-
Die Erfindung betrifft ein Ventil umfassend einen in einem Ventilgehäuse geführten Ventilkolben, der zwischen einer eine Fluidverbindung von einem Versorgungsanschluss zu einem Arbeitsanschluss sperrenden Stellung und einer die Fluidverbindung zumindest teilweise freigebenden Stellung bewegbar ist, einen in einem Vorsteuerraum angeordneten Vorsteuerkolben, der in einer ersten Stellung unter Anlage am Ventilkolben einen im Ventilkolben ausgebildeten Fluiddurchgang zum Abführen von Vorsteuerfluid aus dem Vorsteuerraum sperrt und in einer zweiten Stellung den Fluiddurchgang freigibt, eine den Vorsteuerkolben aus der ersten in die zweite Stellung führende Betätigungseinrichtung, und eine den Vorsteuerkolben aus der zweiten in die erste Stellung rückführende Rückstelleinrichtung.
-
Derartige Ventile werden in Fluidsystemen zur Steuerung von Volumenströmen eingesetzt und sind typischerweise als Proportionalventile ausgebildet. Vorgesteuerte Ventile sind besonders gut geeignet zur Schaltung hoher Fluiddrücke und hoher Volumenströme, da Strömungskräfte weitgehend kompensiert werden können. Die Leistungsfähigkeit eines derart vorgesteuerten Ventils hängt vom Verhältnis von benötigtem Einbauraum zum Durchflusswiderstand ab, wodurch eine hohe Leistung bei kleinem Einbauraum erreicht werden kann. Vorgesteuerte Ventile in Schieberausführung können vergleichsweise günstig bei gleichzeitig hoher Leistung hergestellt werden. Werden diese Ventile als Einbauventile konzipiert, ergeben sich zudem Kostenvorteile ohne sogenannte Performance-Verluste.
-
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein sich durch eine besonders kompakte Bauweise und eine sehr hohe Leistungsfähigkeit auszeichnendes Ventil bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in seiner Gesamtheit. Ein erfindungsgemäßes Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass im Ventilkolben ein weiterer Fluiddurchgang zur Zuführung von Vorsteuerfluid vom Versorgungsanschluss zum Vorsteuerraum ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Strömungsquerschnitte beider Fluiddurchgänge derart gewählt ist, dass in der zweiten Stellung des Vorsteuerkolbens mehr Vorsteuerfluid aus dem Vorsteuerraum über den einen Fluiddurchgang abführbar als dem Vorsteuerraum über den anderen weiteren Fluiddurchgang zuführbar ist, und dass der Ventilkolben in einem dem Arbeitsanschluss und dem Versorgungsanschluss zugeordneten ersten Längenabschnitt einen ersten Kolbenquerschnitt und in einem sich in Richtung des Vorsteuerraums an den ersten Längenabschnitt anschließenden zweiten Längenabschnitt einen gegenüber dem ersten Kolbenquerschnitt vergrößerten zweiten Kolbenquerschnitt derart aufweist, dass eine am Übergang vom ersten zum zweiten Längenabschnitt ausgebildete Kolbenfläche zur Führung des Ventilkolbens aus der sperrenden in die zumindest teilweise freigebende Stellung vom Versorgungsanschluss mit Fluid beaufschlagbar ist.
-
Erfindungsgemäß ist im Ventilkolben ein weiterer Fluiddurchgang ausgebildet, durch welchen sowohl in der schließenden als auch in der sperrenden Stellung des Ventilkolbens Fluid vom Versorgungsanschluss, beispielsweise von einem Pumpenanschluss, in den Vorsteuerraum strömen kann. Im unbetätigten Zustand der Betätigungseinrichtung sperrt, anders ausgedrückt verschließt, der Ventilkolben die Fluidverbindung zwischen den beiden Anschlüssen, dem Versorgungsanschluss und dem Arbeitsanschluss, und der zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Ventilkolben angeordnete Vorsteuerkolben liegt am Ventilkolben an. Typischerweise ist am Ventilkolben ein Sitz für den Vorsteuerkolben ausgebildet, wobei der Sitz zugleich eine vorsteuerraumseitige Öffnung des Fluiddurchgangs bildet. Der Vorsteuerkolben liegt in der ersten Stellung von der Rückstelleinrichtung beaufschlagt am Ventilkolben, typischerweise am Sitz, an und sperrt, anders ausgedrückt verschließt, den Fluiddurchgang, so dass im Vorsteuerraum der über den weiteren Fluiddurchgang zugeführte Vorsteuerfluiddruck ansteht.
