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Die Erfindung betrifft ein Regelventil insbesondere zur Förderstromregelung einer Axialkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Druckschriften
DE 10 2010 048 068 A1 und
DE 10 2012 010 217 A1 zeigen jeweils ein derartiges Förderstromregelventil, das zusammen mit eine Druckregelventil achsparallel in einer gemeinsamen Einschraubpatrone angeordnet ist. Jedes dieser Regelventile hat einen Regelkolben, der in einer Ventilbohrung geführt ist, und über den eine Druckmittelverbindung zwischen einem mit dem Pumpendruck (Systemdruck) beaufschlagten stirnseitigen Anschluss und einem Tankanschluss einerseits und einem Steueranschluss andererseits auf- oder zusteuerbar ist, so dass entsprechend Druckmittel einem Druckraum eines Stellzylinders der Axialkolbenpumpe zufließt oder aus dem Druckraum zum Tank abfließt. Die Regelkolben des Förderstromregelventils und des Druckregelventils sind jeweils über eine Regelfeder in einer Richtung einer Ruhestellung beaufschlagt, in der der Druckraum des Stellzylinders mit dem Tank verbunden ist und die Druckmittelverbindung zwischen dem Steueranschluss und den Systemdruck führenden stirnseitigen Anschluss abgesperrt ist.
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Nachteilig an derartigen Förderstromregelventilen ist, dass ihr Regelkolben klemmen kann und dass insbesondere im Bereich des Steuerbundes, der die Verbindung vom stirnseitigen Anschluss zum Steueranschluss steuert, Verschleiß auftritt.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Förderstromregelventil zu schaffen, dessen Regelkolben weniger zum Klemmen oder Verkanten neigt und damit weniger verschleißt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Regelventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Das beanspruchte Regelventil in Schieberbauweise hat einen stirnseitigen Anschluss, einen Tankanschluss und einen zwischen dem stirnseitigen Anschluss und dem Tankanschluss liegenden Steueranschluss, der wahlweise mit dem stirnseitigen Anschluss verbunden oder zum Tank entlastet werden kann. Dazu hat das Regelventil einen Regelkolben mit einem ersten Steuerbund, der eine Verbindung zwischen dem stirnseitigen Anschluss und dem Steueranschluss steuert, und mit einem zweiten Steuerbund, der eine Verbindung zwischen dem Steueranschluss und dem Tankanschluss steuert. Zur Regelung der Position des Regelkolbens ist eine dem stirnseitigen Anschluss gegenüber liegende stirnseitige Steuerdruckkammer vorgesehen, deren Steuerdruck dem Druck des stirnseitigen Anschlusses entgegen wirkt. Erfindungsgemäß weist der Regelkolben einen Führungsbund im Bereich des stirnseitigen Anschlusses auf. Durch diese dritte Stützstelle ist der Regelkolben zusätzlich abgestützt und ein Verklemmen oder Verkanten ist wirkungsvoll verhindert. Der Verschleiß des erfindungsgemäßen Regelventils ist wesentlicher verringert.
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Die Abstützung ist weiter optimiert, wenn der Führungsbund an einer ersten Stirnseite und somit am Endabschnitt des Regelkolbens angeordnet ist.
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Damit das Druckmittel vom stirnseitigen Anschluss zu dem ihm zugeordneten ersten Steuerbund strömen kann, wenn die Verbindung vom stirnseitigen Anschluss zum Steueranschluss aufgesteuert werden soll, wird es besonders bevorzugt, wenn der Regelkolben im Bereich des stirnseitigen Anschlusses oder der Führungsbund zumindest eine radiale Ausnehmung ausweist, über die der stirnseitige Anschluss mit dem ersten Steuerbund verbunden ist.
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Bevorzugt ist die radiale Ausnehmung als konzentrisch in die erste Stirnseite des Regelkolbens eingebrachte Bohrung ausgestaltet, die mit zumindest einer radialen Bohrung, zum Beispiel einer durchgehenden Querbohrung, verbunden ist. Damit kann die erste Stirnseite mit einem zwischen dem Führungsbund und dem ersten Steuerbund gebildeten Hals des Regelkolbens verbunden sein. Abweichend kann die Verbindung auch durch mehrere axiale Nuten gebildet sein, die am Umfang des Führungsbundes angebracht sind. Auch damit kann die erste Stirnseite mit dem Hals verbunden sein.
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Bei einer praxisnahen Anwendung ist in der Steuerdruckkammer eine Regelfeder aufgenommen, die gemeinsam mit dem Steuerdruck gegen den Druck des stirnseitigen Anschlusses auf den Regelkolben wirkt. Dann kann im Regelbetrieb des Regelventils der Steuerdruck geringer als der Druck des stirnseitigen Anschlusses sein.
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Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall ist das erfindungsgemäße Regelventil ein Förderstromregelventil für eine verstellbare hydrostatische Kolbenpumpe. Dann wird der stirnseitige Anschluss mit dem Pumpendruck beaufschlagt, während der Steueranschluss mit einer Verstellvorrichtung der Kolbenpumpe, zum Beispiel einem Stellzylinder, verbunden ist.
