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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilanordnung, insbesondere zur Druck- und / oder Volumenstromregelung einer Hydromaschine, insbesondere einer Hydropumpe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine hydraulische Maschinenanordnung mit einer derartigen Ventilanordnung gemäß dem Patentanspruch 15.
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Eine derartige hydraulische Ventilanordnung ist aus dem Datenblatt RD 92703 / 08.11 der Anmelderin bekannt und findet insbesondere in der Druck- und Förderstromregelung von Hydropumpen, insbesondere Axialkolbenpumpen, ihre Anwendung. Die Ventilanordnung hat ein erstes Ventil, beziehungsweise ein Förderstromregelventil, über das der Fördervolumenstrom der Hydropumpe regelbar ist. Die Regelung erfolgt, indem ein Arbeitsraum einer Stellvorrichtung der Hydropumpe mit einem vom Förderstromregelventil geregelten Stelldruck beaufschlagt wird, was zu einer Einstellung eines geometrischen Hub- oder Fördervolumens der Hydropumpe führt. Zu diesem Zweck ist ein Ventilkörper des Förderstromregelventils in Richtung einer Verringerung des geometrischen Fördervolumens, beziehungsweise in Richtung der Druckmittelbeaufschlagung des Arbeitsraums, mit dem Pumpendruck und in Richtung einer Erhöhung des geometrischen Fördervolumens, beziehungsweise einer Druckentlastung des Arbeitsraumes, mit einem entgegengesetzt wirksamen Steuerdruck und einem Druckäquivalent einer Regelfeder des Förderstromregelventils beaufschlagt.
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Der hierfür verwendete Steuerdruck wird dabei über eine Drosselvorrichtung aus dem Hoch- beziehungsweise Pumpenausgangsdruck abgeleitet. Hierzu weist die Ventilanordnung einen den Ventilkörper des Förderstromregelventils durchsetzenden Druckmittelkanal auf, der einen Verjüngungsabschnitt, insbesondere einen Düsenabschnitt, mit einem kleinsten Querschnitt hat. Der Druckmittelkanal durchsetzt den Ventilkörper von einem mit dem Hochdruck beaufschlagbaren Druckraum hin zu einem rückwärtigen Steuerraum, in dem der Steuerdruck wirksam ist. Der Steuerdruck stellt sich stromabwärts des kleinsten Querschnitts ein.
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Eine Begrenzung des Pumpenausgangsdrucks wird in dieser Lösung realisiert, in dem der so erzeugte und auf den Ventilkolben des Förderstromregelventils wirkende Steuerdruck über ein zweites Ventil, beziehungsweise Druckbegrenzungsventil, der Ventilanordnung begrenzt ist. Ein Ventilkolben des Druckbegrenzungsventil ist dabei in Richtung einer Verbindung des Steuerdrucks mit einer Druckmittelsenke vom Steuerdruck und einem Druckäquivalent eines Elektromagneten und in Schließrichtung dieser Verbindung mit dem Druckäquivalent einer einstellbaren Regelfeder beaufschlagt. Demgemäß ist die eingestellte Grenze des Steuerdrucks umso kleiner, je größer die Betätigungskraft des Elektromagneten des Begrenzungsventils eingestellt ist. Da über das Förderstromregelventil der Pumpendruck derart geregelt wird, dass er um das Druckäquivalent der Regelfeder höher als der Steuerdruck ist, kann über das Druckbegrenzungsventil und den eingestellten Grenzwert des Steuerdrucks der von der Hydropumpe gelieferte Hoch- beziehungsweise Pumpenausgangsdruck begrenzt werden.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der den Ventilkörper des Förderstromregelventils durchsetzende Druckmittelkanal anfällig für eine Verschmutzung oder Verstopfung mit im Druckmittel mitgeführten Schmutzpartikeln ist. Die aus einer derartigen Verschmutzung resultierende Querschnittsverengung führt zu einer Erhöhung des Druckverlustes und damit zu einem verfälschten beziehungsweise niedrigerem Steuerdruck. In Folge dessen stellt sich ein Pumpenausgangsdruck ein, der niedriger als vorgegeben ist. Weiterhin kann die Verschmutzung des Druckmittelkanals zu einer Instabilität der Regelung des Pumpenausgangsdrucks führen. Um die Verschmutzung zu entfernen, muss der bestimmungsgemäße Betrieb unterbrochen werden und die Verschmutzung muss durch aufwendige Wartungsmaßnahmen entfernt werden.
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Auch die Druckschriften
DE 199 53 170 A1 und
DE 102 47 665 B4 zeigen eine derartige hydraulische Ventilanordnung mit einem Förderstromregelventil und zudem einem Steuerventil, das in Zusammenwirkung mit einem mit einer Stellvorrichtung der Hydropumpe gekoppelten und als Druckbegrenzungsventil ausgestalteten Leistungsregelventil eine Förderstromleistung der Hydropumpe begrenzt. Bei dieser Ventilanordnung ist der Ventilkolben des Steuerventils ausgehend von einem mit dem Pumpenausgangsdruck beaufschlagten Druckraum hin zu einem Rückraum, in dem der Steuerdruck wirksam ist, von einem Druckmittelkanal durchsetzt, der eine am Ende des Druckmittelkanals angeordnete Engstelle aufweist, über die der Pumpendruck auf den Steuerdruck gedrosselt wird. Auch bei dieser Lösung ist der Druckmittelkanal anfällig für eine Verschmutzung mit im Druckmittel vorhandenen Spänen oder anderen Schmutzpartikeln, wodurch analog zur vorbeschriebenen Lösung, der Steuerdruck verfälscht werden kann. Da der Ventilkolben des Steuerventils mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, führt dessen Verfälschung zu einer Verfälschung der Leistungsregelung der Hydropumpe.
