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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere ein Regelventil einer Verstellpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 101 36 416 A1 ist eine gattungsgemäße Regelventil-Baugruppe bekannt. Diese hat ein Ventilgehäuse, in das ein Druckregelventil und ein Förderstromregelventil integriert sind. Ein Regelkolben der Regelventile ist jeweils mittels einer Regelfeder in eine Richtung vorgespannt. Bei der bekannten Lösung wird an das Ventilgehäuse stirnseitig ein Federgehäuse angesetzt, in dem die jeweilige Regelfeder angeordnet ist, die über einen Federteller am Regelkolben angreift. Diese Regelfeder stützt sich ihrerseits an einer Stützscheibe ab, die mittels einer Einstellschraube in Axialrichtung verstellbar ist, so dass die Regelfedervorspannung über die Einstellschraube justiert werden kann.
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Derartige Regelventile für Verstellpumpen werden meist auf vom Kunden gewünschte Werte eingestellt. Diese Einstellung wird vorzugsweise nur ein einziges Mal beim Pumpenhersteller vor Auslieferung der Verstellpumpe vorgenommen. Zu diesem Zweck werden die Verstellpumpen auf Prüfständen bei der Pumpenherstellung durch eine Prüfperson eingestellt und gegen ein nachträgliches, versehentliches Verändernder Einstellung gesichert. Diese Sicherung erfolgt beispielsweise bei den gattungsgemäßen Regelventilen über eine Kontermutter, über die die Einstellschraube mit dem Federgehäuse verspannt ist. Um den Federraum abzudichten, sind bei der bekannten Lösung noch O-Ringe erforderlich, die zum einen den Überlappungsbereich zwischen dem Federgehäuse und dem Ventilgehäuse und zum anderen den Bereich zwischen der Einstellschraube und dem Federgehäuse abdichten, so dass der die Regelfeder aufnehmende Federraum nach außen hin zuverlässig abgeschlossen ist.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass eine Vielzahl von Bauelementen zur Justierung und Abstützung der Regelfeder sowie eine Vielzahl von Dichtungen zur Abdichtung des Federraums vorgesehen werden müssen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Ventilanordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist die hydraulische Ventilanordnung mit einem Ventilgehäuse ausgeführt, in dem eine einen Ventilkolben aufnehmende Ventilbohrung ausgebildet ist. Dieser Ventilkolben ist über eine Feder vorgespannt, die sich an einem zumindest einmalig axial justierbaren Federsitz abstützt. Erfindungsgemäß ist dieser Federsitz anstelle der eingangs beschriebenen, sehr aufwendig ausgeführten Schraubverstellung als radial aufweitbare Spreizhülse ausgeführt, die kraftschlüssig in die Ventilbohrung eingesetzt ist und diese verschliesst. Derartige radial aufweitbare Spreizhülsen sind auch unter dem Begriff „Expander” bekannt und finden auch in der Hydraulik Anwendung. So ist in der
DE 199 33 371 A1 beschrieben, eine Spreizhülse mittels eines Drosselkörpers zu verspannen, der mit einer Einschnürung ausgeführt ist, entlang der der Drosselkörper beim Verspannen abreißt und dann den Drosselquerschnitt frei gibt.
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In der
US 4,091,841 ist es beschrieben, einen Druckmittelströmungspfad mittels eines Expanders zu verschließen.
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Die Verwendung dieser Expander zur Abstützung von Federn einer hydraulischen Ventilanordnung ist im Stand der Technik jedoch ohne jedes Vorbild.
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Durch die Verwendung derartiger Spreizhülsen kann auf die komplexe Gewindeverstellung gemäß dem Stand der Technik verzichtet werden; des Weiteren wird die Anzahl der Dichtflächen gegenüber diesem Stand der Technik wesentlich verringert, da diese Spreizhülse direkt in eine Ventilbohrung oder einen sich daran anschließenden Federraum eingesetzt werden kann, ohne dass es eines zusätzlichen Federgehäuses zur Aufnahme der vorbeschriebenen Stelleinrichtung bedarf.
