DE102014214176A1

DE102014214176A1 - Hydraulisches Einbauventil und hydraulische Steueranordnung damit

Info

Publication number: DE102014214176A1
Application number: DE102014214176.1A
Authority: DE
Inventors: Georg Hofmann; Hubert Feser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28
Also published as: WO2016012240A1; TW201610305A

Abstract

Offenbart ist ein hydraulisches Einbauventil mit einer Ventilbohrung in der ein Ventilkörper axial verschieblich aufgenommen ist. Über das Einbauventil ist eine Druckmittelverbindung seines Druckmitteleingangs mit seinem Druckmittelausgang steuerbar. Dabei ist der Ventilkörper zumindest teilweise kraftausgeglichen. Zur Steuerung der Druckmittelverbindung sind am Ventilkörper zwei Druckflächen vorgesehen, die mit einem bezogenen auf einen am Druckmitteleingang anstehenden Betriebsdruck niedrigeren Steuerdruck beaufschlagbar ist. Offenbart ist weiterhin eine hydraulische Steueranordnung mit einem derartigen hydraulischen Einbauventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Einbauventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine hydraulische Steueranordnung gemäß dem Patentanspruch 11.
Einbauventile sind für eine kompakte Blockbauweise konzipierte, hydraulische Elemente. Eine Hauptstufe eines Einbauventils hat einen Druckmitteleingang und einen Druckmittelausgang und ist in eine meist genormte Aufnahmebohrung in einen Steuerblock einsetzbar. Meist ist über einen Verschlussdeckel des Einbauventils eine Schnittsstelle eines Steuerdruckraums der Hauptstufe mit Steuerkomponenten ausgebildet. Durch unterschiedliche Steuerungskonzepte kann die Hauptstufe eine Druckventil-, eine Wegeventil-, eine Rückschlagventil- oder eine Drosselventilfunktion erfüllen oder auch eine Kombination dieser Funktionen darstellen.
Ein gattungsgemäßes, hydraulisches Einbauventil ist beispielsweise im Datenblatt RD 21040/11.10 der Anmelderin gezeigt. Der in einer Ventilbohrung, beziehungsweise Kolbenbohrung aufgenommene Ventilkörper/-kolben weist dabei eine in Öffnungsrichtung der Druckmittelverbindung des Druckmitteleingangs und Druckmittelausgangs wirksame erste Druckfläche, eine dieser in Schließrichtung entgegenwirkende zweite Druckfläche und eine zur Steuerung der Druckmittelverbindung vorgesehene dritte Druckfläche auf. Die beiden ersten Druckflächen sind dabei mit dem am Druckmitteleingang anstehenden, vergleichsweise hohen Betriebsdruck beaufschlagt, was dem Kraftausgleich am Ventilkörper dient. Die dritte Druckfläche befindet sich als Ringstirnfläche an einem Radialbund in einem Bereich zwischen den beiden ersten Druckflächen.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Betriebsdruck am Druckmitteleingang über einen mehrteiligen Druckmittelkanal mit einer entsprechend hohen Anzahl von Dichtbereichen auf den von der schließend wirksamen zweiten Druckfläche begrenzten Druckraum übertragen werden muss. Das stellt einen erheblichen vorrichtungstechnischen, fertigungstechnischen und Dichtaufwand für das Einbauventil und dessen Einbauumgebung dar. Hinzu kommt, dass der die Ventilbohrung im Bereich dieses Druckraums verschließende Gehäusedeckel mit all seinen Komponenten, wie beispielsweise Dichtungen, Zugschrauben etc., auf den vergleichsweise hohen Betriebsdruck ausgelegt sein muss. Dies ist umso nachteiliger, je höher der Betriebsdruck ist. Insbesondere Hochdruckanwendungen des Einbauventils bei Drücken von über 500 bar erweisen sich dann als kostspielig.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Einbauventil zu schaffen, das einen verringerten vorrichtungstechnischen Aufwand aufweist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine hydraulische Steueranordnung damit zu schaffen.