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An beiden Lösungen ist somit nachteilig, dass das Risiko einer Steuerdruckverfälschung hoch ist, da sich der Druckmittelkanal leicht mit im Druckmittelvolumenstrom mitgeführten Schmutzpartikeln zusetzen kann. Hinzu kommt, dass die Entfernung der Verschmutzung aus dem Druckmittelkanal einen hohen wartungstechnischen Aufwand und eine Unterbrechung des bestimmungsgemäßen Betriebs der Ventilanordnung mit sich bringt.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Ventilanordnung mit einem verringerten wartungstechnischen Aufwand zu schaffen.
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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Maschinenanordnung mit einer derartigen Ventilanordnung zu schaffen.
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Die erste Aufgabe wird durch eine hydraulische Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die zweite Aufgabe durch eine hydraulische Maschinenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine hydraulische Ventilanordnung hat ein erstes Ventil mit einem Ventilkörper, der von einem einen kleinsten Querschnitt aufweisenden Druckmittelkanal durchsetzt ist. Der kleinste Querschnitt ist insbesondere an einer Düse oder an einer Drossel ausgebildet. Dabei ist ein an einem Druckanschluss des ersten Ventils wirksamer Druck über den kleinsten Querschnitt auf einen Steuerdruck drosselbar. Erfindungsgemäß ist der kleinste Querschnitt nahe einer, insbesondere benachbart zu einer mit dem Druck beaufschlagbaren Mündung des Druckmittelkanals angeordnet.
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Gegenüber Lösungen des Standes der Technik mit einem kleinsten Querschnitt, der mit Bezug zu einem sich im Druckmittelkanal einstellenden Steuerdruckmittelvolumenstrom nahe einer stromabwärtigen Mündung oder in einem mittleren Bereich des Druckmittelkanals angeordnet ist, hat die erfindungsgemäße Anordnung des kleinsten Querschnitts den Vorteil, dass der Druckmittelkanal vorwiegend in einem Bereich der mit dem Druck beaufschlagbaren Mündung, und somit nahe einer gut erreichbaren Oberfläche des Ventilkörpers, von Schmutzpartikeln zugesetzt oder verstopft werden kann. Diese können somit erfindungsgemäß nicht weit in den Druckmittelkanal eindringen. Daher können die Schmutzpartikel, die eine Verfälschung des Steuerdrucks zur Folge haben können, einfacher entfernt werden, als es aus dem Stand der Technik bekannt ist und die Ventilanordnung weist somit einen verringerten wartungstechnischen Aufwand auf. Die Schmutzpartikel können beispielsweise Metallspäne oder Foulingpartikel sein.
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Besonders bevorzugt ist die Ventilanordnung zur Regelung zumindest eines Leistungsparameters einer Hydromaschine, insbesondere einer Hydropumpe vorgesehen, wobei für die Hydropumpe der über das erste Ventil regelbare Leistungsparameter bevorzugt ein Fördervolumenstrom oder ein Hochdruck- beziehungsweise Pumpenausgangsdruck ist. Die Hydromaschine ist bevorzugt eine Axialkolbenpumpe oder ein Axialkolbenmotor in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauweise und weist bevorzugt ein verstellbares, und alternativ dazu ein konstantes, geometrisches Hubvolumen auf.
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Bevorzugt ist der kleinste Querschnitt einstückig mit dem Ventilkörper, insbesondere an einem als Düse oder Drossel ausgebildeten Abschnitt des Druckmittelkanals ausgebildet. Alternativ dazu ist er bevorzugt an einem Düsen- oder Drosselkörper ausgebildet, der mit dem Ventilkörper verbunden, insbesondere in diesen eingesetzt ist.
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Um eine Verstopfung des kleinsten Querschnitts besonders einfach beseitigen zu können, weist in einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung der Ventilanordnung die stromaufwärts angeordnete Mündung den kleinsten Querschnitt auf. Somit ist der kleinste Querschnitt maximal nahe beziehungsweise an der Mündung angeordnet. Ein sich an der Mündung absetzendes Schmutzpartikel ausreichender Größe überragt somit die Mündung zumindest abschnittsweise nach außen, wodurch es noch einfacher zu entfernen ist.
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Um das Risiko einer Verstopfung des Druckmittelkanals weiter zu verringern, ist dem Druckanschluss des ersten Ventils ein Filter vorgeschaltet, der bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass über ihn Partikel filterbar sind, deren Querschnitt etwa gleich dem kleinsten Querschnitts des Druckmittelkanals oder größer als dieser ist. Um das Risiko einer Verstopfung weiter zu senken, ist alternativ oder ergänzend dazu der Filter derart ausgestaltet, dass über ihn Partikel filterbar sind, deren Querschnitt kleiner als der kleinste Querschnitt des Druckmittelkanals ist.