-
Bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung wird der Vorsteuerkolben gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung vom Ventilkolben, typischerweise vom Sitz, beabstandet, so dass der Fluiddurchgang zur Abführung von Vorsteuerfluid freigegeben wird. Durch die Abführung, anders ausgedrückt den Abfluss, von Vorsteuerfluid über den einen Fluiddurchgang und die demgegenüber mengenmäßig kleinere Zuführung, anders ausgedrückt Zufluss, von Vorsteuerfluid über den anderen weiteren Fluiddurchgang sinkt der Fluiddruck im Vorsteuerraum ab und entsprechend dem Druckabfall kann sich der Ventilkolben in Richtung der Betätigungseinrichtung bzw. des Vorsteuerkolbens in die die Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss zum Arbeitsanschluss zumindest teilweise freigebende Stellung bewegen. Die hierfür erforderliche Kraft wird vom an der Kolbenfläche angreifenden Fluiddruck aufgebracht. Entsprechend des am Versorgungsanschluss vorgegebenen Fluiddrucks und der von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten bzw. an dieser vorgegebenen Betätigungskraft stellt sich entsprechend einem Kräftegleichgewicht am Ventilkolben ein geregelter Abstand zwischen dem Vorsteuerkolben und dem Ventilkolben ein. Wird dieser Abstand Zwischen dem Ventilkolben und dem Vorsteuerkolben beispielsweise durch Strömungskräfte vergrößert, fließt zur Wiederherstellung des Kräftegleichgewichts Vorsteuerfluid aus dem Vorsteuerraum ab und der Druck im Vorsteuerraum verringert sich entsprechend. Das Ventil funktioniert auch als Proportionaldrossel.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist der zur Zuführung von Vorsteuerfluid vorgesehene weitere Fluiddurchgang von einer vorzugsweise im zweiten Längenabschnitt ausgebildeten Außenseite des Ventilkolbens zu einer dem Vorsteuerraum zugeordneten Rückseite des Ventilkolbens geführt. In dieser Ausführungsform erreicht vorn Versorgungsanschluss kommendes Fluid zunächst die Kolbenfläche zwischen erstem und zweitem Längenabschnitt und anschließend eine im zweiten Längenabschnitt bzw. an der entsprechenden Außenseite ausgebildete Öffnung des weiteren Fluiddurchgangs. Alternativ kann eine entsprechende Öffnung an der Kolbenfläche ausgebildet sein. Es versteht sich, dass an der jeweiligen Fläche eine oder mehrere Öffnungen als jeweiliges Ende des Fluiddurchgangs ausgebildet sein können.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zur Abführung von Vorsteuerfluid vorgesehene Fluiddurchgang von einer dem Vorsteuerraum zugeordneten Rückseite des Ventilkolbens zu einer dem Arbeitsanschluss zugeordneten Vorderseite des Ventilkolbens geführt. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung zum Öffnen des Ventils, d. h., zur zumindest teilweisen Freigabe der Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss zum Arbeitsanschluss unverzüglich eine gewisse Menge Fluid zum Arbeitsanschluss strömt.
-
Alternativ kann der zur Abführung von Vorsteuerfluid vorgesehene Fluiddurchgang erfindungsgemäß von einer dem Vorsteuerraum zugeordneten Rückseite des Ventilkolbens zu einem Tankanschluss geführt sein, der vorzugsweise im zweiten Längenabschnitt einer Außenseite des Ventilkolbens zugeordnet ist. Diese Alternative bietet sich insbesondere dann an, wenn am Ventil eine Drosseleinrichtung zur Volumenstrombegrenzung des vom Versorgungsanschluss zum Arbeitsanschluss führbaren Fluidstroms vorgesehen ist.
