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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein bidirektionales Durchflusssteuerventil zum Steuern eines Flusses eines Fluids zwischen zwei Leitungen. Vorzugsweise findet das Durchflusssteuerventil Einsatz für die Steuerung der fluidischen Beaufschlagung eines Hubzylinders. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen in der Landwirtschaft eingesetzten Hubzylinder, beispielsweise einen einfach oder doppelt wirkenden Hubzylinder zum Heben und Senken oder zum Ein- oder Ausfahren oder um einen Schwenkzylinder. Der Hub- oder Schwenkzylinder findet insbesondere Einsatz für ein landwirtschaftliches Fahrzeug zum Betätigen eines Arbeitsgeräts, beispielsweise eines Bodenbearbeitungsgeräts in Form eines Pfluges.
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STAND DER TECHNIK
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Aus
US 45 31 542 A ist ein nicht gattungsgemäßes unidirektionales Druckregelventil bekannt, bei dem ein Fluss eines Fluids zwischen einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung gesteuert wird, wobei die erste Leitung eine Eingangsleitung für die Zuleitung des Fluids ist und die zweite Leitung eine Ausgangsleitung für den Abfluss des Fluids ist. Die beiden Leitungen kommunizieren über eine Kammer, in der ein kugelförmiges Ventilelement angeordnet ist, wobei das Ventilelement über ein federbeaufschlagtes Abstützelement in Richtung der ersten Leitung beaufschlagt ist. Bei einem Druckgefälle von der ersten Leitung zu der zweiten Leitung wird das Ventilelement gegen die auf das Ventilelement wirkende Federkraft beaufschlagt, so dass sich das Ventilelement von einem Ventilsitz entfernt und ein freier Durchtrittsquerschnitt von der ersten Leitung in die Kammer und damit der Fluss des Fluids von der ersten in die zweite Leitung vergrößert ist. Bei einem umgekehrten Druckgefälle von der zweiten Leitung zu der ersten Leitung hingegen verschließt das Ventilelement den freien Durchtrittsquerschnitt vollständig, so dass der Fluss des Fluids von der zweiten in die erste Kammer unterbunden ist, womit eine Art Rückschlagventil gebildet ist. Die Druckdifferenz, bei der gerade ein freier Durchtrittsquerschnitt zwischen der ersten Leitung und der Kammer erreicht wird, ist einstellbar, indem die auf das Ventilelement wirkende Federkraft über eine Vorspannung einer Feder, über die sich das Abstützelement abstützt, einstellbar ist.
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Aus
DE 10 2009 007 652 A1 ist ein Sensor zur Überwachung des unidirektionalen Flusses eines Fluids durch eine Kammer bekannt. In der Kammer ist ein federbelasteter Kolben angeordnet, der entlang der Längsachse der Kammer verschiebbar geführt ist. In dem Kolben sind drosselnde Durchlässe für den Durchtritt des Fluids vorgesehen, um mit zunehmendem Fluss des Fluids eine zunehmende Druckdifferenz an gegenüberliegenden Kolbenflächen des Kolbens zu erzeugen. Infolge dieser Druckdifferenz wird der Kolben gegen die Federbelastung entlang der Längsachse der Kammer in Flussrichtung verschoben. Mit zunehmender Verschiebung vergrößert sich ein freier Durchtrittsquerschnitt für das Fluid, womit eine Reduzierung der Druckdifferenz erfolgen kann. Um die Position des Kolbens und damit die Größe des Flusses zu erfassen, sind an dem Kolben Permanentmagnete angeordnet, die zusammen mit einem außen an der Kammer angeordneten Messelement, wie ein Reed-Kontakt, ein Sensorelement ausbilden.
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Aus dem Stand der Technik ist es somit bekannt, den Fluss des Fluids zu regeln und zu überwachen. Dies erfolgt mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen für einen unidirektionalen Fluss des Fluids, wohingegen der Fluss des Fluids in entgegengesetzter Richtung durch das Druckregelventil unterbunden ist und der Fluss durch die Kammer mit dem Sensor nicht überwacht werden kann.
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DE 35 38 384 A1 betrifft eine Rückstromsicherung für Flüssigkeiten zwischen einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung, die über eine Kammer in einem Gehäuse der Rückstromsicherung miteinander kommunizieren. In der Kammer der Rückstromsicherung ist ein Ventilkörper in Form einer Kugel angeordnet. Der Ventilkörper ist gegenüber dem Gehäuse derart rückstellfederbelastet abgestützt, dass er unter normalen, betriebsmäßigen Druckverhältnissen zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung beide Öffnungen zu der ersten und der zweiten Leitung freihält. Mit zunehmender Druckdifferenz verschiebt sich der Ventilkörper zunehmend in Richtung einer Öffnung. Wird eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung überschritten, wird eine der beiden Öffnungen schließlich durch den Ventilkörper gesperrt, d. h. ein Übertritt der Flüssigkeit von der ersten zu der zweiten Leitung oder umgekehrt ist unterbunden.
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DE 31 41 255 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung eines Differenzdrucks mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer durchgängigen Ausnehmung auf, über die eine erste Leitung und eine zweite Leitung miteinander verbunden sind. In der Ausnehmung ist eine Buchse angeordnet, die eine koaxial zu der Ausnehmung orientierte Bohrung aufweist. Die Ränder der Bohrung sind als Ventilsitze für Ventilkörper ausgebildet, die auf beiden Seiten der Buchse in der Ausnehmung angeordnet sind und von gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung durch Federn in Richtung ihres jeweiligen Ventilsitzes beaufschlagt werden. Die beiden Ventilkörper weisen koaxial zu der Ausnehmung ausgerichtete Durchgangsbohrungen auf. In der Bohrung der Buchse ist mit einem axialen Spiel zwischen den beiden Ventilkörpern ein kugelförmiges Verschlusselement angeordnet, das sich entlang der Achse der Bohrung zwischen den zwei Ventilkörpern bewegen kann und über das die Durchgangsbohrungen der Ventilkörper verschlossen werden können. Wenn durch einen Druckunterschied zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung eine Kraft bewirkt wird, die kleiner ist als die Federkraft der Feder, werden die Ventilkörper auf ihre Ventilsitze gedrückt. Je nach Richtung des Druckgefälles drückt das Verschlusselement dabei gegen die Durchgangsbohrung des einen oder des anderen Ventilkörpers, so dass diese verschlossen ist, d. h. es kann kein Fluid von der einen in die andere Leitung übertreten. Wenn die durch den Druckunterschied bewirkte Kraft den Wert der Vorspannkraft der Federn überschreitet, wird einer der beiden Ventilkörper gegen die wirkende Federkraft von seinem Ventilsitz weg bewegt. Dadurch wird ein Übertrittsquerschnitt für das Fluid zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz gebildet. Das Fluid kann dann entsprechend dem Druckgefälle von der einen Leitung durch die Durchgangsbohrung des einen Ventilkörpers, die Bohrung der Buchse und den Übertrittsquerschnitt zwischen dem anderen Ventilkörper und dem Ventilsitz in die zweite Leitung übertreten.