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Dementsprechend lässt sich die Anzahl der Bauelemente sowie der Dichtflächen gegenüber der eingangs beschriebenen Lösung erheblich verringern, so dass sowohl die Montage als auch die Fertigung vereinfacht ist. Zur Justierung wird die mittelbar oder unmittelbar an der Feder anliegende Spreizhülse in die Ventilbohrung oder den Federraum eingeschoben bis der gewünschte Einstellwert erreicht ist und anschließend radial aufgeweitet, so dass diese mit der Ventilbohrung bzw. dem Federraum dichtend verspannt ist. Während dieser Radialaufweitung ändert sich die Axialposition der Spreizhülse nicht, so dass der gewünschte Einstellwert zuverlässig beibehalten wird.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Spreizhülse mit einem Konusbolzen ausgeführt, der beispielsweise über eine daran befestigte Zugstange zum radialen Aufweiten der Spreizhülse betätigbar ist. Diese Zugstange ist vorzugsweise mit einer Sollbruchstelle versehen, so dass sie nach dem Aufweiten der Spreizhülse vom Konusbolzen gelöst werden kann.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die federseitige Stirnfläche der Spreizhülse zumindest um den Montageweg zum Aufweiten in Axialrichtung zur Feder hin über den Konusbolzen hinaus ragt, so dass der Konusbolzen weder in der nicht aufgeweiteten Grundposition der Spreizhülse noch in der Spreizposition in Wirkverbindung mit der Feder kommen kann.
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Dies lässt sich besonders einfach gestalten, indem sich federseitig an die Spreizhülse ein Distanzstück anschließt, dass diese federseitige Stirnfläche ausbildet und dessen Axiallänge so bestimmt ist, das der Konusbolzen in dem lose in die Spreizhülse eingesetzten Zustand nicht über das Distanzstück in Axialrichtung übersteht.
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Dieses Distanzstück kann einstückig mit der Spreizhülse oder als separates Bauteil ausgeführt sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen dem Distanzstück und der Feder eine Stützscheibe angeordnet, die als Auflager für die Feder dient.
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Diese Stützscheibe kann wiederum als separates Bauteil oder aber auch einstückig mit dem Distanzstück ausgeführt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Innenbohrung der Spreizhülse gegenläufig konisch zum Konusbolzen ausgeführt. Der Innendurchmesser des Distanzstückes ist dementsprechend größer als der größte Durchmesser des Konusbolzens oder der Spreizhülse ausgeführt.
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Zur weiteren Verbesserung der Lagefixierung der Spreizhülse können an deren Außenumfang Umfangsnuten ausgebildet sein, die zu einem „Verhaken” mit der Umfangswandung der Ventilbohrung führt und somit den Sitz verbessert.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Regelfedern eines Förderstromregelventils und eines Druckregelventils eines Pumpenreglers in der vorbeschriebenen Art und Weise über eine Spreizhülse abgestützt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand einer einzigen Figur näher erläutert, die einen Längsschnitt durch eine Regelventilanordnung
1 eines Pumpenreglers zeigt. Der Grundaufbau dieser Regelventilanordnung
1 ist detailliert im eingangs beschriebenen Stand der Technik gemäß der
DE 101 36 416 A1 beschrieben. Der schematische Aufbau des Pumpenreglers ist des Weiteren in dem von der Bosch Rexroth AG heraus gegebenen Datenblatt RD 92 711/10.07 erläutert, so dass im Folgenden lediglich die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente beschrieben sind und im Übrigen der Einfachheit halber auf den vorgenannten Stand der Technik verwiesen wird.
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Die Regelventilanordnung 1 hat ein Ventilgehäuse 2, in dem ein Förderstromregelventil 4 und ein Druckregelventil 6 aufgenommen sind. Das Druckregelventil 6 bewirkt eine Konstanthaltung des Druckes in einem Hydrauliksystem innerhalb des Regelbereiches der Pumpe. Mittels des Förderstromregelventils 4 kann über einen Differenzdruck am Verbraucher der Förderstrom der Pumpe eingestellt werden, so dass die Pumpe nur die vom Verbraucher tatsächlich benötigte Druckmittelmenge fördert.
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Am Ventilgehäuse sind ein den Pumpendruck führender Druckanschluss P, ein Arbeitsanschluss A, ein Tankanschluss T und ein in der Figur lediglich angedeuteter LS-Anschluss X vorgesehen. Der genannte Arbeitsanschluss A steht in Druckmittelverbindung mit einem Druckraum eines Stellzylinders, über den wie im Datenblatt RD 92 711 erläutert, ein Schwenkwinkel einer verstellbaren Axialkolbenpumpe verstellbar ist. Eine Schrägscheibe dieser Axialkolbenpumpe ist über einen Federmechanismus ausgeschwenkt und lässt sich durch den Druck im Druckraum des Stellzylinders zurück verschwenken. Am LS-Anschluss X liegt der höchste Lastdruck aller Verbraucher des über die Pumpe mit Druckmittel versorgten Systems an, der beispielsweise über eine Wechselventilkaskade von den Verbrauchern abgegriffen wird.