-
Bevorzugterweise sind der Ventilkolben und/oder der Vorsteuerkolben rotationssymmetrisch zu einer Ventilachse ausgebildet und entlang dieser Achse bewegbar. Hieraus ergibt sich der Vorteil einer einfachen Herstellung und besonders kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Ventils. In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Kolbenfläche zwischen erstem und zweitem Längenabschnitt als Kreisringfläche ausgebildet.
-
Zweckmäßigerweise ist eine vom Vorsteuerfluid auf der dem Vorsteuerraum zugeordneten Rückseite des Ventilkolbens beaufschlagbare weitere Kolbenfläche größer als die vom Fluid auf der dem Versorgungsanschluss zugeordneten Vorderseite des Ventilkolbens beaufschlagbare Kolbenfläche. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei gleichen Druckverhältnissen an der weiteren Kolbenfläche im Vorsteuerraum und an der dem Versorgungsanschluss zugewandten Kolbenfläche der Ventilkolben durch die an seiner Rückseite angreifende größere Kraft in die sperrende Stellung geführt wird, anders ausgedrückt das Ventil geschlossen wird. Vorteilhafterweise liegt der Ventilkolben in der sperrenden bzw. geschlossenen Stellung mit der besonders bevorzugt als Kreisringfläche ausgebildeten Kolbenfläche an einem im Ventilgehäuse besonders bevorzugt als Kreisringfläche ausgebildeten Ventilsitz an.
-
Diese Anlage des Ventilkolbens kann durch eine den Ventilkolben aus der freigebenden in die sperrende Stellung rückführende, den Ventilkolben in der sperrenden Stellung haltende weitere Rückstelleinrichtung unterstützt sein. Die Rückstelleinrichtung für den Vorsteuerkolben und die weitere Rückstelleinrichtung für den Ventilkolben können jeweils als Federelement, besonders bevorzugt als den jeweiligen Kolben umgebende Druckfeder, ausgebildet sein. Die weitere Rückstelleinrichtung ist typischerweise eine Schließfeder. Die Rückstelleinrichtung für den Vorsteuerkolben ist typischerweise eine Proportionalfeder, welche entsprechend der von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Betätigungskraft komprimiert wird. Vorzugsweise umfasst die Betätigungseinrichtung einen am Vorsteuerkolben angreifenden, vorzugsweise entlang der Rotationsachse bewegbaren, Betätigungsmagneten. Bei dieser Ausführungsform sind im erfindungsgemäßen Ventil nacheinander der Ventilkolben, der Vorsteuerkolben und der Betätigungsmagnet der Betätigungseinrichtung angeordnet. Entsprechend des an der Betätigungseinrichtung vorgegebenen Betätigungsstroms wird der Betätigungsmagnet linear bewegt und die vorzugsweise als Proportionalfeder ausgebildete Rückstelleinrichtung für den Vorsteuerkolben komprimiert. Entsprechend der Federsteifigkeit der Proportionalfeder hebt der Vorsteuerkolben von seinem Sitz am Ventilkolben ab und gibt den Fluiddurchgang zur Abführung von Vorsteuerfluid frei.
-
Weiter ist es vorteilhaft, dass das Ventil eine Drosseleinrichtung vorzugsweise mit einer an der dem Arbeitsanschluss zugeordneten Vorderseite des Ventils angeordneten Blende zur Volumenstrombegrenzung des vom Versorgungsanschluss zum Arbeitsanschluss führbaren Fluidstroms aufweist. Besonders bevorzugt ist die Drosseleinrichtung dadurch realisiert, dass der Ventilkolben einen ersten Ventilkolbenteil und einen zweiten Ventilkolbenteil aufweist, welche über ein Federelement gekoppelt derart zusammenwirken, dass bei einem einen vorgegebenen Volumenstrom übersteigenden Fluidstrom der erste Ventilkolbenteil gegen die Kraft des Federelements in Richtung des Arbeitsanschlusses führbar ist zur zumindest teilweisen Sperrung der Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss zum Arbeitsanschluss, und dass bei einem den vorgegebenen Volumenstrom unterschreitenden Fluidstrom das erste Ventilkolbenteil durch das Federelement zurück zum zweiten Ventilkolbenteil führbar und dort haltbar ist.
