckbegrenzungsfunktion mit dem Hochdruck der Arbeitsleitung beaufschlagt ist und der Federraum 18 mit dem Druck des Speisesystems beaufschlagt ist, sind nun im Ausführungsbeispiel der 3 die Druckverhältnisse umgekehrt. Dementsprechend wird zum Öffnen der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1" die Stirnfläche 32 des Ventilbolzens 13 in dem Federraum 18 mit dem Hochdruck beaufschlagt. Aufgrund der radialen Stufe 28 des Ventilbolzens 13 und seiner Führung in dem ersten Führungsabschnitt 19 sowie dem zweiten Führungsabschnitt 21 kann die Größe der wirksam mit dem Druck des zweiten Druckbereichs beaufschlagte Stirnfläche 32 des Ventilbolzens 13 unabhängig vom Durchmesser des zweiten Dichtsitzes eingestellt werden. Der Durchmesser des zweiten Dichtsitzes und der Durchmesser d2 des zweiten Führungsabschnittes 21 sind identisch. Der Druck, der in dem zweiten Druckbereich herrscht und im Bereich 27 auf den Ventilbolzen in axialer Richtung wirkt, führt dann zu keiner axialen Kraft auf den Ventilbolzen 13. Dies hat den Vorteil, dass der Durchmesser d2 des zweiten Führungsabschnitts 21 und der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes 12 bei verschiedenen Ventilvarianten ohne Auswirkungen auf den Öffnungsbeginn des Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1" verschieden groß gemacht werden können. Insbesondere kann damit die Abspritzfläche beim Öffnen der Druckbegrenzungs- und Nachsaugventileinheit 1" leicht angepasst werden, ohne dass verschiedene Schließfedern 10 verwendet werden müssten.
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Soll ergänzend zur hydraulischen Kraft, die an der Stirnfläche 32 angreift, noch eine weitere Kraft durch den Druck des zweiten Druckbereichs wirken, so kann der Durchmesser des zweiten Dichtsitzes auch größer als der Durchmesser d2 des zweiten Führungsabschnitts 21 gewählt werden.
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Bei allen drei gezeigten Ausführungsbeispielen ist ferner der Durchmesser des Federtellers 15 so gewählt, dass die zu beiden Seiten des Federtellers 15 ausgebildeten Teilvolumina des Federraums 18 über einen Spalt am äußeren Umfang des Federtellers 15 miteinander in fluidischer Verbindung stehen. Der Verbindungskanal 25 in dem Ventilschließkörper 7' ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der 2 schräg zur Ventillängsachse angeordnet und verbindet einen Außenumfang des Ventilschließkörpers 7' mit dem betreffenden Ringkanal. Ebenso kann jedoch auch im Bereich des zweiten Führungsabschnitts 21 ein sich in axialer Richtung erstreckender Verbindungskanal ausgebildet sein. Andererseits ist es im Ausführungsbeispiel nach 3 auch möglich, die Verbindung zwischen dem dortigen Ringkanal und dem ersten Druckbereich mittels des Ventilschließkörpers 7" zu erzeugen. Dieser müsste dann vom Ringkanal ausgehend wenigstens einen Kanal aufweisen, der zwischen den Querbohrungen 20 hindurch zur Ventilschließfläche 8 hin verläuft. In gleicher Weise können auch über entsprechende Bohrungen in Längsrichtung des Ventilschließkörpers 7' der Federraum 18 mit dem ersten Druckbereich beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 verbunden sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind vorteilhafte Kombinationen einzelner Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander möglich.