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DE 1 076 460 A betrifft ein Entlüftungsventil in Schieberbauweise. Das Entlüftungsventil weist einen zylindrisches Gehäuse mit zwei Anschlüssen für Hochdruckkanäle und einem Anschluss für einen Ablaufkanal auf. In dem Gehäuse ist ein Ventilschieber mit zwei Ventilkörpern geführt, über den das Entlüften der Hochdruckkanäle über den Ablaufkanal gesteuert werden kann. In einer Mittellage ist der Ventilschieber so angeordnet, dass beide Ventilkörper von ihren zugehörigen Ventilsitzen entfernt liegen. Dann sind beide Hochdruckkanäle mit dem Ablaufkanal verbunden und beide Hochdruckkanäle können sich über den Ablaufkanal entlüften. Übersteigt der Druck einer der Hochdruckkanäle einen Grenzdruck, wird der Ventilschieber so verschoben, dass der zugehörige Ventilkörper auf seinen Ventilsitz gepresst wird und damit ein dichter Abschluss des entsprechenden Hochdruckkanals gegenüber dem Ablaufkanal erreicht wird. Dann ist nur der andere Hochdruckkanal mit dem Ablaufkanal verbunden. Ein Übertritt von Luft von einem Hochdruckkanal in den anderen Hochdruckkanal erfolgt bei dem Entlüftungsventil aus
DE 1 076 460 A nicht.
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JP 11-063259 A betrifft eine Ventilanordnung mit einem Rückschlagventil und einer Bypassleitung, über die ein Fluss eines Fluids entgegen der Durchlassrichtung des Rückschlagventils ermöglicht wird. Die Ventilanordnung weist ein Gehäuse mit einer durchgängigen Ausnehmung auf, in der zwei einander entgegengerichtet federbeaufschlagte Stößel angeordnet sind. An den einander zugewandten Enden weist einer der Stößel eine Eintrittsöffnung für das Fluid auf, während der andere Stößel ein Verschlusselement zum Verschließen der Eintrittsöffnung aufweist. In der Ausnehmung ist eine Anschlagfläche für den anderen Stößel ausgebildet. In einer Gleichgewichtslage wird das Verschlusselement des anderen Stößels gegen den einen Stößel gepresst, so dass die Eintrittsöffnung verschlossen ist, und der eine Stößel liegt an der Anschlagfläche an. Dies entspricht einer Sperrstellung des Rückschlagventils. Die Bypassleitung ist ebenfalls gesperrt. Mit steigendem Druckunterschied in Durchlassrichtung des Rückschlagventils wird der andere Stößel zunehmend entgegen der wirkenden Federkraft verschoben. Mit der Verschiebung des anderen Stößels verschiebt sich das Verschlusselement aus der Eintrittsöffnung heraus und von dem einen Stößel weg, so dass ein Übertrittsquerschnitt zwischen dem Verschlusselement und einem Rand der Eintrittsöffnung gebildet wird. Bei einem Druckgefälle in der anderen Richtung wird der eine Stößel von dem anderen Stößel entgegen der auf den einen Stößel wirkenden Federkraft verschoben. Dadurch wird ein Übertrittsquerschnitt zwischen dem einen Stößel und der Anlagefläche gebildet. Über die hierdurch freigegebene Bypassleitung kann nun Fluid entgegen der Durchlassrichtung des Rückschlagventils von der einen Leitung in die andere übertreten.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bidirektionales Durchflusssteuerventil zum Steuern des Flusses eines Fluids von einer Leitung in eine andere und umgekehrt aufzuzeigen. Insbesondere soll das bidirektionale Durchflusssteuerventil hinsichtlich der Durchflusscharakteristik, des Bauaufwandes und hinsichtlich der Möglichkeiten einer Sensierung des Durchflusses optimiert werden.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 14 zu entnehmen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das erfindungsgemäße bidirektionale Durchflusssteuerventil soll die Steuerung des Flusses eines Fluids bidirektional ermöglichen, nämlich die Steuerung des Flusses von einer ersten Leitung zu einer zweiten Leitung und umgekehrt. Hierbei soll sich der Durchfluss in Abhängigkeit der fluidischen Beaufschlagung der Leitungen bzw. Anschlüsse des Durchflusssteuerventils verändern. Unter einer fluidischen Beaufschlagung wird hier Beaufschlagung mit einem Druck oder mit einer Druckdifferenz und/oder eine Beaufschlagung mit einem Strömungsvolumen oder einer Strömungsgeschwindigkeit verstanden. Unter einer Steuerung wird im Folgenden eine Steuerung oder eine Regelung verstanden.
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Gemäß dem Stand der Technik finden für derartige Durchflusssteuerventile zwei Rückschlagventile Einsatz, die in parallelen Leitungszweigen angeordnet sind, so dass jeder Leitungszweig und jedes Rückschlagventil für eine Durchflussrichtung verantwortlich ist. Dies erfordert eine separate Ausgestaltung sowohl der Rückschlagventile als auch der Leitungszweige, wodurch der Bauaufwand erhöht ist.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die beiden Rückschlagventile mit einem gemeinsamen Ventilelement ausgebildet sind, wodurch der Bauaufwand reduziert ist. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Anordnung des gemeinsamen Ventilelements in einem einzigen Leitungszweig, in dem dann die anders ausgebildeten beiden Rückschlagventile unter baulicher Vereinigung gebildet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen bidirektionalen Durchflusssteuerventil kommunizieren die erste Leitung und die zweite Leitung über eine Kammer miteinander. In der Kammer ist ein Ventilelement angeordnet, das je nach Flussrichtung des Fluids von einer Gleichgewichtslage in unterschiedliche Richtungen verschiebbar ist. Mit dieser Verschiebung vergrößert sich ein zwischen der Kammer und dem Ventilelement gebildeter Übertrittsquerschnitt für das Fluid.