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Bevorzugt weist ein Rand der Mündung eine Fase auf. Diese weist bevorzugt einen flachen Fasenwinkel auf, beziehungsweise ist mit flachem Winkel gegen eine Mantelfläche des Ventilkörpers angestellt.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Ventilanordnung ist die Mündung derart am Ventilkörper des ersten Ventils angeordnet, dass sie von einem Druckmittelströmungspfad, insbesondere eines den Ventilkörper des ersten Ventils zumindest abschnittsweise um- oder anströmenden Druckmittelvolumenstroms, tangierbar ist. Auf diese Weise können die Mündung zusetzende Schmutzpartikel über Strömungskräfte des Druckmittelvolumenstroms mitgerissen und entfernt werden. Auf diese Weise ist eine Selbstreinigung der Mündung ermöglicht. Sollte kein Druckmittelvolumenstrom ausgebildet sein, erfolgt die Selbstreinigung sobald dieser aufgrund einer Regel- oder Steuerungsbewegung des Ventilkörpers wieder vorliegt.
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Besonders bevorzugt ist die Ventilanordnung derart ausgestaltet oder ist in einem bestimmungsgemäßen Betrieb derart angeordnet, dass die mit dem Druck beaufschlagbare Mündung mit Bezug zur Schwerkraft nach unten weist.
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Die Hydropumpe ist bevorzugt verstellbar, insbesondere mit einem verstellbaren geometrischen Fördervolumen ausgestaltet oder sie ist bevorzugt konstant, insbesondere mit einem konstanten geometrischen Fördervolumen ausgestaltet. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Ventilanordnung ist das erste Ventil als ein Proportionalwegeventil, insbesondere als ein 3/2-Proportionalwegeventil ausgestaltet, das zusätzlich zum Druckanschluss einen Stelldruckanschluss und einen Niederdruckanschluss aufweist, wobei der Stelldruckanschluss über eine erste Ventilstellung des ersten Ventils mit dem Druckanschluss und über eine zweite Ventilstellung des ersten Ventils mit dem Niederdruckanschluss verbindbar ist. Bevorzugt ist der Stelldruckanschluss über die erste Ventilstellung vom Niederdruckanschluss und über die zweite Ventilstellung vom Druckanschluss trennbar. Zur bereits erwähnten Selbstreinigung der Mündung und zur Versorgung des Stelldruckanschlusses mit Druckmittel ist der vorbeschriebene Druckmittelströmungspfad bevorzugt vom Druckanschluss hin zum Stelldruckanschluss des ersten Ventils gerichtet oder über dessen erste Ventilstellung ausbildbar.
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In einer bevorzugten Weiterbildung in der Ventilanordnung ist der Ventilkörper des ersten Ventils in Öffnungsrichtung einer Verbindung des Druckanschlusses mit dem Stelldruckanschluss mit dem Hochdruck, insbesondere mit einem von diesen abhängigen Druck, und in Schließrichtung der Verbindung mit dem Steuerdruck und einem Druckäquivalent einer Regelfeder, insbesondere mit konstanter oder einstellbarer Federkonstante, beaufschlagbar. Der Druckmittelvolumenstrom, beziehungsweise dessen Druckmittelströmungspfad, kann sich folglich ausbilden, sobald der Hochdruck größer als eine Summe aus dem Steuerdruck und dem Druckäquivalent ist.
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Ist die Hydropumpe verstellbar ausgebildet, so ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Ventilanordnung der Stelldruckanschluss des ersten Ventils mit einer Stellvorrichtung, insbesondere mit einem Stellzylinder der verstellbaren Hydropumpe verbindbar. Im Falle der konstanten Hydropumpe, deren Fördervolumen nicht verstellbar ist, ist der Stelldruckanschluss des ersten Ventils bevorzugt mit einem Bypassventil oder einem Druckbegrenzungsventil verbindbar, über das vom Fördervolumenstrom der Hydropumpe insbesondere ein Bypassvolumenstrom oder ein Tankvolumenstrom abzweigbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Ventilanordnung ist der Ventilkörper axial in einer Ventilbohrung geführt und die Mündung ist an einem gegen die Ventilbohrung radial zurückgesetzten Mantelflächenabschnitt des Ventilkörpers angeordnet.
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Um den Hochdruck für eine Verstellung des Ventilkörpers besonders effizient auszunutzen, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Ventilanordnung über den Mantelflächenabschnitt, in dem die Mündung angeordnet ist, eine insbesondere planare oder konkave oder konvexe Abflachung eines Endabschnitts des Ventilkörpers ausgebildet. Auf diese Weise ist eine Endstirnfläche des Ventilkörpers mit dem Hochdruck beaufschlagbar.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist das erste Ventil einen vom Druckmittelvolumenstrom zumindest abschnittsweise durchströmbaren Druckraum auf, der radial zumindest abschnittsweise über dem Mantelflächenabschnitt und die Ventilbohrung begrenzt ist.
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Bevorzugt ist der Druckraum axial zumindest abschnittsweise über eine gehäusefeste Stirnfläche und über eine an einem, insbesondere zum Mantelflächenabschnitt radial erweiterten, Steuerbund des Ventilkörpers angeordnete Stirnfläche begrenzt. Bevorzugt ist am Steuerbund eine Steuerkante angeordnet, über die in der ersten Ventilstellung die Verbindung des Druckanschlusses des ersten Ventils mit dessen Stelldruckanschluss aufsteuerbar ist.