-
In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Volumenstrombegrenzung, anders ausgedrückt eine Maximalvolumenstrombegrenzung, als volumenstromabhängiges federbelastetes Stromregelventil ausgebildet. Über den Öffnungsquerschnitt der Blende wird der maximal durchlässige Volumenstrom vorgegeben. Übersteigt der Fluidstrom den vorgegebenen, mit anderen Worten bestimmten bzw. voreingestellten, Volumenstrom, steht an der Blende ein Staudruck an. Sobald dieser Staudruck die Federkraft des Federelements übersteigt, wird der vom Versorgungs- zum Arbeitsanschluss geführte Fluidstrom dadurch gedrosselt, dass der erste Ventilkolbenteil gegen die Federkraft des Federelements in Richtung des Arbeitsanschlusses geführt wird. Der an der Blende anstehende Staudruck wird einhergehend mit einer Volumenvergrößerung eines vom ersten und zweiten Ventilkolbenteil eingeschlossenen Fluidraums verringert. Sobald die Federkraft die vom Staudruck auf die Blende aufgebrachte Kraft übersteigt, wird das erste Ventilkolbenteil durch die Federkraft wieder zurück zum, insbesondere in Anlage mit, dem zweiten Ventilkolbenteil geführt. Durch die Zweiteilung des Ventilkolbens in ersten und zweiten Ventilkolbenteil kann die in das Ventil integrierte Drosseleinrichtung in einer recht kompakten Bauweise realisiert werden, wodurch deutliche Vorteile im Bauraumbedarf gegenüber einer aufgelösten Bauweise mit zwei voneinander getrennten Bauteilen erreicht werden.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander realisiert sein. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
-
1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils;
-
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1;
-
3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils; und
-
4 eine Draufsicht auf eine Blende zur Volumenstrombegrenzung.
-
1 zeigt im Längsschnitt ein Ventil 10 mit einem blockartigen Ventilgehäuse 12, in welchem ein Ventilkolben 14 entlang einer Ventilachse R bewegbar angeordnet ist. Am Ventilkolben 14 ist ein als Längsbohrung entlang der Ventilachse R ausgebildeter Fluiddurchgang 16 von einer in 1 oberen Rückseite des Ventilkolbens 14 zu einer in 1 unteren Vorderseite des Ventilkolbens 14 geführt. Die rückseitige Öffnung des Fluiddurchgangs 16 bildet einen Sitz 18 für einen Vorsteuerkolben 20, welcher in der gezeigten, unbetätigten Stellung am Ventilkolben 14 bzw. am Sitz 18 anliegt und auf diese Weise den Fluiddurchgang 16 versperrt. Entlang der Ventilachse R sind der Ventilkolben 14, der Vorsteuerkolben 20 und eine Betätigungseinrichtung 22 mit einem außerhalb des Ventilgehäuses 12 angeordneten Polrohr 24 und einem im Polrohr 24 geführten Betätigungsmagneten 26 angeordnet.