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Hiervon ist sowohl eine Aufführungsform umfasst, bei welcher kein Übertrittsquerschnitt in der Gleichgewichtslage vorhanden ist und erst mit der Verschiebung ein Übertrittsquerschnitt geschaffen wird, als auch eine Ausführungsform, bei welcher bereits in der Gleichgewichtslage ein verringerter Übertrittsquerschnitt vorhanden ist, der sich dann mit der Verschiebung vergrößert. Je nach der Veränderung der Größe des Übertrittsquerschnitts mit der Verschiebung des Ventilelements, die durch konstruktive Maßnahmen vorgegeben werden kann, kann eine Durchflusscharakteristik des erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventils beeinflusst werden.
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Auf gegenüberliegenden Seiten des Ventilelements ist jeweils ein federbeaufschlagtes Abstützelement angeordnet, das das Ventilelement in Richtung der Gleichgewichtslage beaufschlagt. Der Einsatz des federbeaufschlagten Abstützelements kann folgenden beispielhaften (alternativen oder kumulativen) Zwecken dienen:
- – Über das federbeaufschlagte Abstützelement, beispielsweise eine Federsteifigkeit der beaufschlagenden Feder, kann die Durchflusscharakteristik je nach Beaufschlagung des Durchflusssteuerventils mit dem Fluid zusätzlich beeinflusst werden.
- – Das federbeaufschlagte Abstützelement bildet eine Art Rückstellfeder für das Ventilelement, welche dafür verantwortlich ist, dass mit verringerter fluidischer Beaufschlagung des Durchflusssteuerventils das Ventilelement in Richtung der Gleichgewichtslage zurück bewegt wird.
- – Möglicherweise kann das federbeaufschlagte Abstützelement auch so in einer Gleichgewichtslage des Durchflusssteuerventils vorgespannt sein, dass sich eine Art ”Umschaltschwelle” für das Durchflusssteuerventil ergibt. Dies hat zur Folge, dass erst mit einer Überschreitung eines Schwellwertes für eine fluidische Beaufschlagung das federbeaufschlagte Abstützelement die Gleichgewichtslage verlassen kann, womit eine ergänzende Möglichkeit für eine Beeinflussung der Durchflusscharakteristik gegeben ist.
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Zwischen Ventilelement und Kammer ist der Übertrittsquerschnitt für das Fluid begrenzt. In der Gleichgewichtslage ist der zwischen der Kammer und dem Ventilelement gebildete Übertrittsquerschnitt minimal. Der Übertrittsquerschnitt zwischen der Kammer und dem Ventilelement vergrößert sich jedoch, wenn sich das Ventilelement aus der Gleichgewichtslage verschiebt.
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Die Kammer weist vorzugsweise Bereiche mit in Flussrichtung unterschiedlich großen Querschnitten auf. In der Gleichgewichtslage ist das Ventilelement in einem Bereich der Kammer angeordnet, dessen Querschnitt kleiner ist als die Querschnitte der benachbarten Bereiche. Bei einer Verschiebung des Ventilelements aus der Gleichgewichtslage wird das Ventilelement somit in einen Bereich der Kammer mit einem größeren Querschnitt verschoben. Somit vergrößert sich der zwischen der Kammer und dem Ventilelement gebildete Übertrittsquerschnitt für das Fluid. Der Querschnitt der Kammer kann sich beliebig, insbesondere zumindest abschnittsweise kontinuierlich, stufenförmig, mit einer Fase oder mit kurvenförmiger Längskontur der Kammer, vergrößern.
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Auf den gegenüberliegenden Seiten des Ventilelements ist jeweils ein federbeaufschlagtes Abstützelement angeordnet, so dass das Ventilelement durch die Abstützelemente in Richtung der Gleichgewichtslage beaufschlagt ist. Ein Fluss des Fluids beaufschlagt jedoch das Ventilelement gegen die auf das Ventilelement wirkende Federbeaufschlagung, so dass sich das Ventilelement aus der Gleichgewichtslage verschiebt und sich der Übertrittsquerschnitt für das Fluid vergrößert. Nimmt der Fluss des Fluids ab, wird das Ventilelement durch das federbeaufschlagte Abstützelement zurück in die Gleichgewichtslage verschoben. Kehrt sich die Flussrichtung des Fluids um, wird das Ventilelement gegen die Federbeaufschlagung des Abstützelements auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilelements beaufschlagt, so dass das Ventilelement zusammen mit dem Abstützelement in diese Richtung verschoben wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Durchflusssteuerventil einen Sensor auf, der die Position eines Abstützelements erfasst. Damit ist eine Verschiebung des Abstützelements relativ zu der Gleichgewichtslage (und damit letztendlich mittelbar der Fluss des Fluids, insbesondere die Stärke des Flusses, und/oder die wirkende Druckdifferenz) erfassbar. Vorzugsweise weist das Durchflusssteuerventil zwei Sensoren auf, die jeweils die Position eines Abstützelements erfassen. Auf diese Weise ist der Fluss des Fluids in beiden Flussrichtungen überwachbar.
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Indem in einer bevorzugten Ausführungsform die Position des mindestens einen Sensors veränderbar ist, kann ein Bereich, in dem die Position des Abstützelements und damit der Fluss des Fluids überwacht oder besonders empfindlich werden soll, vor der Inbetriebnahme eingestellt werden. Über die Einstellbarkeit der Position des Sensors kann beispielsweise eine Anpassung an Bauraumbedingungen erfolgen. Ebenfalls möglich ist, dass über die Einstellbarkeit der Position des Sensors ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen erfolgt. Vorzugsweise kann über die Einstellbarkeit der Position aber die Anpassung des Arbeitsbereichs des Sensors an unterschiedliche Einbaubedingungen des erfindungsgemäßen Durchflussventils und an etwaige unterschiedlichen fluidischen Beaufschlagungen erfolgen. Mittels des mindestens einen Sensors kann ein Messsignal für den Durchfluss des Durchflusssteuerventils erzeugt werden, welches beispielsweise für eine Steuerung oder Regelung verwendet wird. Für das eingangs genannte Beispiel des Einsatzes des Durchflusssteuerventils für einen Hub- oder Schwenkzylinder liegt mit dem Messsignal insbesondere ein Signal über die sich verändernde fluidische Beaufschlagung des Hub- oder Schwenkzylinders vor, welches dann zur Steuerung oder Regelung der Druckbeaufschlagung des Durchflusssteuerventils, bspw. für eine Steuerung des Antriebs einer Pumpe oder die Ansteuerung von Ventilen, verwendet werden kann.