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In einer Bevorzugten Weiterbildung der Ventilanordnung erstreckt sich ein Mündungsabschnitt des Druckmittelkanals ausgehend von der Mündung bevorzugt radial in den Ventilkörper hinein und ist insbesondere als ein Radialkanal oder als eine Radialbohrung ausgebildet.
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Um ein Eindringen kleiner oder kleinster Schmutzpartikel in den Druckmittelkanal zu verhindern, weist eine bevorzugte Weiterbildung der Ventilanordnung eine Mehr- oder Vielzahl, insbesondere zwei, derartiger Mündungsabschnitte auf, die insbesondere diametral oder sternförmig in einem insbesondere erweiterten und / oder dem Ventilkörper zumindest abschnittsweise axial oder diagonal oder radial durchsetzenden Folgeabschnitt des Druckmittelkanals einmünden.
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Eine besonders bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildung der Ventilanordnung weist ein zweites Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil auf, über das der Steuerdruck begrenzbar ist. Da der Hochdruck um das Druckäquivalent der Regelfeder des ersten Ventils höher ist als der Steuerdruck, ist auf diese Weise der Hochdruck beziehungsweise der Pumpenausgangsdruck begrenzbar. Da sich eine Leistung der Hydropumpe aus dem Produkt aus Pumpenausgangsdruck und Fördervolumenstrom ergibt, ist auf diese Weise eine hydraulische Leistung der Hydropumpe begrenzbar. Bevorzugt weist das zweite Ventil einen mit dem Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerdruckanschluss und einen mit einer Druckmittelsenke verbindbaren Niederdruckanschluss auf. Ein Ventilkörper des zweiten Ventils ist bevorzugt in Öffnungsrichtung einer Verbindung seines Steuerdruckanschlusses mit seinem Niederdruckanschluss mit dem Steuerdruck und einem Druckäquivalent eines, insbesondere verstellbaren, Elektromagneten und in Schließrichtung dieser Verbindung mit einem Druckäquivalent einer, insbesondere verstellbaren, Feder beaufschlagbar. Bevorzugt ist eine Kennlinie des zweiten Ventils negativ, wobei mit einer steigenden Betätigungskraft, insbesondere mit einem steigenden Betätigungsstrom des Elektromagneten, ein maximal erreichbarer Steuerdruck, beziehungsweise dessen oberster Grenzwert, absinkt. Folglich ist der maximal erzielbare Steuerdruck umso kleiner, je stärker der Elektromagnet des zweiten Ventils bestromt ist. Besonders bevorzugt weist ein Ventilkörper des zweiten Ventils, insbesondere zur Feinsteuerung eines Öffnungsquerschnittes der Verbindung seines Steuerdruckanschlusses mit seinem Niederdruckanschluss eine Feinsteuergeometrie, insbesondere eine Feinsteuerkerbe auf.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung ist besonders bevorzugt zur Steuerung eines hydrostatischen Antriebs eines Lüfters vorgesehen.
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Eine erfindungsgemäße hydraulische Maschinenordnung, insbesondere Pumpenanordnung, weist die Ventilanordnung mit der Hydropumpe gemäß der vorangegangenen Beschreibung auf, wobei der Fördervolumenstrom der Hydropumpe oder deren Hochdruck über das erste Ventil regelbar ist. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Maschinenordnung ist der Hochdruck über das zweite Ventil begrenzbar.
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Besonders kompakt ist die Maschinenordnung ausgebildet, wenn sie in nur einem Gehäuse oder in mehreren, fest miteinander insbesondere lösbar verbundenen Gehäusen oder Gehäuseteilen angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist das erste Ventil oder das erste und das zweite Ventil in einem Ventilgehäuse oder in einem Steuerblock aufgenommen, dass oder der an ein Gehäuse der Hydropumpe angeflanscht ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von drei Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 einen Schaltplan einer Pumpenanordnung mit einer Ventilanordnung zur Regelung eines Fördervolumenstroms und zur Einstellung eines maximalen Pum pendrucks,
- 2 die Ventilanordnung gemäß 1 in einem Längsschnitt und
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß 2.
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Eine hydraulische Pumpenanordnung 1 weist gemäß 1 eine Hydropumpe 2 und eine hydraulische Ventilanordnung 4 auf. Die Hydropumpe 2 ist als verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgestaltet. Sie hat eine Triebwelle 6, über die sie mit einem Antriebsmotor koppelbar ist. Des Weiteren hat sie einen Sauganschluss S und einen Druckanschluss P. Sie wird im geschlossenen Kreis betrieben und hat zur Abfuhr eines Leckagestroms einen Leckageanschluss L, der über eine Leckageleitung mit einer Druckmittelsenke, insbesondere einem Tank T verbunden ist. Des Weiteren hat die Hydropumpe 2 eine als Stellzylinder ausgestaltete Stellvorrichtung 8. Eine Kolbenstange der Stellvorrichtung 8 ist mit einer nicht dargestellten Schwenkwiege der Hydropumpe 2 gekoppelt. Über die Stellvorrichtung 8 kann ein Schwenkwinkel der Hydropumpe 2 und ihr geometrisches Hub- oder Fördervolumen verstellt werden.