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Das Druckregelventil 6 hat einen Druckregelkolben 8, der in einer Ventilbohrung 10 geführt ist und über eine Druckregelfederanordnung 12 mit zwei koaxial zueinander angeordneten Federn in die dargestellte Grundposition vorgespannt ist, in der er an einer in die Ventilbohrung 10 eingesetzte Verschlussschraube 14 anliegt. In die Ventilbohrung 10 mündet ein zum Druckanschluss P führender, als Schrägbohrung ausgeführter Druckkanal 16 ein, der sich über die Ventilbohrung 10 hinaus bis hin zu einer Ventilbohrung 18 des Förderstromregelventils 4 erstreckt. Der Druckregelkolben 8 ist mit einem Steuerbund 20, einem benachbart dazu angeordneten Führungsbund 22 sowie zwei Endbunden 24 und 26 ausgeführt. Der in der Figur linke Endbund 26 liegt in der Grundposition an der Verschlussschraube 14 an und begrenzt mit dieser einen in der Figur nicht sichtbaren Steuerraum, der über eine als Winkelbohrung ausgeführte Steuerbohrung 28 mit dem Druck im Ringraum zwischen dem Endbund 26 und dem Steuerbund 20 beaufschlagt ist. Dieser Steuerdruck entspricht dem Pumpendruck.
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In dem hydraulisch mit dem Stellzylinder verbundenen Arbeitsanschluss A mündet ein ebenfalls als Sacklochbohrung ausgeführter Arbeitskanal 30, der die Ventilbohrung 10 schneidet und in den in der dargestellten Grundposition der Steuerbund 20 mit seinem rechten Endabschnitt eintaucht, so dass die Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss P und dem Arbeitsanschluss A abgesperrt ist.
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In der Figur unterhalb der Ventilbohrung 10 verläuft parallel zu dieser ein Längskanal 32, der rechts in einen zum Tankanschluss T führenden Tankkanal 34 einmündet. In diesen Längskanal 32 ist in Querrichtung ein Düsenkörper 36 mit zwei Radialdüsen 38, 40 eingesetzt, über die der Arbeitskanal 30 mit dem Tankkanal 34 verbunden ist.
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Zwischen diese beiden Düsen 38, 40 mündet ein Zwischenkanal 39 ein, der die beiden Ventilbohrungen 10, 18 miteinander verbindet und in den in der dargestellten Grundposition ein linker Endabschnitt des Führungsbunds 22 eintaucht, so dass in dieser Grundposition die Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitskanal 30 und dem Verbindungskanal 39 durch die Steuernut zwischen den beiden Bunden 20, 22 aufgesteuert ist.
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Der in der Figur rechte Endbund 24 liegt an einem Federteller 42 an, an dem die Druckregelfederanordnung 12 angreift. Diese ist an einer Stützscheibe 44 abgestützt, die ihrerseits über eine Distanzhülse 58 an einem Expander 46 anliegt, der kraftschlüssig in einen koaxial zur Ventilbohrung 10 ausgebildeten Federraum 48 eingesetzt ist. Die Axialposition des Expanders 46 und der Stützscheibe 44 innerhalb des Federraums 48 bestimmt die Vorspannung der Druckregelfederanordnung 12 und somit den Regeldruck des Druckregelventils 6. Der Expander 46 hat eine radial aufweitbare Spreizhülse 50, mit einer konisch, sich nach rechts hin verjüngenden Konusbohrung 52, die mit einem Konusbolzen 54 verspannt wird. Dieser Konusbolzen 54 kann über eine geeignete Einrichtung, beispielsweise über einen Abreißstift 88 oder eine sonstige Vorrichtung in Axialrichtung nach rechts verschoben werden, um die Spreizhülse 50 in Radialrichtung aufzuweiten und kraftschlüssig und dichtend mit dem Außenumfang des Federraums 48 zu verspannen. Die Geometrie der Spreizhülse 50 ist so gewählt, dass diese Verspannung mit einer Materialverformung einhergeht, die die kraftschlüssige Verbindung unterstützt. Am Außenumfang der Spreizhülse 50 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Umfangsnuten 56 vorgesehen. Wie eingangs ausgeführt, dienen diese Umfangsnuten 56 zum Verbessern des Sitzes der Spreizhülse 50 an der diese umgebenden Umfangswandung. Die Anzahl und die Form der Umfangsnuten 56 ist von der Materialpaarung (Spreizhülse 50, Ventilgehäuse 2) abhängig. Prinzipiell kann auch auf eine derartige Umfangsnut verzichtet werden.