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Möglich ist, dass diese Einstellbarkeit der Position des Sensors mittels zumindest zwei diskreten vorgegebenen Positionen gewährleistet ist, beispielsweise mit zumindest zwei unterschiedlichen Befestigungsmöglichkeiten des Sensors an einem Gehäuse des Durchflusssteuerventils. Vorzugsweise ist die Position des Sensors stufenlos einstellbar. Hierdurch kann eine feinfühlige Einstellbarkeit und gute Anpassbarkeit an die unterschiedlichen Einbaubedingungen und fluidischen Beaufschlagungen des Durchflusssteuerventils sowie das jeweilige Anwendungsgebiet gewährleistet werden. Dazu kann das Durchflusssteuerventil beispielsweise eine an ihm angeordnete Führungsschiene aufweisen, an der der Sensor verschiebbar angeordnet ist.
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Einsatz finden kann ein Sensor beliebiger Bauart. Um nur lediglich einige nicht beschränkende Beispiele zu nennen, kann der Sensor als kapazitiver oder induktiver Sensor ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass der Sensor als eine Art Schalter ausgebildet ist, welcher binär oder in mehreren Stufen lediglich einzelne Stellungen oder Stellungsbereiche des Durchflusssteuerventils erfasst. Ebenfalls möglich ist, dass der Sensor die Stellung digital mit vielen Stufen oder kontinuierlich erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor als Reedsensor gebildet. Derartige Reedsensoren haben sich für den vorliegenden Einsatzzweck als vorteilhaft herausgestellt. Insbesondere zeichnen sich diese durch kleine elektrische Leistungsaufnahme, hohe Dynamik, hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sowie geringe Kosten und hinsichtlich der Bauraumgestaltungen aus. Um lediglich ein Beispiel für eine konstruktive Ausgestaltung zu nennen, kann der Reedsensor mit einem von dem Gehäuse des Durchflusssteuerventils getragenen Aufnehmer sowie einem mit der Bewegung des Ventilelements bewegten Permanentmagnet gebildet sein. Beispielsweise kann das Ventilelement selbst den Permanentmagneten ausbilden oder tragen. In bevorzugter Ausgestaltung ist allerdings der Permanentmagnet an mindestens einem Abstützelement angeordnet und gehalten oder von diesem ausgebildet.
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Für eine Anwendung des erfindungsgemäßen bidirektionalen Durchflusssteuerventils kann es erforderlich sein, dass sich der zwischen der Kammer und dem Ventilelement gebildete Übertrittsquerschnitt für das Fluid nicht schon bereits bei einer kleinen Druckdifferenz zwischen den beiden Leitungen und einem damit einhergehenden kleinen Fluss des Fluids vergrößert, wenn das Ventilelement aus der Gleichgewichtslage verschoben wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventils bewegt sich das Ventilelement deshalb erst dann aus der Gleichgewichtslage, wenn eine Druckdifferenz oder ein Fluss des Fluids zwischen den beiden Leitungen einen Mindestdurchflusswert oder Mindestdruckdifferenzwert überschreitet. Bei einem Fluss unterhalb des Mindestdurchflusswerts oder Druck unterhalb des Mindestdruckwertes bleibt das Ventilelement in der Gleichgewichtslage, so dass sich ein zwischen der Kammer und dem Ventilelement gebildeter Übertrittsquerschnitt für das Fluid nicht vergrößert. Erst mit Überschreiten des Mindestdurchflusswerts oder Mindestdruckwertes verschiebt sich das Ventilelement in Richtung des Flusses.
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Beispielsweise kann der Mindestdurchflusswert oder Mindestdruckwert durch die Federbeaufschlagung der Abstützelemente vorgegeben sein. Wenn sich die Abstützelemente über Druckfedern abstützen, kann der Mindestdurchflusswert oder Mindestdruckwert beispielsweise durch eine Änderung der Vorspannung der Druckfedern variiert werden. Der Mindestdurchflusswert oder Mindestdruckwert kann aber auch durch fluidische Kräfte vorgegeben sein, die auf die Abstützelemente und/oder das Ventilelement wirken. Vorzugsweise stützt sich hierzu das vorgespannte Abstützelement in der Gleichgewichtslage an einem Absatz oder Gegen-Abstützelement ab. Ein aus einer Druckdifferenz resultierender Fluss des Fluids führt dann zu einer Entlastung der Abstützung des Abstützelements an dem Absatz. Erst mit Überschreiten des Mindestdurchflusswerts löst sich das Abstützelement von dem Absatz.
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Ein Querschnitt des Ventilelements in Flussrichtung kann derart auf einen Querschnitt der Kammer in Flussrichtung angepasst sein, dass in der Gleichgewichtslage des Ventilelements zwischen der Kammer und dem Ventilelement kein Übertrittsquerschnitt für das Fluid gebildet ist. Ggf. können auch Dichtelemente vorhanden sein, um den Übertrittquerschnitt in der Gleichgewichtslage vollständig zu schließen. Um jedoch auch eine Art ”Leckage” des Fluids in der Gleichgewichtslage des Ventilelements zuzulassen, kann der Querschnitt des Ventilelements kleiner sein als der Querschnitt des Bereichs der Kammer, in dem das Ventilelement in der Gleichgewichtslage angeordnet ist, so dass auch in der Gleichgewichtslage ein Leckage- oder Übertrittsquerschnitt gebildet ist, durch den der Fluss des Fluids schon bei kleinen Druckdifferenzen zwischen den beiden Leitungen erfolgen kann.
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Ein derartiger Leckagequerschnitt zur Ermöglichung des Flusses des Fluids schon bei kleinen Druckdifferenzen, u. U. auch ohne eine Bewegung des Ventilelements aus der Gleichgewichtslage, kann auf beliebige Weise bereitgestellt werden. Um lediglich einige nichtbeschränkende Beispiele zu nennen, kann der Leckagequerschnitt durch eine Bypassleitung mit einer integrierten Drossel gebildet sein. Ebenfalls möglich ist, dass das Ventilelement mit einer den Leckagequerschnitt bereitstellenden durchgängigen Ausnehmung oder Bohrung gebildet ist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist allerdings der Leckagequerschnitt zwischen Ventilelement und der die Kammer begrenzenden Wandung gebildet, wodurch eine besonders einfache Ausgestaltungsform gegeben ist.