-
Der Betätigungsmagnet 26 greift am Vorsteuerkolben 20 an und wird bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung 22 entsprechend einer parallel zur, genauer entlang der, Ventilachse R gerichteten Betätigungsbewegung B linear – in 1 nach oben bewegt. Durch die Betätigungsbewegung B des Betätigungsmagneten 26 wird der in einem Vorsteuerraum 28 angeordnete Vorsteuerkolben 20 vom Sitz 18 am Ventilkolben 14 abgehoben und mithin beabstandet und gibt einen Fluidweg vom Vorsteuerraum 28 durch den Fluiddurchgang 16 zur Vorderseite des Ventilkolbens 14 frei. Bei dieser Bewegung des Vorsteuerkolbens 20 aus seiner in 1 gezeigten ersten, den Fluiddurchgang 16 sperrenden Stellung in eine zweite, den Fluiddurchgang 16 freigebende Stellung wird eine als Proportionalfeder ausgebildete Rückstelleinrichtung 30 komprimiert. Entsprechend ist eine weitere Rückstelleinrichtung 32 für den Ventilkolben 14 vorgesehen, wobei die weitere Rückstelleinrichtung 32 als Druckfeder ausgebildet ist und die Funktion einer Schließfeder hat.
-
Der Ventilkolben 14 weist in Richtung von Vorder- zu Rückseite einen ersten Längenabschnitt L1, einen zweiten Längenabschnitt L2 und einen dritten Längenabschnitt L3 auf. Im ersten Längenabschnitt L1 weist der Ventilkolben 14 einen ersten Kolbenquerschnitt k, im zweiten Längenabschnitt L2 einen zweiten Kolbenquerschnitt K und im dritten Längenabschnitt L3 einen dritten Kolbenquerschnitt k' auf. Der zweite Kolbenquerschnitt K ist gegenüber den anderen beiden, erster und dritter, Kolbenquerschnitten k, k' vergrößert, so dass am Übergang vom ersten L1 zum zweiten Längenabschnitt L2 eine Kolbenfläche 33 und am Übergang vom zweiten L2 zum fortsatzartigen dritten Längenabschnitt L3 eine weitere Kolbenfläche 34 ausgebildet ist. Der Ventilkolben 14 ist ebenso wie der Vorsteuerkolben 20 rotationssymmetrisch zur Ventil- oder Verschiebeachse R ausgebildet, so dass die beiden Kolbenflächen 33, 34 jeweils als Kreisringfläche ausgebildet sind. Dadurch, dass die Vorsteuerspitze 20 nicht druckausgeglichen ist, wirkt die Kolbenfläche 34 als Kreisfläche im Bezug auf die schließende Kraft.
-
Zum Einsatz in einem Fluidsystem sind am Ventil 10 ein Versorgungsanschluss P und ein Arbeitsanschluss A vorgesehen, wobei sich der Arbeitsanschluss A vorderseitig an einen Einbauraum für den Ventilkolben 14 anschließt und der Pumpenanschluss P im Bereich des ersten Längenabschnitts L1 in den Einbauraum mündet. In der gezeigten sperrenden Stellung des Ventilkolbens 14 sperrt bzw. verschließt dieser eine Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A. Zur zumindest teilweisen Freigabe der Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A sind im ersten Längenabschnitt L1 des Ventilkolbens 14 mehrere Fluiddurchlässe 36 ausgebildet.
-
Von der weiteren Kolbenfläche 34 zu einer im zweiten Längenabschnitt L2 vorgesehenen Außenseite des Ventilkolbens 14 ist ein weiterer Fluiddurchgang 35 im Ventilkolben 14 ausgebildet. Wie insbesondere dem vergrößerten Ausschnitt der 2 entnehmbar, ist vom Versorgungsanschluss P zwischen dem Ventilkolben 14 und dem Ventilgehäuse 12 an der Kolbenfläche 33 vorbei durch den weiteren Fluiddurchgang 35 ein Vorsteuerfluidweg V zum Vorsteuerraum 28 realisiert. Über den Vorsteuerfluidweg V kann in beiden Stellungen des Ventilkolbens 14 Fluid vom Versorgungsanschluss P dem Vorsteuerraum 28 zugeführt werden und dort mit einem Vorsteuerfluiddruck an der weiteren Kolbenfläche 34 des Ventilkolbens 14 angreifen.