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Da – wie in der Figur dargestellt – der Konusbolzen 54 im unverspannten Zustand und auch im verspannten Zustand (siehe Figur) nach links hin über die Spreizhülse 50 vorsteht, ist in Abhängigkeit von diesem Montageweg (Axialabstand zwischen unverspannter Position und verspannter Position des Konusbolzens 54) eine Distanzhülse 58 vorgesehen, deren Axiallänge größer als der vorgenannte Weg ist, so dass der Konusbolzen 54 ohne Kollision mit der Stützscheibe 44 bewegt werden kann. Zur Montage wird die Einheit bestehend aus Stützscheibe 44, Distanzhülse 58, Spreizhülse 50 und Konusbolzen 54 in den Federraum 48 eingesetzt und so weit verstellt bis die gewünschten Einstellwerte erreicht sind. Diese Einstellung erfolgt vorzugsweise hydraulisch, d. h. im Betrieb der Ventilanordnung wird der Expander 46 so weit in den Federraum 48 eingeschoben, bis die Druckabschneidung den gewünschten Druckwert, beispielsweise 250 bar, erreicht hat. Die dabei erreichte Axialposition des Expanders 46 wird dann über einen gestrichelt angedeuteten Gegenhalter 90 gesichert, der stirnseitig an der Spreizhülse 50 anliegt.
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Im Anschluss daran wird der Konusbolzen 54 zum radialen Aufweiten der Spreizhülse 50 mittels des Abreißstifts 88 aus seiner nicht dargestellten unverspannten Position nach rechts bewegt bis die Spreizhülse 50 kraftschlüssig an der Umfangswandung des Federraums 48 anliegt, wobei über die Distanzhülse 58 die Stützscheibe 44 stets im Abstand zum Konusbolzen 54 gehalten ist. Nach dem Verspannen dieses Expanders 46 ist der Federraum 48 druckdicht abgesperrt und die Vorspannung der Druckregelfederanordnung 12 festgelegt und kann versehentlich nicht mehr verändert werden. Der über eine Sollbruchstelle 89 an den Konusbolzen 54 angebundene Abreißstift 88 reißt bei Überschreiten einer bestimmten Zugkraft ab, sodass er dann vom Konusbolzen 54 getrennt ist.
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Das in der Figur oben dargestellte Förderstromregelventil 4 hat einen Regelkolben 60, der in der Ventilbohrung 18 verschiebbar ist und in der Grundstellung gemäß der Figur über eine Regelfederanordnung 62 gegen eine weitere Verschlussschraube 64 vorgespannt ist. Der Regelkolben 60 hat einen Steuerbund 66, einen Führungsbund 68 sowie zwei Endbunde 70, 72. Der letztgenannte Endbund 72 taucht in einen Federraum 74 für die Regelfederanordnung 62 ein, der andere Endbund 70 liegt in der Grundposition an der Verschlussschraube 64 an und begrenzt mit ihr einen Steuerraum, der über eine weitere als Winkelbohrung ausgeführte Steuerbohrung 76 mit dem Druck in einen Ringraum zwischen dem Steuerbund 66 und dem Endbund 70 beaufschlagt ist. In diesen Ringraum mündet der Druckkanal 16 ein, so dass im linken Steuerraum des Förderstromregelventils 4 der Pumpendruck anliegt.
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Der Steuerbund 66 ist so ausgebildet, dass er in der Grundposition die Druckmittelverbindung des genannten Steuerraums und somit des Druckkanals 16 zum Zwischenkanal 39 absperrt. Über die Steuernut zwischen dem Steuerbund 66 und dem Führungsbund 68 ist in der dargestellten Grundposition die Druckmittelverbindung zwischen dem Zwischenkanal 39 und dem Tankkanal 34 aufgesteuert, so dass entsprechend der Arbeitsanschluss A über den Arbeitskanal 30, den Zwischenkanal 39 und den Tankkanal 34 mit dem Tankanschluss T verbunden ist und somit der Druckraum des Stellzylinders zur Verstellung des Schwenkwinkels mit Tankdruck beaufschlagt ist (Pumpe ausgeschwenkt).