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Es versteht sich, dass zusätzlich zu den genannten Ventilelementen und Strömungsquerschnitten weitere Ventilelemente oder Strömungsabschnitte in dem Durchflusssteuerventil angeordnet sein können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Durchflusssteuerventil mit zumindest zwei Drosseln ausgestattet, die in Reihenschaltung hintereinander geschaltet sind. Über diese Drosseln kann zusätzlich Einfluss auf die Durchflusscharakteristik genommen werden. Für diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist der Drosselquerschnitt einer Drossel konstant, also unabhängig von der fluidischen Beaufschlagung und der Stellung des Ventilelements des Durchflusssteuerventils. Hingegen ist ein Drosselquerschnitt mindestens einer anderen Drossel in Abhängigkeit von der fluidischen Beaufschlagung veränderbar. Beispielsweise ist diese letztgenannte Drossel gebildet mit dem Übertrittsquerschnitt zwischen dem Ventilelement und der Kammer.
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Für die Ausgestaltung der Drossel mit von der fluidischen Beaufschlagung unabhängigem Drosselquerschnitt gibt es vielfältige Möglichkeiten. Für eine einfache Ausgestaltungsform ist der konstante Drosselquerschnitt mit (mindestens) einer Bohrung des Abstützelements ausgebildet. Über die Vorgabe des Querschnitts dieser Bohrung kann dann Einfluss auf die Drosselwirkung genommen werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Bohrung oder Drossel die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Bohrung oder Drossel, zwei Bohrungen oder Drosseln oder mehr Bohrungen oder Drosseln vorhanden sein können. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventils.
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2 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventils, bei dem sich ein Ventilelement in seiner Gleichgewichtslage befindet.
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3 zeigt einen Längsschnitt des Durchflusssteuerventils gemäß 2, bei dem das Ventilelement aus der Gleichgewichtslage in eine erste Strömungsrichtung ausgelenkt ist.
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4 zeigt einen Längsschnitt des Durchflusssteuerventils gemäß 2, bei dem das Ventilelement aus der Gleichgewichtslage in eine zweite Strömungsrichtung ausgelenkt ist.
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5 zeigt eine Durchflusscharakteristik eines erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventils stark schematisiert, bei der eine Auslenkung eines Ventilelements über einen Durchfluss eines Fluids aufgetragen ist.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Durchflusssteuerventil 1 stark schematisiert mit einem ersten Anschluss 2 für eine erste Leitung 3 und mit einem zweiten Anschluss 4 für eine zweite Leitung 5. An dem ersten Anschluss 2 des Durchflusssteuerventils 1 kann beispielsweise ein fluidischer Regel- oder Steuerkreis angeschlossen sein. An dem zweiten Anschluss 4 kann beispielsweise ein fluidischer Arbeitszylinder wie ein Hub- oder Schwenkzylinder angeschlossen sein, dessen fluidische Beaufschlagung über das Durchflusssteuerventil 1 und den fluidischen Regel- oder Steuerkreis gesteuert wird.
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Die erste Leitung 3 und die zweite Leitung 5 sind über zwei parallele Zweigleitungen 6 und 7 miteinander verbunden. In den Zweigleitungen 6 und 7 sind jeweils Rückschlagventile 8 und 9 angeordnet. Dabei ist die Durchlassrichtung des Rückschlagventils 9 der Zweigleitung 7 von der ersten Leitung 3 zu der zweiten Leitung 5 orientiert. Hingegen ist die Durchlassrichtung des Rückschlagventils 8 der Zweigleitung 6 von der zweiten Leitung 5 zu der ersten Leitung 3 orientiert. Bei einem Druckgefälle von der ersten Leitung 3 zu der zweiten Leitung 5 erfolgt der Fluss des Fluids durch die Zweigleitung 7 über das Rückschlagventil 9, während dieses für ein umgekehrtes Druckgefälle sperrt. Entsprechend erfolgt der Fluss des Fluids durch die Zweigleitung 6 über das Rückschlagventil 8, wenn ein Druckgefälle von der zweiten Leitung 5 zu der ersten Leitung 3 vorliegt.
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Jedes Rückschlagventil 8, 9 weist ein Ventilelement 10a, 10b auf, das über Federelemente 11a, 11b zu Ventilsitzen 12a, 12b hin beaufschlagt wird. Bei einem Druckgefälle in Durchlassrichtung des Rückschlagventils 8 wird das Ventilelement 10a gegen die Beaufschlagung durch das Federelement 11a von dem Ventilsitz 12a bewegt, sodass sich ein Übertrittsquerschnitt 13 zwischen dem Ventilelement 10a und dem Ventilsitz 12a bildet oder vergrößert. Bei einem Druckgefälle in Durchlassrichtung des Rückschlagventils 9 gilt das zuvor Gesagte entsprechend. Über die Beaufschlagung der Ventilelemente 10a, 10b über die Federelemente 11a, 11b kann die Öffnungs- und Durchflusscharakteristik der Rückschlagventile 8, 9 vorgegeben werden. Beispielsweise kann über eine Vorspannung der Federelemente 11a, 11b ein Mindestdruck- oder flusswert vorgegeben werden, ab dem ein Durchfluss des Fluids durch die Rückschlagventile 8, 9 erfolgen kann. Über eine Federsteifigkeit der Federelemente 11a, 11b kann das Verhältnis zwischen dem Druck und Fluss und der zugeordneten Auslenkung des Ventilelements 10 vorgegeben werden.
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Darüber hinaus kann als Option eine Bypassleitung 14 parallel zu den Zweigleitungen 7 und 6 angeordnet sein, die die erste Leitung 3 mit der zweiten Leitung 5 verbindet. Die Bypassleitung 14 kann eine Drossel 15 aufweisen, über die ein Fluss des Fluids durch die Bypassleitung 14 gedrosselt wird. Über die Bypassleitung 14 kann ein Fluss des Fluids erfolgen, auch wenn die Zweigleitungen 6 und 7 durch die Rückschlagventile 8 und 9 noch gesperrt sind.