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An den Sauganschluss S ist eine Saugleitung 10 und an den Druckanschluss P eine Druckleitung 12 angeschlossen. Die Druckleitung 12 verbindet den Druckanschluss P mit einem Verbraucheranschluss B eines nicht dargestellten hydraulischen Verbrauchers. Die Ventilanordnung 4 weist ein erstes Ventil 14 und ein zweites Ventil 16 auf. Das erste Ventil 14 ist ein als 3/2-Proportionalwegeventil ausgeführtes Förderstromregelventil. Das zweite Ventil 16 ist als elektromagnetisch verstellbares Druckbegrenzungsventil ausgestaltet. Von der Druckleitung 12 zweigt eine Druckleitung 18 ab. Diese ist mit einem Druckanschluss P des Förderstromregelventils 14 verbunden. Das Förderstromregelventil 14 weist einen Tankanschluss T auf, der über eine Niederdruckleitung 20 mit dem Tank T verbunden ist. Des Weiteren hat das Förderstromregelventil 14 einen Stelldruckanschluss ST, der über eine Stelldruckleitung 22 mit einem Arbeitsraum 24 des Stellzylinders 8 verbunden ist. In der Stelldruckleitung 22 ist eine Drossel 26 zur Begrenzung eines Stelldruckmittelvolumenstroms angeordnet.
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Das Förderstromregelventil 14 weist eine erste Ventilstellung (a) und eine zweite Ventilstellung (b) auf. In der ersten Ventilstellung (a) ist der Druckanschluss P des Förderstromregelventils 14 mit dessen Stelldruckanschluss ST verbunden. Der Tankanschluss T ist dann abgesperrt. In der zweiten Ventilstellung (b) ist hingegen der Druckanschluss P abgesperrt und der Stelldruckanschluss ST mit dem Tankanschluss T verbunden. Der Ventilkörper 28 ist dabei in Richtung der ersten Ventilstellung (a) mit dem Druck in der Druckleitung 18 beaufschlagt. Von der Druckleitung 18 zweigt eine Druckleitung 30 ab, in der eine Düse 32 angeordnet ist. In der Druckleitung 30 wirkt somit etwa der gleiche Druck wie in der Druckleitung 18, wohingegen stromabwärts der Düse 32 ein reduzierter Druck beziehungsweise ein Steuerdruck wirksam ist. Demgemäß ist eine Druckleitung stromabwärts der Düse 32 als Steuerdruckleitung 34 bezeichnet. Der durch diese Drosselung aus dem Pumpendruck abgeleitete Steuerdruckdruck wirkt zusammen mit einem Druckäquivalent einer Regelfeder 36 und somit entgegen dem Pumpendruck in der Druckleitung 18 in Richtung der Ventilstellung (b) des Förderstromregelventils 14.
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Die Steuerdruckleitung 34 ist an einen Steuerdruckanschluss ST des Druckbegrenzungsventils 16 angeschlossen. Ein Tankanschluss T des Druckbegrenzungsventils 16 ist über eine Niederdruckleitung mit der Niederdruckleitung 20 und auf diese Weise mit dem Tank T verbunden. In Schließrichtung einer Verbindung des Steuerdruckanschlusses ST mit dem Tankanschluss T ist ein Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils 16 mit dem Druckäquivalent einer einstellbaren Feder 38 beaufschlagt. In Öffnungsrichtung ist er mit dem in der Steuerdruckleitung 34 wirksamen Steuerdruck und mit einem Druckäquivalent eines verstellbaren Elektromagneten 40 beaufschlagbar.
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In einem bestimmungsgemäßen Betrieb fördert die Hydropumpe 2 einen Druckmittelvolumenstrom in die Druckleitung 12 und somit zum am Verbraucheranschluss B angeschlossenen hydraulischen Verbraucher (nicht dargestellt). Ein sich in der Druckleitung 12 einstellender Hoch- oder Pumpenausgangsdruck ist abgesehen von einem strömungsbedingten Druckverlust gleichsam in der Druckleitung 18 wirksam. Auch die Druckleitung 30, die von der Druckleitung 18 abzweigt, weist etwa diesen Druck auf, woraus über die Düse 32 hin zur Steuerdruckleitung 34 ein schwacher Steuerölstrom resultiert. An der Düse 32 stellt sich ein Druckverlust ein, so dass der Steuerdruck in der Steuerdruckleitung 34 kleiner ist als derjenige in den Druckleitungen 30, 18 und 12. In Folge dessen ist der Ventilkörper 28 des Förderstromregelventils 14 wie vorbeschrieben einerseits etwa mit dem in der Druckleitung 18 anliegendem Pumpendruck und andererseits mit dem in der Steuerdruckleitung 34 wirksamen Steuerdruck und dem Druckäquivalent der Regelfeder 36 beaufschlagt.