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Die Regelfederanordnung 62 greift über einen Federteller 77 an dem Endbund 72 des Regelkolbens 60 an und ist an einer Stützscheibe 78 abgestützt, deren Axialposition ebenfalls über einen Expander 80 festgelegt ist. Der Aufbau des Expanders 80 entspricht demjenigen des Expanders 46 des Druckregelventils 6. Dementsprechend wird über einen Konusbolzen 82 eine Spreizhülse 84 mit der Umfangswandung des Federraums 62 verspannt, wobei wiederum eine Distanzhülse 86 vorgesehen ist, um den erforderlichen Montagehub des Konusbolzens 82 ohne Kollision mit der Stützscheibe 78 zu ermöglichen. Beim Expander 80 ist noch der oben erwähnte Abreißstift 88 sichtbar, der in Axialrichtung aus dem Ventilgehäuse 2 heraus ragt – dieser kann vollständig entfernt werden.
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Im Bereich des Federraums 74 zwischen dem Expander 80 und dem Endbund 72 wirkt der höchste Lastdruck der angesteuerten Verbraucher, der über den LS-Anschluss X abgegriffen wird. Dementsprechend ist der Regelkolben 60 des Förderstromregelventils 4 einerseits vom Pumpendruck und andererseits vom Lastdruck sowie von der Kraft der Regelfederanordnung 62 beaufschlagt, so dass in der Regelposition der Pumpendruck auf einen Wert eingeregelt ist, der um das Druckäquivalent der Regelfederanordnung 62 oberhalb des höchsten Lastdrucks liegt. In dieser Regelposition befindet sich der Steuerbund 66 in Überdeckung mit dem Zwischenkanal 39, so dass je nach Druckdifferenzveränderung an einer nicht dargestellten Zumessblende die Verstellpumpe ausgeschwenkt (Verbindung mit Tankdruck) oder zurück geschwenkt (Verbindung mit Pumpendruck) werden kann.
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Weitere Erläuterungen der Funktion des Pumpenreglers sind mit Hinweis auf den eingangs beschriebenen Stand der Technik entbehrlich.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion mit Abstützung der Regelfeder an einen Expander besteht darin, dass das Ventilgehäuse äußerst einfach aufgebaut werden kann, da keine Vorkehrungen zum Ansetzen eines Verstell- und Dichtsystems getroffen werden müssen. Die Anzahl und Komplexität der Bauelemente bei der Verwendung eines Expanders gegenüber den herkömmlichen Lösungen lässt sich ganz wesentlich verringern, wobei auch die Dichtigkeitsprobleme weitestgehend beseitigt sind, da die dichtende Anlage der Spreizhülse an der Umfangswandung des Federraums und die dichtende Anlage des Konusbolzens am Innenumfang der Spreizhülse durch geeignete Materialwahl und Bearbeitung ohne weiteres möglich ist, wobei an die Oberflächenqualität vergleichsweise geringe Anforderungen gestellt sind.
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Es wird darauf hingewiesen, dass mit dem Begriff „Ventilanordnung” oder „Federanordnung” auch ein einzelnes Ventil oder eine einzelne Feder verbunden sein kann.
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Offenbart ist eine hydraulische Ventilanordnung, insbesondere eine Regelventilanordnung einer Verstellpumpe, wobei ein Ventilkolben eines Ventils über eine Federanordnung in eine Grundposition vorgespannt ist. Diese Federanordnung ist an einen Expander abgestützt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Regelventilanordnung
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Förderstromregelventil
- 6
- Druckregelventil
- 8
- Druckregelkolben
- 10
- Ventilbohrung
- 12
- Druckregelfederanordnung
- 14
- Verschlussschraube
- 16
- Druckkanal
- 18
- Ventilbohrung
- 20
- Steuerbund
- 22
- Führungsbund
- 24
- Endbund
- 26
- Endbund
- 28
- Steuerbohrung
- 30
- Arbeitskanal
- 32
- Längskanal
- 34
- Tankkanal
- 36
- Düsenkörper
- 38
- Düse
- 39
- Zwischenkanal
- 40
- Düse
- 42
- Federteller
- 44
- Stützscheibe
- 46
- Expander
- 48
- Federraum
- 50
- Spreizhülse
- 52
- Konusbohrung
- 54
- Konusbolzen
- 56
- Umfangsnut
- 58
- Distanzhülse
- 60
- Regelkolben
- 62
- Regelfederanordnung
- 64
- Verschlussschraube
- 66
- Steuerbund
- 68
- Führungsbund
- 70
- Endbund
- 72
- Endbund
- 74
- Federraum
- 76
- Steuerbohrung
- 77
- Federteller
- 78
- Stützscheibe
- 80
- Expander
- 82
- Konusbolzen
- 84
- Spreizhülse
- 86
- Distanzhülse
- 88
- Abreißstift
- 89
- Sollbruchstelle
- 90
- Gegenhalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10136416 A1 [0002, 0021]
- DE 19933371 A1 [0008]
- US 4091841 [0009]