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2 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventils 1. Das Durchflusssteuerventil 1 ist gebildet mit einem Ventilelement 10, Abstützelementen 16a, 16b, Federelementen 11a, 11b, Federabstützelementen 17a, 17b, einem Gehäuse 18 und zwei in oder an dem Gehäuse 18 angeordneten Aufnehmern 19, 20, die zusammen mit Permanentmagneten 21, 22 jeweils einen Sensor 23, 24 bilden. Das in 2 dargestellte Gehäuse 18 ist in grober Näherung hülsenartig ausgebildet. An seiner Außenfläche ist eine Führungsschiene 25 angeordnet, in der die Aufnehmer 19, 20 parallel zu einer Längsachse 26 des Durchflusssteuerventils 1 verschiebbar sind. Dadurch kann die Position der Aufnehmer 19, 20 stufenlos eingestellt werden. Nach Einstellung der Position der Aufnehmer 19, 20 werden diese mittels geeigneter Befestigungsmittel in ihrer Position fixiert.
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Das Gehäuse 18 weist eine entlang der Längsachse 26 durchgehende Ausnehmung 27 auf, die zu der Längsachse 26 rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Bereiche mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist. Gleichzeitig ist die Ausnehmung 27 spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene 28, die eine Gleichgewichtslage 29 bildet. An beiden Endbereichen der Ausnehmung 27 sind eine erste Leitung 3 und eine zweite Leitung 5 mit einem ersten Anschluss 2 und einem zweiten Anschluss 4 ausgebildet. In den Endbereichen ist die Ausnehmung 27 mit Innengewinden 30a, 30b ausgestattet. Diese Innengewinde 30a, 30b können für den ersten Anschluss 2 und den zweiten Anschluss 4 genutzt werden, indem in diese beispielsweise ein Anschlussstecker eingeschraubt wird. Eine Wandung 31 der Ausnehmung 27 geht von den Innengewinden 30a, 30b über Absätze 32a, 32b in Führungsflächen 33a, 33b über, wobei die Ausnehmung 27 in diesem durch die Führungsflächen 33a, 33b begrenzten Bereich einen verringerten Durchmesser aufweist. Die Führungsflächen 33a, 33b gehen über weitere Absätze 34a, 34b in weitere Führungsflächen 35a, 35b über, wobei die Ausnehmung 27 in diesem durch die Führungsflächen 35a, 35b begrenzten Bereich einen weiter verringerten Durchmesser aufweist. Von den Führungsflächen 35a, 35b geht die Ausnehmung 27 über Fasen 36a, 36b in eine Ventilkammerbohrung 37 über.
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Über die Innengewinde 30a, 30b sind die Federabstützelemente 17a, 17b in der Ausnehmung 27 gegen die Absätze 32a, 32b verschraubt. Die Federabstützelemente 17a, 17b sind hülsenartig mit durchgehenden Ausnehmungen 38a, 38b ausgebildet, wobei die Federabstützelemente 17a, 17b in Richtung der Anschlüsse 2, 4 umlaufende Bunde 39a, 39b mit Außengewinden im Bereich ihrer Mantelflächen aufweisen. Die Ausnehmungen 38a, 38b sind zu den Anschlüssen 2, 4 hin mit einem Mehrkantquerschnitt ausgestattet, um einen Eingriff mit einem Mehrkant-Werkzeug zu ermöglichen, um das Ein- und Ausschrauben der Abstützelemente 17a, 17b zu ermöglichen.
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Die Federelemente 11a, 11b sind als Spiralfedern mit konstanten Windungsdurchmessern ausgebildet und als Druckfedern eingesetzt. Ein Federfußpunkt der Federelemente 11a, 11b stützt sich dabei an den Federabstützelementen 17a, 17b, hier an den Bunden 39a und 39b, ab.
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Die Abstützelemente 16a, 16b liegen über ihre den Anschlüssen 2, 4 zugewandten Stirnflächen an dem anderen Federfußpunkt der Federelemente 11a, 11b, insbesondere unter Vorspannung, an. Die Abstützelemente 16a, 16b sind in grober Näherung hülsenartig ausgebildet und weisen eine entlang der Längsachse 26 durchgehende Ausnehmung 40a, 40b auf. Außerdem weisen die Abstützelemente 16a, 16b radial nach außen stehende Bunde 41a, 41b auf, die über die Führungsflächen 33a, 33b geführt sind und die in der in 2 dargestellten Gleichgewichtslage 29 stirnseitig an den Absätzen 34a, 34b anliegen.
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An den Abstützelementen 16a, 16b sind Permanentmagnete 21, 22 angeordnet. Hier weist jeder Permanentmagnet 21, 22 zwei baugleiche, ringförmige Magnete 42, 43 auf. Die Permanentmagnete 21, 22 stützen sich radial an Mantelflächen 46a, 46b der Abstützelemente 16a, 16b ab und sind axial zwischen den Bunden 41a, 41b und Sicherungselementen 45a, 45b fixiert.
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Die Mantelflächen 46a, 46b der Abstützelemente 16a, 16b werden von den Führungsflächen 35a, 35b geführt. An den dem Ventilelement 10 zugewandten Endbereichen der Abstützelemente 16a, 16b verkleinert sich der Durchmesser der Abstützelemente 16a, 16b, sodass sich zwischen den Abstützelementen 16a, 16b und den Führungsflächen 35a, 35b Ringkammern 47a, 47b ausbilden. Die Ringkammern 47a, 47b stehen in Verbindung mit den Ausnehmungen 40a, 40b der Abstützelemente 16a, 16b, indem die Abstützelemente 16a, 16b Bohrungen 48a, 48b aufweisen, die hier als radiale Querbohrungen ausgeführt sind. Die dem Ventilelement 10 zugewandten Stirnseiten der Abstützelemente 16a, 16b bilden radial außenliegend von der Ausnehmung 40a, 40b angeordnete Anlageflächen 49a, 49b für das Ventilelement 10. Hier sind die Anlageflächen 49a, 49b in Form von Fasen 50a, 50b ausgebildet. Die Bohrungen 48a, 48b wirken als Drosseln 51a, 51b, deren drosselnder Charakter von den Durchmessern der Bohrungen 48a, 48b abhängt.
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In der Ventilkammerbohrung 37 ist das Ventilelement 10 angeordnet und geführt. In der hier dargestellten Ausführung ist das Ventilelement 10 als Kugel 53 ausgebildet. Das Ventilelement 10 kann unter Abdichtung in der Ventilkammerbohrung 37 geführt sein. In der hier dargestellten Ausführungsform ergibt sich jedoch ein Spiel zwischen dem Ventilelement 10 und der Ventilkammerbohrung 37. Dadurch ist ein Übertrittsquerschnitt 52 gebildet.