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Es sei angenommen, dass zu einem Zeitpunkt der Druck in der Druckleitung 18 höher ist als die Summe des Druckäquivalents und des Steuerdrucks. In diesem Fall wird der Ventilkörper 28 in Richtung der Ventilstellung (a) verschoben, so dass eine Druckmittelverbindung des Druckanschlusses P des Förderstromregelventils 14 mit dessen Stelldruckanschluss ST aufgesteuert wird. Dadurch strömt Druckmittel über die Stelldruckleitung 22 und die Drossel 26 in den Arbeitsraum 24 des Stellzylinders 8 und kann dessen Kolben 42 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens der Hydropumpe 2 verschieben. Dabei wird ein Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine verringert. Bei konstanter Drehzahl der Hydropumpe 2 verringert sich im Folgenden ihr Fördervolumenstrom. Dies hat zur Folge, dass ein Druck in der Druckleitung 12 und damit auch in der Druckleitung 18 absinkt, wodurch sich das Kräftegleichgewicht am Ventilkörper 28 des Förderstromregelventils 14 dahingehend verschieben kann, dass der Ventilkörper 28 in Richtung der Ventilstellung (b) verschoben wird. In einem Gleichgewichtszustand, wenn die Summe der am Ventilkörper angreifenden Kräfte Null ergibt, ist der Stelldruckanschluss ST sowohl vom Druckanschluss P als auch vom Tankanschluss T getrennt. In diesem Moment kann in den Arbeitsraum 24 weder Druckmittel zu- noch vom Arbeitsraum 24 abströmen. Das Fördervolumen der Hydropumpe 2 ist dann konstant eingestellt.
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Der in den Druckleitungen 12, 18, 30 herrschende Pumpendruck wird über das Druckbegrenzungsventil 16 eingestellt. Hierzu wird der Elektromagnet 40 mit einem Betätigungsstrom bestromt, der einem Sollwert des Pumpendrucks entspricht. Das Druckäquivalent des Elektromagneten unterstützt dabei den in der Steuerdruckleitung 34 wirksamen Steuerdruck bei der Aufsteuerung der Druckmittelverbindung des Steuerdruckanschluss ST des Druckbegrenzungsventils 16 mit dessen Tankanschluss T. Für eine gegebene Federkonstante der in Schließrichtung wirkenden Feder 38 des Druckbegrenzungsventils 16 folgt, dass der Steuerdruck auf einen umso kleineren Wert begrenzt wird, je stärker der Elektromagnet 40 bestromt wird. Eine statische Strom-Druck Kennlinie des Druckbegrenzungsventils 16, die den erzielbaren Pumpendruck über der Stromstärke des Elektromagneten 40 darstellt, ist somit negativ. Für eine Stromstärke von Null ist der erreichbare Pumpendruck maximal groß. Da sich in den Druckleitungen 12, 18, 30 der Pumpendruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks und des Druckäquivalents der Regelfeder 36 ergibt, ist auf diese Weise über die Begrenzung des Steuerdrucks der Pumpendruck begrenzbar.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die Ventilanordnung 4 der vorangegangenen Figurenbeschreibung, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Regelventilanordnung für eine Förderstromregelung und eine Druckbegrenzung einer verstellbaren Axialkolbenpumpe dient. Wie eingangs erläutert, erfolgt die Förderstromregelung der Axialkolbenpumpe über die Verstellung des geometrischen Fördervolumens, insbesondere des Schwenkwinkels der Schrägscheibe, mittels des Stellzylinders, dessen verstellwirksamer Arbeitsraum über die Ventilanordnung 4 entweder mit Tankdruck oder einem Systemdruck, vorzugsweise dem Druck am Ausgang der Pumpe, beaufschlagbar ist.
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Die Ventilanordnung 4 hat ein Ventilgehäuse 44, in dem koaxial zueinander das Förderstromregelventil 14 und das Druckbegrenzungsventil 16 aufgenommen sind. Das Ventilgehäuse 44 weist eine Ventilbohrung 46 auf, in der der Ventilkörper beziehungsweise Ventilkolben 28 des Förderstromregelventils 14 axial geführt aufgenommen ist. Des Weiteren der der Pumpenanschluss P, mit dem die Druckleitung beziehungsweise der Druckkanal 18 verbunden ist, gut zu erkennen. Dieser durchsetzt das Ventilgehäuse 44 in diagonaler Richtung vom Druckanschluss P der Ventilanordnung 4 hin zum Druckanschluss P des Förderstromregelventils 14. Die Niederdruckleitung beziehungsweise der Niederdruckkanal 20 durchsetzt das Ventilgehäuse 44 ausgehend vom Tank- beziehungsweise Niederdruckanschluss T der Ventilanordnung 4 hin zum Tank beziehungsweise Niederdruckanschluss T des Förderstromregelventils 14.
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Die Ventilbohrung 46 des Förderstromregelventils 14 ist an einem Endabschnitt, der mit dem Pumpenausgangsdruck beaufschlagt ist, über eine Verschlussschraube 48 verschlossen. Am Ventilkolben 46 ist ein Steuerbund 50 ausgebildet, über den die Druckmittelverbindung des den Pumpendruck führenden Druckmittelkanals 18 mit dem Stelldruckkanal 22 absperr- beziehungsweise aufsteuerbar ist. Der Ventilkolben 28 ist in 2 in der Ventilstellung (b) gemäß 1 dargestellt, in der der Druckmittelkanal 18 gegen den Stelldruckkanal 22 abgesperrt ist. In dieser Ventilstellung (b) ist gleichzeitig der Stelldruckkanal 22 mit dem Niederdruckkanal 20 über einen zwischen dem Ventilkörper 28 und der Ventilbohrung 46 ausgebildeten Ringraum verbunden. Über einen weiteren Steuerbund 52 ist der Niederdruckkanal 20 gegen einen den Steuerdruck aufweisenden Rückraum 54 des Förderstromregelventils 14 abgesperrt.