Diese erste Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches Einbauventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen des sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Ein hydraulisches Einbauventil, insbesondere ein als 2/2-Wege-Einbauventil, insbesondere als Schaltventil ausgeführtes, hat eine von einer Verschlusseinrichtung, insbesondere von einem Gehäusedeckel, verschlossenen Ventilbohrung oder Kolbenbohrung. Diese ist vorzugsweise in einem Ventilgehäuse des Einbauventils ausgebildet. In der Ventilbohrung ist ein Ventilkörper, insbesondere ein Ventilkolben, axial verschieblich aufgenommen, über den eine Druckmittelverbindung, vorzugsweise zwischen einem Druckmitteleingang und einem Druckmittelausgang des Einbauventils, steuerbar ist. Am Ventilkörper sind vier Druckflächen vorgesehen. Eine erste ist bei Druckmittelbeaufschlagung in Öffnungsrichtung der Druckmittelverbindung wirksam und eine zweite in Schließrichtung. Beide Druckflächen sind fluidisch miteinander verbindbar und mit einem Betriebsdruck der Druckmittelverbindung, der vorzugsweise am Druckmitteleingang oder -ausgang ansteht, beaufschlagbar, insbesondere beaufschlagt. Über die beiden genannten Druckflächen ist der Ventilkörper somit zumindest teilweise kraftausgeglichen, so dass eine Steuerkraft zur Steuerung der Druckmittelverbindung kleiner ausfallen kann. Zur Erzeugung dieser Steuerkraft sind am Ventilkörper zwei zusätzliche Druckflächen, im Folgenden dritte und vierte Druckfläche genannt, vorgesehen, die mit einem bezogen auf den Betriebsdruck, niedrigeren Druck, beispielsweise einem Steuerdruck, Niederdruck oder Tankdruck beaufschlagbar, insbesondere beaufschlagt sind. Bei Druckmittelbeaufschlagung ist die dritte Druckfläche in Schließrichtung und die vierte Druckfläche in Öffnungsrichtung wirksam. Erfindungsgemäß ist dabei ein dritter Druckraum des Einbauventils, der von der dritten Druckfläche abschnittsweise begrenzt ist, ebenso von der Verschlusseinrichtung abschnittsweise begrenzt.
Im Bereich der Verschlusseinrichtung ist somit der den niedrigen Druck aufweisende dritte Druckraum angeordnet und nicht ein den Betriebsdruck aufweisender Druckraum, wie beim Stand der Technik. Dies hat den Vorteil, dass die Verschlusseinrichtung und weitere Komponenten, beispielsweise Zugschrauben zur Befestigung der Verschlusseinrichtung, Dichtungen zur Abdichtung einer Öffnung der Ventilbohrung oder Druckbegrenzungsventile zur Druckabsicherung des dritten Druckraums, nicht auf den vergleichsweise hohen Betriebsdruck, sondern auf den niedrigeren Steuerdruck ausgelegt sein können. Es können dann vorrichtungstechnisch einfachere und damit günstigere Komponenten verwendet werden. Das so realisierte Einbauventil ist daher vorrichtungstechnisch vereinfacht und kostengünstiger ausgestaltet. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Variantenreduzierung der Komponenten möglich ist, da Einbauventile für verschiedenste Betriebsdrücke mit den gleichen Komponenten aufbaubar sind. Das ermöglicht die Umsetzung eines Baukastenprinzips, wodurch zusätzlich der Entwicklungsaufwand und beispielsweise Lagerkosten und ähnliches reduzierbar sind.
Vorzugsweise ist das Einbauventil derart ausgestaltet, dass es in einen Ventilblock oder eine Ventilscheibe einsetzbar oder einbaubar ist. Das Einsetzen, Einbauen kann beispielsweise über eine Verschraubung mit dem Ventilblock oder der Ventilscheibe realisiert sein.
Als besonders vorteilhaft erweist sich das Einbauventil in der Verwendung im Hochdruckbereich bei Betriebsdrücken von etwa oberhalb 500 bar, insbesondere bis etwa 1000 bar. Je größer der Betriebsdruck ist, umso größer ist auch der vorrichtungstechnische und kostentechnische Vorteil des erfindungsgemäßen Einbauventils, da dieses dann trotz des hohen Betriebsdrucks über auf Niederdruck ausgelegte, insbesondere standardisierte, Komponenten steuerbar oder vorsteuerbar ist.
Verwendung findet das Einbauventil beispielsweise in einem hydraulischen Pressenantrieb oder in einem hydraulischen Prüfstand, in dem hydraulische Komponenten auf das mehrfache, beispielsweise 3-fache, ihres Nenn- oder Betriebsdrucks geprüft werden können.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die erste Druckfläche zumindest abschnittsweise an einer ersten Stirnseite des Ventilkörpers ausgebildet.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die dritte Druckfläche zumindest abschnittsweise stirnseitig, an einer anderen Stirnseite als die erste Druckfläche, ausgebildet..
Zumindest abschnittsweise bedeutet für die genannten Druckflächen, dass ein Abschnitt der jeweiligen Druckfläche bezogen auf die Stirnseite zurückgesetzt angeordnet sein kann.
Vorzugsweise ist die vierte Druckfläche in axialer Richtung zwischen der ersten und zweiten Druckfläche ausgebildet.
In einer bevorzugten Weiterbildung hat der Ventilkörper einen radial erweiterten Bund, an dem die zweite Druckfläche, insbesondere als Ringstirnfläche ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist am radial erweiterten Bund, insbesondere an einer anderen Ringstirnfläche des Bundes, zusätzlich die vierte Druckfläche ausgebildet.