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Das Federabstützelement 17b, das Federelement 11b, das Abstützelement 16b, das Ventilelement 10, das Abstützelement 16a, das Federelement 11a und das Federabstützelement 17a sind in der Ausnehmung 27 des Gehäuses 18 koaxial zu der Längsachse 26 in der genannten Reihenfolge hintereinander angeordnet.
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Das beschriebene Durchflusssteuerventil 1 funktioniert wie folgt:
In 2 befindet sich das Durchflusssteuerventil 1 in der Gleichgewichtslage 29. In der Gleichgewichtslage 29 ist das Ventilelement 10 in der Mittelebene 28 in der Ventilkammerbohrung 37 angeordnet. Beide Anlageflächen 49a, 49b der Abstützelemente 16a, 16b liegen dabei an dem Ventilelement 10 an. Nimmt ein Druck des Fluids in der ersten Leitung 3 gegenüber dem Druck in der zweiten Leitung zu, wird das Ventilelement 10 zunächst nicht aus der Gleichgewichtslage 29 bewegt. Allerdings strömt Fluid von der ersten Leitung 3 durch die Ausnehmung 38b und die Ausnehmung 40b des Abstützelements 16b und durch seine Bohrungen 48b in die Ringkammer 47b. Von dort tritt das Fluid über den Übertrittsquerschnitt 52, der somit einen Leckagequerschnitt 54 bildet, in die Ringkammer 47a über. Von dort gelangt das Fluid über die Bohrungen 48a in die Ausnehmung 40a des Abstützelements 16a und über die Ausnehmung 38a des Federabstützelements 17a in die zweite Leitung 5. Bis zu einem Mindestdruckwert oder Mindestdurchflusswert 55 bleibt das Ventilelement 10 in der Gleichgewichtslage 29, sodass ein Durchfluss 56 des Fluids lediglich über den Leckagequerschnitt 54 erfolgt, wie in 5 zu erkennen ist. Mit zunehmender Druckdifferenz bis zu einer Mindestdruckdifferenz, bei der der Mindestdurchflusswert 55 erreicht ist, nimmt der Durchfluss 56 des Fluids zu, ohne dass eine Auslenkung 57 des Ventilelements 10 aus der Ruhelage 29 erfolgt. Eine Auslenkung 57 des Ventilelements 10 und damit des Abstützelements 16a erfolgt hierbei nicht, da das Federelement 11a vorgespannt ist, sodass das Abstützelement 16a das Ventilelement 10 in Richtung der Gleichgewichtslage 29 beaufschlagt. Über die Vorspannung des Federelements 11a kann der Mindestdurchflusswert 55 vorgegeben werden. In dieser Gleichgewichtslage 29 liegt das Ventilelement 10 an den Anlageflächen 49a, 49b an. Daher kann das Fluid nur über die Bohrungen 49a, 49b in die Ausnehmung 40a des Abstützelements 16a übertreten und aus der Ausnehmung 40b austreten.
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In 3 ist eine Stellung des Durchflusssteuerventils 1 dargestellt, in der die Druckdifferenz von der ersten Leitung 3 zu der zweiten Leitung 5 größer ist als die Mindestdruckdifferenz und damit auch der Fluss des Fluids größer ist als der Mindestdurchflusswert 55. Die aus der Druckdifferenz resultierende Kraft, die auf das Ventilelement 10 und das Abstützelement 16a ausgeübt wird, reicht aus, um das Ventilelement 10 gegen die von dem Federelement 11a ausgeübte Federkraft aus der Gleichgewichtslage 29 zu bewegen. Mit dem Ventilelement 10 bewegt sich auch das Abstützelement 16a gegen die durch das Federelement 11a ausgeübte Federkraft. Mit dem teilweisen Austritt des Ventilelements 10 aus der Ventilkammerbohrung 37 vergrößert sich der Übertrittsquerschnitt 52, der in der in 3 gezeigten Darstellung dann zwischen dem Ventilelement 10 und der Fase 36a gebildet wird. Das Ventilelement 10 ist nun beabstandet von der Anlagefläche 49b angeordnet. Dies hat zur Folge, dass zusätzlich zu dem Weg des Fluids durch die Bohrung 48b ein weiterer Weg durch die dem Ventilelement 10 zugewandte Stirnseite des Abstützelements 16b geöffnet ist. Dadurch ist die Drosselwirkung der Drossel 48b überbrückt, während das Fluid zwingend durch die Bohrung 48a hindurchtreten muss.
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Gemäß der in 5 gezeigten Durchflusscharakteristik 58 nimmt nach Überschreiten des Mindestdurchflusswertes 55 mit Zunahme der Druckdifferenz und der damit einhergehenden Zunahme des Durchflusses 56 des Fluids von der ersten Leitung 3 in die zweite Leitung 5 die Auslenkung 57 des Ventilelements 10 aus der Gleichgewichtslage 29 linear zu. Ab einer Druckdifferenz, die einem Durchfluss 59 entspricht, ist der Übertrittsquerschnitt 52 so groß, dass der Durchfluss 56 des Fluids mit Zunahme der Druckdifferenz zunehmen kann, ohne dass sich die Auslenkung 57 des Ventilelements 10 wesentlich vergrößert. Für diese Druckdifferenzen wird die Drosselwirkung des Durchflusssteuerventils 1 zunächst im Wesentlichen durch die zwischen dem Ventilelement 10 und der Ventilkammerbohrung 37 bzw. der Fase 36a gebildeten Drossel 60 bestimmt, wohingegen die Drosselwirkung der Drossel 51a die Durchflusscharakteristik des Durchflusssteuerventils 1 nicht wesentlich beeinflusst. Ab einem Durchfluss 61 kommt allerdings die Wirkung der Drossel 51a zum Tragen. Nun erhöht sich auch die Auslenkung 57 des Ventilelements 10 mit zunehmendem Durchfluss 56, wie in 5 zu erkennen ist. Die Auslenkung 57 des Ventilelements 10 und des Abstützelements 16a ist dann begrenzt dadurch, dass das Abstützelement 16a für einen Durchfluss 62 zur Anlage an das Federabstützelement 17a kommt. Damit nimmt die Auslenkung 57 trotz einer weiteren Zunahme des Durchflusses 56 über den Durchfluss 62 nicht weiter zu.