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An einem in den Rückraum 54 ragenden Endabschnitt des Ventilkörpers 28 sitzt ein Federteller 56 auf, an die Regelfeder 36 gemäß 1 mit einem ersten Endabschnitt abgestützt ist. Die Regelfeder 36 ist axial in einer Einschraubhülse 58 geführt und an ihrem dem Federteller 56 gegenüber angeordneten zweiten Endabschnitt an einem verstellbaren Anschlagkolben 60 abgestützt. Dieser ist über eine Einstellschraube 62 in seiner axialen Position verstellbar.
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Der Ventilkolben 28 des Förderstromregelventils 14 ist ausgehend von einem mit dem Druckmittelkanal 18 verbundenen Druckraum 64 über einen den Ventilkolben 28 durchsetzenden Druckmittelkanal 66 mit dem Rückraum 54 verbunden. Ein kleinster Querschnitt des Druckmittelkanals 66 ist über die Düse 32 ausgebildet. Diese weist zwei diametral angeordnete Mündungsabschnitte auf, die radial in den Ventilkolben 28 eindringen und an gleicher Stelle in einen sich etwa koaxial zur Längsachse des Ventilkörpers 28 erstreckenden Folgeabschnitt des Druckmittelkanals 66 einmünden. Ausgehend vom Druckraum 64 ergibt sich über die Düse 32 ein Druckverlust, so dass sich stromabwärts der Düse 32 der Steuerdruck gemäß der vorangegangenen Beschreibung einstellt. Für eine eingehendere Beschreibung des Druckmittelkanals 66 und der Düse 32 sei auf die Figurenbeschreibung der 3 verwiesen.
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Der Rückraum 54 des Förderstromregelventils 14, in dem der Steuerdruck wirksam ist, ist über den Steuerdruckkanal 34 mit einem in einer Ventilbuchse 68 des Druckbegrenzungsventils 16 ausgebildeten Druckraum 70 verbunden. Der Druckraum 70, beziehungsweise der Steuerdruckkanal 34, ist über einen mit einer Feinsteuerkerbe 72 ausgestatteten Steuerbund 74 eines Ventilkörpers 76 des Druckbegrenzungsventils 16 gegen einen Federraum 78, in dem die Regelfeder 38 angeordnet ist, absperrbar. Damit ist er auch vom Niederdruckkanal 20 beziehungsweise vom Tankanschluss T der Ventilanordnung 4 trennbar. 2 zeigt eine Stellung des Ventilkörpers 76, in der der Steuerdruckkanal 34 gegen den Federraum 78 abgesperrt ist.
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Die Feder 38 ist über einen Federteller 80 am Ventilkörper 76 des Druckbegrenzungsventils 16 abgestützt. An ihrem gegenüberliegenden Endabschnitt ist sie an einem Anschlagbolzen 84 abgestützt. Der Anschlagbolzen 84 ist dabei koaxial zum Ventilkörper 76 angeordnet und durchsetzt das Ventilgehäuse 44. Dabei kreuzt er auch den Druckmittelkanal 18 und den Stelldruckkanal 22. An einer Austrittsöffnung des Gehäuses tritt der Anschlagbolzen 84 aus dem Gehäuse aus und ist über eine Stellschraubenanordnung 86 in seiner axialen Position verstell- und arretierbar. Am Anschlagbolzen 84 ist ein Dichtbund 88 angeordnet, über den eine Druckmittelverbindung des Druckmittelkanals 18 mit der Austrittsöffnung und der Atmosphäre verhindert ist. Über einen Dichtbund 90 des Anschlagbolzens 84 ist Druckmittelverbindung des Druckmittelkanals 18 mit dem Stelldruckkanal 22 und über einen Dichtbund 92 eine Druckmittelverbindung des Stelldruckkanals 22 mit dem Niederdruckkanal 20 verhindert.
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Gemäß der vorangegangenen Beschreibung ist der Ventilkörper 76 des Druckbegrenzungsventils 16 zur Aufsteuerung der Druckmittelverbindung des Steuerdruckkanals 34 mit dem Niederdruckkanal 20 mit dem Steuerdruck und mit dem Druckäquivalent des Elektromagneten 40 beaufschlagbar. Der Betätigungsstrom des Elektromagneten 40 ist dabei über ein Stellelement 94 einstellbar. Dem Steuerdruck und dem genannten Druckäquivalent des Elektromagneten 40 wirkt das Druckäquivalent der Feder 38 entgegen.
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Für eine detaillierte Darstellung des den Ventilkolben 28 durchsetzenden Druckmittelkanals 66 zeigt 3 einen vergrößerten Ausschnitt der 2. In 3 links oben ist zu diesem Zweck zudem eine Schnittdarstellung A-A dargestellt, die einen Querschnitt des Ventilkolbens 28 im Bereich der erfindungsgemäß angeordneten Düse 32 zeigt. Gut zu erkennen ist, dass der Druckmittelkanal 66 als etwa koaxiale Sacklochbohrung im Ventilkolben 28 ausgebildet ist. Ein Bohrungseingang ist an demjenigen Endabschnitt 94 des Ventilkolbens 28 angeordnet, der mit dem Druck im Druckmittelkanal 18 beaufschlagbar ist. Insbesondere um die komplette Stirnfläche des Ventilkolbens 28 mit diesem Druck beaufschlagen zu können und um einen Bypassvolumenstrom unter Umgehung der Düsen 32 zu verhindern, ist der Bohrungseingang über einen Verschlussstopfen 96 verschlossen.