Über einen Rand der ersten Druckfläche ist vorzugsweise in Zusammenwirken mit einer Sitzfläche des Einbauventils ein Ventilsitz ausgebildet, über den die Druckmittelverbindung auf- und zusteuerbar ist. Die Ausführung als Sitzventil hat dabei den Vorteil, dass die Druckmittelverbindung im Wesentlichen leckagefrei zusteuerbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Ventilkörper von einem Druckmittelkanal durchsetzt, der einerseits in einen abschnittsweise von der ersten Druckfläche begrenzten ersten Druckraum und andererseits in einen abschnittsweise von der zweiten Druckfläche begrenzten, zweiten Druckraum mündet. Der Ventilkörper ist somit hülsenartig ausgestaltet. Vorteilhaft hieran ist, dass anders als beim Stand der Technik die Druckmittelbeaufschlagung des zweiten Druckraums, also der zweiten Druckfläche, über keinen mehrteiligen, mehrfach abzudichtenden, externen Druckmittelkanal erfolgen muss, sondern stattdessen leckagefrei, vorrichtungstechnisch einfach und leicht zu fertigen durch den im Ventilkörper ausgebildeten Druckmittelkanal erfolgt. Dies stellt eine erhebliche vorrichtungs- und fertigungstechnische Vereinfachung nicht nur für das Einbauventil sondern auch für dessen Einbauumgebung dar.
Vorzugsweise mündet der Druckmittelkanal in den zweiten Druckraum über im Wesentlichen sternförmig ausgebildete Radialbohrungen des Ventilkörpers.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Druckfläche kleiner als die erste Druckfläche ausgebildet.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der dritte Druckraum fluidisch mit einer Steuerdruckmittelquelle verbindbar, insbesondere verbunden und ein abschnittsweise von der vierten Druckfläche begrenzter vierter Druckraum ist dauerhaft mit einer Druckmittelsenke oder einem Niederdruckniveau, insbesondere mit einem Tank fluidisch verbindbar, insbesondere verbunden. Als in Öffnungsrichtung relevante Kraft ist dann im Wesentlichen die an der ersten Druckfläche angreifende Druckkraft wirksam. In dieser Weiterbildung ist das Einbauventil als druckuntersetztes Druckbegrenzungsventil ausgebildet, über das die Druckmittelverbindung in nur einer Strömungsrichtung steuerbar ist. Die Druckuntersetzung erfolgt dabei zwischen dem an der ersten Druckfläche anstehenden Betriebsdruck und dem an der dritten Druckfläche anstehenden Druck oder Steuerdruck. Anders ausgedrückt ist zur Absicherung des Betriebsdrucks aufgrund der erfindungsgemäßen Bauweise des Einbauventils ein nur geringer Druck oder Steuerdruck nötig.
Dass der zur Steuerung der Druckmittelverbindung benötigte Druck, insbesondere der im dritten Druckraum zum Schließen der Druckmittelverbindung benötigte Druck oder Steuerdruck, niedriger als der Betriebsdruck sein kann, wird in einer bevorzugten Weiterbildung dadurch realisiert, dass eine Flächendifferenz der ersten und zweiten Druckfläche und die dritte Druckfläche entsprechend aufeinander abgestimmt bemessen sind. Dabei ist die dritte Druckfläche vorzugsweise größer, insbesondere bedeutend größer, als diese Flächendifferenz. Je größer die dritte Druckfläche ist, umso geringer kann der Druck oder Steuerdruck gewählt werden.
In einer alternativen bevorzugten Weiterbildung ist der dritte Druckraum und ein abschnittsweise von der vierten Druckfläche begrenzter, vierter Druckraum zur Verstellung des jeweiligen Drucks im dritten und im vierten Druckraum – und somit zum Schließen und Öffnen der Druckmittelverbindung – wechselweise mit einer Steuerdruckmittelquelle und mit einer Druckmittelsenke fluidisch verbindbar. Wechselweise bedeutet hier, dass wenn der dritte Druckraum mit der Steuerdruckmittelquelle verbunden ist, der vierte Druckraum mit der Druckmittelsenke verbunden ist, und umgekehrt. In dieser Weiterbildung ist das Einbauventil als Wegeventil ausgebildet, über das die Druckmittelverbindung in zwei Strömungsrichtungen steuerbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind eine Flächendifferenz aus der ersten Druckfläche und der zweiten Druckfläche und die vierte Druckfläche derart aufeinander abgestimmt bemessen, dass der im vierten Druckraum zur Öffnung der Druckmittelverbindung benötigte Druck oder Steuerdruck niedriger sein kann als der Betriebsdruck.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Druckflächen derart aufeinander abgestimmt bemessen, dass ein Druckverhältnis des Drucks oder Steuerdrucks zum Betriebsdruck etwa 1/2 bis etwa 1/3 beträgt.
Vorzugsweise sind die Druckflächen derart aufeinander abgestimmt bemessen, dass der Druck oder Steuerdruck im Bereich einer, insbesondere genormten, hydraulischen Druckstufe, insbesondere bei etwa 340 bar, liegt. Dann kann ein im System ohnehin vorhandener Betriebs- oder Systemdruck leicht zur Steuerung des Einbauventils (der Druckmittelverbindung) verwendet werden, ohne eine spezielle Steuerdruckmittelquelle vorsehen zu müssen.