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Wenn die Druckdifferenz abnimmt (vgl. gestrichelter Kurvenverlauf der Durchflusscharakteristik 58), ergibt sich gemäß 5 eine reibungsbedingte Hysterese. Das Ausmaß der Zunahme der Auslenkung 57 des Ventilelements 10 mit dem Vergrößerung des Durchflusses 56 in den ansteigenden Bereichen der Durchflusscharakteristik 58 ist durch die Federsteifigkeit des Federelements 11a mitbestimmt.
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4 zeigt die Stellung des Durchflusssteuerventils 1 für eine entgegengesetzte Druckdifferenz von der zweiten Leitung 5 zu der ersten Leitung 3. Hierfür gilt das zuvor Gesagte entsprechend.
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In der Ausnehmung 27 ist eine Kammer 63 gebildet, über die die erste Leitung 3 und die zweite Leitung 5 in Verbindung stehen. Gemäß den 2 bis 4 ist die Kammer 63 durch die Wandung 31 der Ausnehmung 27 radial und durch die Federabstützelemente 17a, 17b in der Längsrichtung 26 begrenzt.
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In Analogie zu dem in 1 dargestellten nicht erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventil 1 können in dem in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventil 1 ein erstes und ein zweites Rückschlagventil 8, 9 gesehen werden, die über ein gemeinsames Ventilelement 10 verfügen. Das gemäß 1 gebildete erste Rückschlagventil 9 wird hierbei für das Ausführungsbeispiel gemäß 2 durch die Ventilkammerbohrung 37 und die Fase 36, die gemeinsam eine Art Ventilsitz 12a bilden, das Ventilelement 10 und das Federelement 11a mit dem daran angeordneten Abstützelement 16a gebildet. Der Übertrittsquerschnitt 13 entspricht in diesem Fall dem Übertrittsquerschnitt 52. Entsprechendes gilt für das Rückschlagventil 8.
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Ist das Ventilelement 10 gegenüber der Ventilkammerbohrung 37 abgedichtet, so dass sich in der Gleichgewichtslage 29 kein Leckagequerschnitt 54 ausbildet, entspricht dies dem Durchflusssteuerventil 1 gemäß 1, bei dem keine Bypassleitung 14 parallel zu den Zweigleitungen 7 und 6 gebildet ist. Ist hingegen ein Leckagequerschnitt 54 gebildet, entspricht dies der Wirkung der Bypassleitung 14 mit der Drossel 15 in der Ausführungsform gemäß 1. Im Gegensatz zu dem nicht erfindungsgemäßen Durchflusssteuerventil 1 gemäß 1 weist das erfindungsgemäße Durchflusssteuerventil 1 nicht die zwei parallel angeordneten Zweigleitungen 6, 7 und eine ggf. dritte Bypassleitung 14 auf. Vielmehr tritt das gesamte Fluid durch die einzige Kammer 63 hindurch.
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Das erfindungsgemäße Durchflusssteuerventil 1 findet beispielsweise Einsatz im Zusammenhang mit der fluidischen Beaufschlagung eines Aktuators zur Drehung und Einschwenkung von Anbaupflügen mit Neigungsverstellung. Bei dem Fluid handelt es sich in diesem Fall um ein Hydrauliköl, beispielsweise nach DIN 51524 T2: ISO VG 46, wobei eine Durchflussmenge 0 bis 40 l/min betragen kann. Eine Beaufschlagung kann bspw. erfolgen mit einem Nenndruck von 250 bar und einem maximalen Druck von 350 bar. Ist in der vorliegenden Beschreibung von einer ”Durchflussmenge” gesprochen, kann es sich um einen Volumenstrom oder einen Massenstrom handeln.
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Erfindungsgemäß kann mittels der Sensoren 23, 24 die Auslenkung 57 in der Durchflusscharakteristik 58 gemäß 5 erfasst werden, über welche dann unter Zugrundelegung der Durchflusscharakteristik 57 dann auf den Durchfluss 56 rückgeschlossen werden kann. Hierbei ist in den Bereichen eines Anstiegs der Durchflusscharakteristik 58 eine hohe Messgenauigkeit zur Ermittlung des Durchflusses 56 gegeben, während im Bereich der Plateaus eine genaue Auflösung der Durchflussmenge nicht möglich ist.
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Die in 5 dargestellte Durchflusscharakteristik 58 ist lediglich exemplarisch gewählt und grob schematisch. In der Praxis werden sich u. U. hiervon abweichende Durchflusscharakteristik 58 ergeben, bei welchen beispielsweise keine Knicke vorhanden sind, Geradenstücke durch Kurvenverläufe ersetzt sind und insbesondere die Plateaus nicht wie idealisiert dargestellt horizontal sind, sondern kurvenförmig und leicht ansteigend ausgebildet sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Durchflusssteuerventil
- 2
- erster Anschluss
- 3
- erste Leitung
- 4
- zweiter Anschluss
- 5
- zweite Leitung
- 6
- Zweigleitung
- 7
- Zweigleitung
- 8
- Rückschlagventil
- 9
- Rückschlagventil
- 10
- Ventilelement
- 11
- Federelement
- 12
- Ventilsitz
- 13
- Übertrittsquerschnitt
- 14
- Bypassleitung
- 15
- Drossel
- 16
- Abstützelement
- 17
- Federabstützelement
- 18
- Gehäuse
- 19
- Aufnehmer
- 20
- Aufnehmer
- 21
- Permanentmagnet
- 22
- Permanentmagnet
- 23
- Sensor
- 24
- Sensor
- 25
- Führungsschiene
- 26
- Längsachse
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Mittelebene
- 29
- Gleichgewichtslage
- 30
- Innengewinde
- 31
- Wandung
- 32
- Absatz
- 33
- Führungsfläche
- 34
- Absatz
- 35
- Führungsfläche
- 36
- Fase
- 37
- Ventilkammerbohrung
- 38
- Ausnehmung
- 39
- Bund
- 40
- Ausnehmung
- 41
- Bund
- 42
- Magnet
- 43
- Magnet
- 44
- Mantelfläche
- 45
- Sicherungselement
- 46
- Mantelfläche
- 47
- Ringkammer
- 48
- Bohrung
- 49
- Anlagefläche
- 50
- Phase
- 51
- Drossel
- 52
- Übertrittsquerschnitt
- 53
- Kugel
- 54
- Leckagequerschnitt
- 55
- Mindestdurchflusswert
- 56
- Durchfluss
- 57
- Auslenkung
- 58
- Durchflusscharakteristik
- 59
- Durchfluss
- 60
- Drossel
- 61
- Durchfluss
- 62
- Durchfluss
- 63
- Kammer