-
Das durch den Fluiddurchgang 16 aus dem Vorsteuerraum 28 abführbare Vorsteuerfluid ist durch einen Strömungsquerschnitt S bestimmt, der im in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel im Bereich des Sitzes 18 für den Vorsteuerkolben 20 als kleinster Wert vorgegeben ist. Das durch den weiteren Fluiddurchgang 35 dem Vorsteuerraum 28 zuführbare Vorsteuerfluid ist durch einen weiteren Strömungsquerschnitt s bestimmt, der im in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel im radialen Abschnitt des weiteren Fluiddurchgangs 35 als kleinster Wert vorgegeben ist. Der Strömungsquerschnitt s ist durch einen vorherigen Spaltfilter (nicht gezeigt) geschützt. Der weitere Strömungsquerschnitt s des weiteren Fluiddurchgangs 35 stellt insoweit eine radiale Blende zum Nachfließen von Fluid, wie Hydrauliköl, in den Vorsteuerraum 28 dar. Der Strömungsquerschnitt S des Fluiddurchgangs 16 stellt eine Art Vorsteuerblende für den Abfluss von Fluid aus dem Vorsteuerraum 28 dar. Die wirksame Blende für den Abfluss von Fluid ist der Durchmesser am Sitz 18. Der jeweilige Strömungsquerschnitt s, S entspricht dem minimalen Öffnungs- bzw. Durchflussquerschnitt des jeweiligen Fluiddurchgangs 16, 35.
-
Das Verhältnis der beiden Strömungsquerschnitte s, S ist derart gewählt, dass der Strömungsquerschnitt S des Fluiddurchgangs 16 größer ist als der weitere Strömungsquerschnitt s des weiteren Fluiddurchgangs 35, so dass bei freigegebenem bzw. geöffnetem Fluiddurchgang 16 eine größere Menge an Vorsteuerfluid durch den Fluiddurchgang 16 abfließen als über den weiteren Fluiddurchgang 35 zu- bzw. nachfließen kann, so dass es zu einem Druckabfall im Vorsteuerraum 28 kommt. Die Druckdifferenz am Fluiddurchgang 35 ist größer als die Druckdifferenz am Fluiddurchgang 16, woraus eine Flächenwirkung resultiert. In dieser sich nach einer Betätigungsbewegung B des Betätigungsmagneten 26 und entsprechend des Vorsteuerkolbens 20 einstellenden Situation wird der Ventilkolben 14 durch an der Kolbenfläche 33 angreifenden Fluiddruck in Richtung des Vorsteuerraums 28 – in 1 nach oben – bewegt, so dass die Fluiddurchlässe 36 am ersten Längenabschnitt L1 des Ventilkolbens 14 in den Mündungsbereich des Pumpenanschlusses P gelangen und auf diese Weise eine Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A freigeben. Entsprechend der Öffnungsquerschnitte der Fluiddurchlässe 36 strömt ein Fluidstrom vom Versorgungsanschluss P durch den Fluidraum des zumindest im ersten Längenabschnitt L1 hohlkammerartigen Ventilkolbens 14 zum Arbeitsanschluss A.
-
Nach Ende der Betätigung durch die Betätigungseinrichtung 22 wird der Vorsteuerkolben 20 durch die Rückstelleinrichtung 30 zurück – in 1 nach unten – in Anlage mit dem Sitz 18 am Ventilkolben 14 geführt und verschließt den Fluiddurchgang 16. Diese Rückführbewegung wird im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel durch die weitere Rückstelleinrichtung 32 unterstützt.
-
Bei einer statischen Betrachtung der Funktion des Ventils 10, ohne die Kolbenbewegung, ist der Volumenstrom durch das Blendennetzwerk konstant. Die Blendendurchmesser s, S bewirken unterschiedliche Druckgefälle. Durch den Druckabfall in der Vorsteuerkammer 28 sinkt die Kraft auf die entsprechende Fläche 34 und auf der gegenüberliegenden Fläche 33 bleibt der Druck auf Pumpendruck und kann somit den Ventilkolben 14 in Richtung Polrohr 24 bewegen. Bei einer dynamischen Betrachtung ist zu berücksichtigen, dass der Ventilkolben 14 durch seine Bewegung Fluid verdrängt und einen zusätzlichen Volumenstrom erzeugt, was einen zusätzlichen Druckanstieg in der Vorsteuerkammer 28 bewirkt.