Eine erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung hat zur Steuerung einer Druckmittelverbindung ein Einbauventil, das zumindest gemäß einem der Aspekte der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet ist. Zudem hat die Steueranordnung eine Steuerdruckmittelquelle mit der zumindest der dritte Druckraum fluidisch verbindbar, insbesondere verbunden ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung hat die Steueranordnung eine Ventileinrichtung, die fluidisch mit der dritten Druckfläche des Einbauventils verbindbar, insbesondere verbunden ist. Die Ventileinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass über sie der Druck oder Steuerdruck im dritten Druckraum des Einbauventils begrenzbar, insbesondere begrenzt ist. Vorzugsweise ist über die Ventileinrichtung der dritte Druckraum zur Begrenzung seines Drucks fluidisch mit einer Druckmittelsenke verbindbar. Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung über ein Druckbegrenzungsventil ausgebildet. Dessen Druckmitteleingang ist dann mit dem dritten Druckraum und sein Druckmittelausgang ist mit der Druckmittelsenke, insbesondere mit dem Tank, verbindbar, insbesondere verbunden. Über eine derartige hydraulische Steueranordnung ist eine sogenannte Druckbegrenzungsfunktion ausgebildet, bei der das Druckbegrenzungsventil als hydraulische Feder fungiert. Durch die Ausprägung der Druckflächen wird eine hydraulische Druckuntersetzung zwischen Betriebsdruck und dem Druck im dritten Druckraum geschaffen. Erfindungsgemäß kann die Ventileinrichtung auf das besprochene, niedrigere Druckniveau ausgelegt sein, was die bereits erwähnten Vorteile mit sich bringt.
In einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung hat die Steueranordnung eine Ventileinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass über sie zur Steuerung der Druckmittelverbindung der jeweilige Druck oder Steuerdruck im dritten Druckraum und im vierten Druckraum verstellbar ist. Vorzugsweise weist die Ventileinrichtung dazu ein Wegeventil auf, über das zum Schließen der Druckmittelverbindung der dritte Druckraum mit der Steuerdruckmittelquelle und der vierte Druckraum mit der Druckmittelsenke verbindbar ist, und über die zum Öffnen der Druckmittelverbindung der dritte Druckraum mit der Druckmittelsenke und der vierte Druckraum mit der Steuerdruckmittelquelle verbindbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung hat die Steueranordnung beide genannten Ventileinrichtungen, die fluidisch parallel mit dem dritten Druckraum verbunden sind.
Vorzugsweise ist oder sind die Ventileinrichtungen in die Verschlusseinrichtung, insbesondere in den Gehäusedeckel des Einbauventils, integriert, wodurch eine kompakte Bauweise der hydraulischen Steueranordnung gegeben ist.
Vorzugsweise ist die Steuerdruckmittelquelle über eine Hydropumpe oder einen Hydrospeicher ausgebildet.
Zur Dämpfung von Schwankungen des Steuerdrucks im dritten oder vierten Druckraum, und damit zur Stabilisierung des Steuerverhaltens des Einbauventils, ist an einem den dritten Druckraum oder den vierten Druckraum mit der Ventileinrichtung und / oder der Steuerdruckmittelquelle verbindenden Druckmittelströmungspfad vorzugsweise eine Drossel oder Düse angeordnet.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung mit einem erfindungsgemäßen Einbauventil anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer hydraulische Steueranordnung mit einem Einbauventil mit Druckbegrenzungsventilfunktion, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer hydraulische Steueranordnung mit einem Einbauventil mit Wegeventilfunktion.
Eine hydraulische Steueranordnung 1 hat gemäß 1 ein Einbauventil 2, eine als Konstantpumpe ausgebildete Steuerdruckmittelquelle 4, eine als Tank T ausgebildete Druckmittelsenke und eine als Druckbegrenzungsventil ausgebildete Ventileinrichtung 6. Die Steueranordnung 1 dient der Steuerung einer Druckmittelverbindung eines Druckmitteleingangs 8 mit einem Druckmittelausgang 10 des Einbauventils 2. Am Druckmitteleingang 8 steht im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Betriebsdruck p von 1000 bar an (Hochdruckbereich).
Das Einbauventil 2 hat ein Ventilgehäuse 12, in das eine mehrfach gestufte, als Kolbenbohrung ausgeführte Ventilbohrung 14 eingebracht ist. In dieser ist ein gestufter, als Ventilkolben ausgebildeter Ventilkörper 16 axial verschieblich aufgenommen. Eine Öffnung 18 der Ventilbohrung 14 ist von einer als Gehäusedeckel ausgebildeten Verschlusseinrichtung 20 druckmitteldicht verschlossen.
Bezüglich seiner Längsachse 22 ist das Einbauventil 2, das heißt deren Gehäusedeckel 20, Ventilgehäuse 12, Ventilkörper 16 und eine Buchse 24 des Einbauventils 2, an der der Druckmitteleingang 8 und der Druckmittelausgang 10 ausgebildet sind, rotationssymmetrisch ausgebildet.