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Da der Druckraum 64 über den Steuerbund 50 gegen den Stelldruckkanal 22 im Wesentlichen leckagefrei abgesperrt ist, stellen die beiden Düsen 32 in der in 3 gezeigten Position des Ventilkolbens 28 die einzigen Druckmittelausgänge des Druckraums 64 dar. Folglich kann sich über die Düsen 32 ein kleiner Steuerdruckmittelvolumenstrom hin zum Rückraum 54 einstellen, wodurch sich der vorbeschriebene Druckverlust und Steuerdruck ergibt. Erfindungsgemäß sind die Düsen 32 am Anfang dieses Druckmittelströmungspfads angeordnet. Sollten über den Druckmittelkanal 18 Schmutzpartikel zum Förderstromregelventil 14 gelangen, so können solche Partikel, deren Querschnitt etwa dem kleinsten Querschnitt der Düsen 32 entspricht oder der größer ist als dieser, nicht in den Druckmittelkanal 66 eindringen. Wären die eine oder die mehreren Düsen 32 auf herkömmliche Weise im Druckmittelkanal 66 angeordnet, so könnten Schmutzpartikel in ihn eindringen und würden eine Verstopfung innerhalb des Druckmittelkanals 66 hervorrufen, die im Folgenden nur durch aufwändige Wartungsmaßnahmen behebbar wäre.
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Es sei nun angenommen, dass ein Schmutzpartikel eine zum Druckraum 64 weisende Mündung einer der Düsen 32 verstopft. Im Zuge der Regelfunktion des Förderstromregelventils 14 und einer damit verbundenen axialen Regelbewegung des Ventilkolbens 28 kommt es vor, dass dieser sich in Richtung einer Aufsteuerung der Druckmittelverbindung des Druckmittelkanals 18 mit dem Stelldruckkanal 22, also in 3 nach rechts, bewegt. Wie bereits erläutert ist dies der Fall, wenn die aus dem im Druckraum wirkenden Pumpendruck resultierende Kraft größer ist als die Federkraft der Regelfeder 36 und die aus dem im Rückraum 54 wirkenden Steuerdruck resultierende Kraft. Kommt es dabei zur Druckmittelverbindung des Druckmittelkanals 18 mit dem Stelldruckkanal 22, so ergibt sich ein Druckmittelvolumenstrom dessen Druckmittelströmungspfade die zum Druckraum 64 weisenden Mündungen der Düsen 32 tangieren. Auf diese Weise kann das Schmutzpartikel vom Druckmittelvolumenstrom mitgerissen und die Mündung der Düse 32 gereinigt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung der Düse 32 führt somit nicht nur zu einer Verhinderung des Eindringens der Schmutzpartikel in den Druckmittelkanal 66, sondern ebenso zu einem Selbstreinigungseffekt. während der soeben erläuterte Regelposition des Ventilkolbens 28.
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Wie aus dem in 3 links oben dargestellten Schnitt A-A ersichtlich, weist der Ventilkolben 28 zwei diametral angeordnete Abflachungen 98 und 100 auf. Diese sind notwendig, um den Druck des Druckmittelkanals 18 auf die zur Verschlussschraube 48 benachbart angeordnete Stirnfläche des Ventilkolbens 28 zu führen. An dieser Stelle wird die Notwendigkeit des Verschlussstopfens 96 offensichtlich, da bei dessen Abwesenheit eine Umgehungsströmung unter Auslassung der Düsen 32 entstehen würde. Eine mit dem Druck im Druckraum 64 beaufschlagbare Wirkfläche des Ventilkolbens 28 entspricht dabei der Querschnittsfläche der Ventilbohrung 46. Die Querschnittsfläche setzt sich dabei aus zwei am Steuerbund 50 ausgebildeten Kreissegmentflächen und der Stirnfläche des Endabschnitts 96 des Ventilkolbens 28 zusammen.
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Offenbart ist eine hydraulische Ventilanordnung, insbesondere eine Regelventil-anordnung einer Hydromaschine, insbesondere einer Hydropumpe, mit zumindest einem Ventil. Dessen Ventilkörper ist von einem einen kleinsten Querschnitt aufweisenden Druckmittelkanal durchsetzt, wodurch sich in einem bestimmungsgemäßen Betrieb in Abhängigkeit eines an einem Druckanschluss des Ventils wirksamen Drucks stromabwärts des kleinsten Querschnitts ein Steuerdruck ergibt. Dabei ist der kleinste Querschnitt nahe einer stromaufwärts angeordneten, beziehungsweise mit dem Hochdruck beaufschlagbaren, Mündung des Druckmittelkanals angeordnet. Offenbart ist weiterhin eine hydraulische Maschinenanordnung, insbesondere Pumpenanordnung, mit einer derartigen Ventilanordnung.