-
Das in 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel des Ventils 10 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der zur Abführung von Vorsteuerfluid aus dem Vorsteuerraum 28 vorgesehene Fluiddurchgang 16 im Ventilkolben 14 von der weiteren Kolbenfläche 34 zu einer im zweiten Längenabschnitt L2 des Ventilkolbens 14 ausgebildeten Außenseite des Ventilkolbens 14 geführt ist und zumindest in der zweiten Stellung des Vorsteuerkolbens 20 in einen Tankanschluss T mündet. Somit wird aus dem Vorsteuerraum 28 abgeführtes Vorsteuerfluid nicht auf eine dem Arbeitsanschluss A zugeordnete Vorderseite des Ventilkolbens 14 geführt, sondern über einen im in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel seitlich angeordneten Tankanschluss T abgeführt.
-
Eine weitere Besonderheit des in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels ist die Unter- bzw. Zweiteilung des Ventilkolbens 14 in einen arbeitsanschlussseitigen ersten Ventilkolbenteil 37 und einen vorsteuerraumseitigen zweiten Ventilkolbenteil 38. Die Unter- bzw. Zweiteilung des Ventilkolbens 14 ist derart vorgenommen, dass der erste Ventilkolbenteil 37 einen Großteil des ersten Längenabschnitts L1 einnimmt und die weiteren, zweiter und dritter, Längenabschnitte L2, L3 sowie der verbleibende Teil des ersten Längenabschnitts L1 am zweiten Ventilkolbenteil 38 ausgebildet sind. Auf diese Weise wird die Ansteuerung des Ventilkolbens 14 über die Kolbenfläche 33 und die Zuführung von Vorsteuerfluid über den weiteren Fluiddurchgang 35 nicht beeinträchtigt.
-
Durch den im ersten Längenabschnitt L1 des Ventilkolbens 14 als separates Bauteil ausgebildeten ersten Ventilkolbenteil 37 ist eine Volumenstrombegrenzung, anders ausgedrückt eine Drosseleinrichtung, dadurch realisiert, dass am dem Arbeitsanschluss A zugewandten stirnseitigen Ende des Ventilkolbens 14 bzw. des ersten Ventilkolbenteils 37 eine Blende 42 mit einem vorgegebenen Durchströmungsquerschnitt angeordnet ist. Sobald der in der (nicht gezeigten) freigebenden Stellung des Ventilkolbens 14 und entsprechend der zweiten Stellung des Vorsteuerkolbens 20 vom Versorgungsanschluss P durch die Fluiddurchlässe 36 und weiter durch die Blende 42 zum Arbeitsanschluss A strömende Fluidstrom die vorgegebene Volumenstrombegrenzung übersteigt, liegt an der Blende 42 ein entsprechender Staudruck an, welcher gegen die von einem Federelement 40 aufgebrachte Federkraft gerichtet ist. Das Federelement 40 ist zwischen erstem und zweitem Ventilkolbenteil 37, 38 angeordnet.
-
Sobald der an der Blende 42 angreifende Staudruck die Federkraft des Federelements 40 übersteigt, wird der erste Ventilkolbenteil 37 in einer Drosselbewegung D in Richtung des Arbeitsanschlusses A bewegt, so dass durch eine entsprechende Lageverschiebung der Fluiddurchlässe 36 entlang der Rotationsachse R die Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A zumindest teilweise wieder versperrt wird und der Fluidstrom entsprechend gedrosselt ist. Sobald der Über- bzw. Staudruck im Fluidraum zwischen erstem und zweitem Ventilkolbenteil 37, 38 durch Abströmen von Fluid über die Blende 42 abgebaut bzw. entsprechend verringert ist, wird der erste Ventilkolbenteil 37 durch die Federkraft des Federelements 40 wieder zurück in Richtung des zweiten Ventilkolbenteils 38 geführt und durch die entsprechende Lageverschiebung der Fluiddurchlässe 36 der Fluidstrom vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A wieder erhöht. Die Steuerkante wird doppelt genutzt für die Proportionaldrossel und die Volumenstrombegrenzung, woraus ein geringerer Druckverlust im Vergleich zu einer aufgelösten Bauweise aus einer Proportionaldrossel und einer separaten Volumenstromregelung resultiert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein sanfter Übergang von der Volumenstrombegrenzung zurück zur Drosselkennlinie, da sich die Druckverhältnisse an der Proportionaldrossel nicht ändern.