Ausgehend von der Öffnung 18 erstreckt sich die Ventilbohrung 14 in Richtung der Längsachse 22 zylindrisch, stufig. Ein zapfenförmiger Endabschnitt 26 begrenzt zusammen mit der Ventilbohrung 14 und dem Gehäusedeckel 20 einen als Steuerdruckraum ausgebildeten dritten Druckraum 28. In Richtung der Buchse 24 weist die Ventilbohrung 14 eine radiale Erweiterung auf, in der ein ebenso radial erweiterter Steuerbund 30 des Ventilkörpers 16 axial verschieblich aufgenommen ist. Der Steuerbund 30 erfüllt zusätzlich eine Führungsfunktion des Ventilkörpers 16 in der radialen Erweiterung der Ventilbohrung 14. Der Steuerbund 30 Von einer am Steuerbund 30 als Ringstirnfläche ausgebildeten, zweiten Druckfläche 32, einer Innenmantelfläche der radialen Erweiterung der Ventilbohrung 14 und einer Außenmantelfläche des Endabschnitts 26, ist ein zweiter Druckraum 34 begrenzt. Von einer der Buchse 24 zugewandten, ebenso als Ringstirnfläche ausgebildeten, vierten Druckfläche 36 des Steuerbundes 30, einer Außenmantelfläche des Ventilkörpers 16, der Innenmantelfläche der radialen Erweiterung der Ventilbohrung 14 und einer Ringstirnfläche der Buchse 24 ist ein mit dem Tank T fluidisch verbundener, vierter Druckraum 38 begrenzt.
Das Ventilgehäuse 12 weist buchsenseitig einen Zentrierbund 40 auf, der zum Einen von der Ventilbohrung 14, genauer gesagt von deren radial erweitertem Abschnitt durchsetzt ist. Zur Aufnahme der Buchse 24 ist am Zentrierbund 40 eine zusätzliche, radial erweiterte Buchsenaufnahme 42 ausgebildet, in die die Buchse 24 axial verschieblich eingesetzt ist. Diese axiale Verschieblichkeit dient dabei einem Ausgleich eines geringen Montagespiels des Einbauventils 2 in axialer Richtung.
Über am Zentrierbund 40 und an der Buchse 24 jeweils radial außen, in vollumfänglich ausgebildeten Nuten angeordnete Dichtungen 70 ist eine besonders effektive und leckagearme Abdichtung des Druckmitteleingangs 8 geschaffen.
Die Buchse 24 ist von einer Durchgangsausnehmung 44 durchsetzt, in der ein zweiter Endabschnitt 46 des Ventilkörpers 16 axial verschieblich aufgenommen und geführt ist. Stirnseitig am zweiten Endabschnitt 46 weist der Ventilkörper 16 eine erste Druckfläche 48 auf, über die ein erster Druckraum 50, von dem der Druckmitteleingang 8 gebildet ist, abschnittsweise begrenzt ist.
Ein Rand der ersten Druckfläche 48 stellt eine Sitzkante 52 dar, über die in Zusammenwirken mit einer innenliegenden Sitzfläche oder Sitzschräge 54 der Buchse 24 ein Ventilsitz ausgebildet ist. Über diesen ist die Druckmittelverbindung des Druckmitteleingangs 8 mit dem Druckmittelausgang 10 auf- und zusteuerbar.
Der Druckmittelausgang 10 ist an der Buchse 24 über mehrere, sich von der Durchgangsausnehmung sternförmig und radial nach außen erstreckende Anschlussbohrungen ausgebildet.
Der Ventilkörper 16 ist entlang der Längsachse 22 von einem sich überwiegend axial erstreckenden Druckmittelkanal 56 durchsetzt, der einerseits eine Mündung in der ersten Druckfläche 48 aufweist, und der andererseits mit mehreren, sternförmig angeordneten Radialbohrungen in den zweiten Druckraum 34 mündet. Somit steht an der zweiten Druckfläche 32 und an der ersten Druckfläche 48 im Wesentlichen der Betriebsdruck p an. Da die erste Druckfläche 48 in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 16 und die zweite Druckfläche 32 entgegengesetzt in Schließrichtung wirksam ist, ist so zumindest ein teilweiser Kraftausgleich am Ventilkörper 16 geschaffen.
In die Sitzschräge 54 ist der Ventilkörper 16 über eine Schließfeder 58 mit vergleichsweise geringer Federkraft vorgespannt. Die Schließfeder 58 ist im dritten Druckraum 28 angeordnet und axial einerseits am Boden einer Sacklochausnehmung des Gehäusedeckels 20 und andererseits am Boden einer Sacklochausnehmung des Endabschnitts 26 des Ventilkörpers 16 abgestützt. Der dritte Druckraum 28 ist von einer am Endabschnitt 26 von einer Ringstirnfläche und einer Bodenfläche der Sacklochausnehmung gebildeten, dritten Druckfläche 60 begrenzt. Diese ist ebenso wie die Schließfeder 58 und die zweite Druckfläche 32 in Schließrichtung der Druckmittelverbindung wirksam ist.