-
In 4 ist in Draufsicht die Blende 42 gezeigt, welche eine kreisförmige Grundplatte 44 mit darin regelmäßig ausgebildeten weiteren Fluiddurchlässen 46, im gezeigten Ausführungsbeispiel neun, aufweist. Am Rand 48 der Blende 42 kann eine Einfassung zur Befestigung der Blende 42 am ersten Ventilkolbenteil 37 vorgesehen sein. Die Öffnungsquerschnitte der im ersten Ventilkolbenteil 37 ausgebildeten Fluiddurchlässe 36 und der in der Blende 42 ausgebildeten weiteren Fluiddurchlässe 46 geben den maximal vom Versorgungsanschluss R zum Arbeitsanschluss A durch das Ventil 10, genauer durch den Fluidraum zwischen erstem und zweitem Ventilkolbenteil 37, 38, strömbaren Fluidstrom vor. Die Fluiddurchlässe 36, 46 können jede beliebige Querschnittsform und auch zueinander unterschiedliche Größen und Querschnittsformen aufweisen. Die im in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte Unterteilung des Ventilkolbens 14 in einen ersten Ventilkolbenteil 37 und einen zweiten Ventilkolbenteil 38 bietet insbesondere den Vorteil, dass der erste Ventilkolbenteil 37 und/oder die Blende 42 baukastenartig hergestellt bzw. bevorratet und anforderungsgerecht am Ventil 10 angeordnet und ausgebildet werden können. Der Differenzdruck der Blende 42 verursacht eine Kraft am Ventilkolbenteil 37, die bei Überschreiten der Federvorspannung des Federelements 40 den Öffnungsquerschnitt verkleinert bzw. androsselt. Folglich wirkt die Stromregelfunktion nur als Maximalvolumenstrombegrenzug und beeinflusst nicht die Proportional-Drosselfunktion des Ventils 10.
-
Ein Ventil 10 umfassend einen in einem Ventilgehäuse 12 geführten Ventilkolben 14, einen in einem Vorsteuerraum 28 angeordneten Vorsteuerkolben 20, einen im Ventilkolben 14 ausgebildeten Fluiddurchgang 16 zum Abführen von Vorsteuerfluid aus dem Vorsteuerraum 28, eine Betätigungseinrichtung 22 und eine Rückstelleinrichtung 30 für den Vorsteuerkolben 20, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Strömungsquerschnitte s, S des Fluiddurchgangs 16 und eines weiteren im Ventilkolben 14 ausgebildeten Fluiddurchgangs 35 zur Zuführung von Vorsteuerfluid zum Vorsteuerraum 28 derart gewählt ist, dass in der geöffneten Stellung des Ventils 10 mehr Vorsteuerfluid aus dem Vorsteuerraum 28 abführbar als zuführbar ist, und dass der Ventilkolben 14 gestuft ausgebildet ist mit einer einem Versorgungsanschluss P zugewandten Kolbenfläche 33 zur Öffnung des Ventils 10 durch Führung des Ventilkolbens 14 aus einer eine Fluidverbindung von einem Versorgungsanschluss P zu einem Arbeitsanschluss A sperrenden Stellung in eine die Fluidverbindung zumindest teilweise freigebende Stellung vom Versorgungsanschluss P mit Fluid beaufschlagbar ist.