Zur Erfassung einer Position des Ventilkörpers 16, insbesondere zur Erfassung einer Öffnungs- und / oder Schließstellung, ist das Ventilgehäuse 12 von radial außen von einer als Durchgangsbohrung ausgebildeten Sensoraufnahme 62 durchsetzt, die sich bis hin zur Ventilbohrung 14 erstreckt. Die Sensoraufnahme 62 ist dabei zur Aufnahme eines Induktivsensors oder eines anderen geeigneten Sensors vorgesehen, über den die Position einer Kante 64 des Steuerbundes 30 erfassbar ist.
Vorteilhaft am erfindungsgemäßen Einbauventil 2 ist, dass die Sensoraufnahme 62, in der der Sensor 62 angeordnet ist, in Druckmittelverbindung mit dem druckentlasteten vierten Druckraum 38 ist, so dass der verwendete Sensor auf Niederdruck ausgelegt sein kann und nicht auf Hochdruck ausgelegt sein muss.
Im Betrieb hat die hydraulische Steueranordnung 1 die Aufgabe, eine Druckbegrenzungsfunktion zu erfüllen. Dabei soll der Druck am Druckmitteleingang 8 auf 1000 bar begrenzt sein. In Öffnungsrichtung der Druckmittelverbindung des Druckmitteleingangs 8 mit dem Druckmittelausgang 10 wirkt dann eine Kraft F₁, die sich aus dem Produkt des Betriebsdrucks p am Druckmitteleingang 8 und des Flächeninhalts der ersten Druckfläche 48 ergibt. In Schließrichtung wirkt eine Kraft F₂, die sich als Produkt aus dem Betriebsdruck p, der über den Druckmittelkanal 56 in den zweiten Druckraum 34 gemeldet wird, und dem Flächeninhalt der zweiten Druckfläche 32 ergibt. Da die zweite Druckfläche 32 jedoch kleiner als die erste Druckfläche 48 ausgebildet ist, würde die in Schließrichtung wirkende Kraft F₂ nicht ausreichen, den Ventilkörper 16 auf der Sitzschräge 54 zu halten. Hierfür ist nun zum Einen in geringem Maße die Schließfeder 58, zum Anderen aber hauptsächlich der Steuerdruck p_St im dritten Druckraum 28 vorgesehen. Dieser wird über die Steuerdruckmittelquelle 4 mit Druckmittel versorgt.
Das Druckniveau, insbesondere der Wert des Steuerdrucks p_St, der im dritten Druckraum 28 herrschen muss, um der in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft F₁ eine ausreichende Schließkraft F₂ + F₃ entgegenzustellen, wird dabei über die als Druckbegrenzungsventil ausgebildete Ventileinrichtung 6 eingestellt. Hierzu ist der Druckmitteleingang des Druckbegrenzungsventils 6 mit der Steuerdruckmittelquelle 4 und mit einem am Gehäusedeckel 20 angeordneten Steuerdruckmittelanschluss 72 verbunden, der über eine Drossel 73 fluidisch mit dem dritten Druckraum 28 verbunden ist.
Die dritte Druckfläche 60 vergleichsweise groß gewählt, wodurch der Steuerdruck p_St verglichen mit dem Betriebsdruck p am Druckmitteleingang 8, vergleichsweise gering ausfallen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 6 einstellbar ausgestaltet und auf den Steuerdruck p_St = 341 bar eingestellt. Der Betriebsdruck p beträgt dabei 1000 bar.
Je größer dabei die dritte Druckfläche 60 ausgelegt ist, umso kleinere Steuerdrücke p_St können gewählt werden. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Druckniveau für den Steuerdruck p_St ein ohnehin im hydraulischen System (nicht dargestellte Peripherie) vorhandenes Druckniveau gewählt wird. Dem gemäß sind die Druckflächen 48, 32 und 60 aufeinander abzustimmen.
Verglichen mit Lösungen des Standes der Technik ist somit durch die Anordnung des als Steuerdruckraum ausgebildeten dritten Druckraums 28 im Bereich des Gehäusedeckels 20 sichergestellt, dass dieser von innen nicht mit dem hohen Betriebsdruck p, sondern mit dem vergleichsweise niedrigen Steuerdruck p_St beaufschlagt ist. Dies betrifft natürlich auch Dichtelemente, wie die in der 1 gezeigte Dichtung 66, die das Ventilgehäuse 12 und den Gehäusedeckel 20 abdichtet, sowie Zugschrauben 68, mit denen der Gehäusedeckel 20 am Ventilgehäuse 12 befestigt ist. Hinzu kommt, dass, anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, die Komponenten zur Erzeugung und Einstellung des Steuerdrucks, die Hydropumpe 4 und das Druckbegrenzungsventil 6, sowie die dafür notwendigen Druckmittelkanäle und Druckmittelleitungen, ebenso nicht auf das Hochdruckniveau (1000 bar), sondern auf das niedrigere Druckniveau (341 bar) des Steuerdrucks p_St ausgelegt sein können. Dies entspricht einer erheblichen vorrichtungstechnischen Vereinfachung und einer Reduktion der Kosten für das Einbauventil 2 und die Steueranordnung 1.
Das zweite Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steueranordnung 101 gemäß 2 entspricht überwiegend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, weshalb sich die folgende Beschreibung auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschränkt. Über die Ausführungsbeispiele unveränderte Komponenten sind dabei mit gleichbleibenden Bezugszeichen versehen. Die Steueranordnung 101 gemäß 2 unterscheidet sich von der Steueranordnung 1 gemäß 1 in der Art der Ventileinrichtung 106 und deren Verschaltung. Im ersten Ausführungsbeispiel ist von den Druckräumen lediglich der dritte Druckraum 28 mit der Steuerdruckmittelquelle 4 verbunden und über die Ventileinrichtung 6 wird der Steuerdruck p_St, und damit der Druck im dritten Druckraum 28, begrenzt. Dadurch kann das Einbauventil 2 lediglich als Druckbegrenzungsventil arbeiten und ermöglicht eine Durchflussrichtung ausschließlich vom Druckmitteleingang 8 hin zum Druckmittelausgang 10.
Gemäß 2 ist die Ventileinrichtung 106 über ein 4/2-Wegeventil ausgebildet, an das die Steuerdruckmittelquelle 4, die Druckmittelsenke T, der Steuerölanschluss 72 und ein Steuerölanschluss 75, der über eine Drossel 77 mit dem vierten Druckraum 38 verbunden ist, angeschlossen sind. Über eine erste Schaltstellung a ist dabei der dritte Druckraum 28 mit der Steuerdruckmittelquelle 4 und der vierte Druckraum 38 mit der Druckmittelsenke T fluidisch verbindbar. Die Schaltstellung a entspricht dabei im Prinzip der dauerhaften Druckmittelbeaufschlagung der dritten und vierten Druckfläche 60, 36, wie sie das erste Ausführungsbeispiel zeigt. Über eine zweite Schaltstellung b ist umgekehrt der dritte Druckraum 28 mit der Druckmittelsenke T und der vierte Druckraum 38 mit der Steuerdruckmittelquelle 4 fluidisch verbindbar, wodurch im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel die Sitzkante 52 unabhängig vom Betriebsdruck p von der Sitzschräge 54 aktiv abhebbar ist. Dadurch sind im zweiten Ausführungsbeispiel beide Durchflussrichtungen ermöglicht. In der Schaltstellung a kann wie im ersten Ausführungsbeispiel Druckmittel nur vom Druckmitteleingang 8 hin zum Druckmittelausgang 10 (siehe auch 1) strömen, sofern der im ersten Druckraum 50 anstehende Betriebsdruck p_A ausreicht, den Ventilsitz zu öffnen. In der Schaltstellung b ist hingegen eine Druckmittelverbindung in beiden Richtungen – vom Druckmitteleingang 8 hin zum Druckmittelausgang 10 oder vom Druckmitteleingang 108 hin zum Druckmittelausgang 110, beziehungsweise vom höheren der Betriebsdrücke p_A, p_B hin zum jeweils niedrigeren Betriebsdruck p_B oder p_A – ermöglicht. Das Einbauventil 102 fungiert dann als 2/2-Wegeventil.
Offenbart ist ein hydraulisches Einbauventil, das insbesondere für Hochdruckanwendungen geeignet ist. Ein zur Steuerung einer Druckmittelverbindung vorgesehener Ventilkörper ist in einer in einem Gehäuseteil des Einbauventils ausgeführten Ventilbohrung axial beweglich aufgenommen, wobei eine Öffnung der Ventilbohrung von einem Gehäusedeckel verschlossen ist. Dabei sind am Ventilkörper zumindest drei Druckflächen ausgebildet, von denen eine erste in Öffnungsrichtung und eine zweite in Schließrichtung wirksam ist. Über die beiden Druckflächen ist so ein Kraftausgleich am Ventilkörper möglich, wodurch eine zur Verschiebung des Ventilkörpers notwendige Stellkraft gering ausfällt. Die dritte Druckfläche ist mit einem Steuerdruck beaufschlagbar, um den Ventilkörper zur Steuerung der Druckmitteverbindung zu bewegen. Erfindungsgemäß ist ein von der dritten Druckfläche begrenzter Steuerdruckraum auch vom Gehäusedeckel begrenzt. Das heißt, der Steuerdruckraum ist im Bereich des Gehäusedeckels angeordnet. Dem gegenüber sind die von den beiden anderen Druckflächen begrenzten und mit dem höheren Betriebsdruck beaufschlagten Druckräume weiter innen im Einbauventil angeordnet.
Offenbart ist weiterhin eine hydraulische Steueranordnung mit einem derartigen Einbauventil und einer Steuerdruckmittelquelle.
Bezugszeichenliste

1; 101: hydraulische Steueranordnung
2: hydraulisches Einbauventil
4: Steuerdruckmittelquelle
6; 106: Ventileinrichtung
8; 8, 108: Druckmitteleingang
10; 10, 110: Druckmittelausgang
12: Ventilgehäuse
14: Ventilbohrung
16: Ventilkörper
18: Öffnung
20: Gehäusedeckel
22: Längsachse
24: Buchse
26: Endabschnitt
28: dritter Druckraum
30: Steuerbund
32: zweite Druckfläche
34: zweiter Druckraum
36: vierte Druckfläche
38: vierter Druckraum
40: Zentrierbund
42: Buchsenaufnahme
44: Durchgangsausnehmung
46: Endabschnitt
48: erste Druckfläche
50: erster Druckraum
52: Sitzkante
54: Sitzschräge
56: Druckmittelkanal
58: Schließfeder
60: dritte Druckfläche
62: Durchgangsausnehmung
64: Kante
66: Dichtung
68: Zugschraube
70: Dichtung
72: Steuerölanschluss
73: Drossel
75: Steuerölanschluss
77: Drossel
p, p_A, p_B: Betriebsdruck
p_St: Steuerdruck
p_T: Tankdruck
T: Tank

Claims

Hydraulisches Einbauventil mit einer von einer Verschlusseinrichtung (20) verschlossenen Ventilbohrung (14), in der ein Ventilkörper (16) axial verschieblich aufgenommenen ist, über den eine Druckmittelverbindung steuerbar ist, wobei am Ventilkörper (16) eine in Öffnungsrichtung der Druckmittelverbindung wirksame, erste Druckfläche (48) und eine in Schließrichtung der Druckmittelverbindung wirksame, zweite Druckfläche (32) vorgesehen sind, die fluidisch miteinander verbindbar und mit einem Betriebsdruck (p, p_A, p_B) der Druckmittelverbindung beaufschlagbar sind, wodurch der Ventilkörper (16) zumindest teilweise kraftausgeglichen ist, und wobei am Ventilkörper (16) eine in Schließrichtung der Druckmittelverbindung wirksame, dritte Druckfläche (60), und eine in Öffnungsrichtung der Druckmittelverbindung wirksame, vierte Druckfläche (36) vorgesehen sind, die zur Steuerung der Druckmittelverbindung mit einem niedrigeren Druck (p_St, p_T) beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein abschnittsweise von der dritten Druckfläche (60) begrenzter dritter Druckraum (28) abschnittsweise von der Verschlusseinrichtung (20) begrenzt ist.
Einbauventil nach Anspruch 1, wobei die erste Druckfläche (48) und die dritte Druckfläche (60) zumindest abschnittsweise stirnseitig am Ventilkörper (16) ausgebildet sind.
Einbauventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Druckfläche (32) und die vierte Druckfläche (36) an einem radial erweiterten Bund (30) des Ventilkörpers (16) ausgebildet sind.
Einbauventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (16) von einem Druckmittelkanal (56) durchsetzt ist, der in einen abschnittsweise von der ersten Druckfläche (48) begrenzten ersten Druckraum (50) und einen abschnittsweise von der zweiten Druckfläche (32) begrenzten zweiten Druckraum (34) mündet.
Einbauventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Druckfläche (32) kleiner ist als die erste Druckfläche (48).
Einbauventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Druckraum (28) fluidisch mit einer Steuerdruckmittelquelle (4) verbindbar ist, und wobei ein abschnittsweise von der vierten Druckfläche (36) begrenzter vierter Druckraum dauerhaft mit einer Druckmittelsenke (T) fluidisch verbindbar ist.
Einbauventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Flächendifferenz aus der ersten Druckfläche (48) und der zweiten Druckfläche (32) und die dritte Druckfläche (60) derart bemessen sind, dass der im dritten Druckraum (28) zum Schließen der Druckmittelverbindung benötigte Druck (p_St) niedriger ist als der Betriebsdruck (p).
Einbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der dritte Druckraum (28) und ein abschnittsweise von der vierten Druckfläche (36) begrenzter vierter Druckraum wechselweise mit einer Steuerdruckmittelquelle (4) und einer Druckmittelsenke (T) fluidisch verbindbar sind.
Einbauventil nach Anspruch 8, wobei eine Flächendifferenz aus der ersten Druckfläche (48) und der zweiten Druckfläche (32) und die vierte Druckfläche (60) derart bemessen sind, dass der im vierten Druckraum (28) zur Öffnung der Druckmittelverbindung benötigte Druck (p_St) niedriger ist als der Betriebsdruck (p_A, p_B).
Einbauventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckflächen (32, 36, 48, 60,) derart bemessen sind, dass der Druck (p_St) etwa in einem üblichen oder genormten, hydraulischen Druckbereich liegt.
Hydraulische Steueranordnung mit einem Einbauventil (2), das nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist, und mit einer Steuerdruckmittelquelle (4), die zumindest mit dem dritten Druckraum (28) des Einbauventils (2; 102) fluidisch verbindbar ist.
Steueranordnung nach Anspruch 11 mit einer Ventileinrichtung (6), die derart ausgestaltet ist, dass über sie der Druck (p_St) im dritten Druckraum (28) des Einbauventils (2; 102) begrenzbar ist.
Steueranordnung nach Anspruch 11 oder 12 mit einer Ventileinrichtung (106), die derart ausgestaltet ist, dass über sie zur Steuerung der Druckmittelverbindung der Druck (p_St, p_T) im dritten Druckraum (28) und im vierten Druckraum (38) verstellbar ist.