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Dazu kann die Steuerdruckkammer mit einem Load-Sensing-Steuerdruck beaufschlagt werden, der dem höchsten Lastdruck der von der Kolbenpumpe versorgten Verbraucher entspricht oder von diesem abgeleitet ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Förderstromegelventils als Druck-Förderstromregler ist in einem gemeinsamen Gehäuse auch ein Druckregelventil aufgenommen.
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Wenn das Gehäuse eine Einschraubpatrone ist, und wenn der Steueranschluss und der Tankanschluss durch Öffnungen am Umfang der Einschraubpatrone gebildet sind, kann das erfindungsgemäße Regelventil in ein Gehäuse der Kolbenpumpe eingeschraubt werden.
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Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der Steueranschluss vier Öffnungen am Umfang der Einschraubpatrone aufweist. Damit lassen sich Durchgangsbohrungen des Steueranschlusses so anordnen, dass auf den Regelkolben des Regelventils wirkende Querkräfte sich gegenseitig kompensieren. Somit ist der Verschleiß des Regelkolbens und seines erfindungsgemäßen Führungsbundes weiter verringert. Weiterhin wird das „Totwassergebiet“ vermieden, das sich bei Druck-Förderstromreglern gemäß dem Stand der Technik im gemeinsamen Steuerdruckkanal zwischen den beiden Reglern ergibt.
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Gemäß einer ersten fertigungstechnisch optimierten Variante sind die vier Öffnungen gleichmäßig am Umfang der Einschraubpatrone verteilt und radial ausgerichtet. Dazu sind im Innern der Einschraubpatrone zwei sich mittig unter etwa 90 Grad schneidende Durchgangbohrungen des Steueranschlusses vorgesehen, von denen eine Durchgangsbohrung jeweilige Ventilbohrungen des Förderstromregelventils und des Druckregelventils schneidet. Die andere Durchgangsbohrung schneidet die erste Durchgangsbohrung mittig in der Einschraubpatrone unter 90 Grad.
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Gemäß einer zweiten Variante hat der Steueranschluss zwei voneinander getrennte etwa parallele Durchgangbohrungen, von denen eine Durchgangbohrung die Ventilbohrung des Förderstromregelventils und eine Durchgangbohrung die Ventilbohrung des Druckregelventils schneidet. Damit ist die gegenseitige Beeinflussung der beiden Regler minimiert.
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Strömungstechnisch optimal ist es, wenn die beiden Abschnitte der Durchgangbohrungen beidseitig der jeweiligen Ventilbohrung gleich lang sind.
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Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Regelventils sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel und
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2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Regelventilanordnung 1, die beim dargestellten ersten Ausführungsbeispiel zur Druckregelung und Förderstromregelung einer Axialkolbenpumpe dient. Die Art der Förderstromregelung wird auch Load-Sensing-Regelung oder LS-Regelung genannt, wobei die Axialkolbenpumpe so geregelt wird, dass der Pumpendruck um eine bestimmte Druckdifferenz höher als ein an der Regelventilanordnung 1 anstehender Steuerdruck, der üblicherweise der höchste Lastdruck aller gleichzeitig betätigter und von der Axialkolbenpumpe mit Druckmittel versorgter hydraulischer Verbraucher ist.
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Ein Gehäuse 2 der Regelventilanordnung 1 ist als Einbaupatrone ausgeführt, in dem ein Druckregelventil 4 und ein erfindungsgemäßes Förderstromregelventil 6 aufgenommen sind. Am Gehäuse 2 sind zwei stirnseitige Anschlüsse P ausgeführt, an denen der am Druckanschluss der Axialkolbenpumpe herrschende Systemdruck anliegt. Das Gehäuse 2 hat des Weiteren einen sich vollumfänglich um die Einbaupatrone erstreckenden Steueranschluss A, der in Druckmittelverbindung mit einem bei der Schilderung des Standes der Technik eingangs erwähnten Druckraum eines Stellzylinders steht, über den eine Schwenkwiege der Axialkolbenpumpe verstellbar ist. Der prinzipielle Aufbau einer derartigen Axialkolbenmaschine ist allgemein bekannt, so dass der Einfachheit halber auf die diesbezüglichen Ausführungen verzichtet wird.
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Der Steueranschluss A hat gemäß dem Stand der Technik zwei radial ausgerichtete einander gegenüber liegende Öffnungen 7 einer gemeinsamen Durchgangsbohrung 9. Erfindungsgemäß hat der Steueranschluss A zwei weitere (in 1 oberhalb und unterhalb der Zeichenebene liegende) radial ausgerichtete Öffnungen einer gemeinsamen weiteren Durchgangsbohrung 13, die weiter unten genauer erläutert werden.
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Gemäß 1 hat das Gehäuse 2 weiterhin einen Tankanschluss T und einen Anschluss LS, an dem der höchste Lastdruck aller von der Pumpe versorgten Verbraucher anliegt. Dieser LS-Anschluss ist dem erfindungsgemäßen Förderstromregelventil 6 zugeordnet.
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Das Förderstromregelventil 6 hat einen Regelkolben 8, der mit zwei radial vorspringenden Steuerbunden 10, 12 ausgeführt ist, und der axial verschiebbar in einer Ventilbohrung 14 geführt ist. Diese erweitert sich stufenförmig nach recht hin (Ansicht nach 1) zu einer Steuerdruckkammer 17, in dem sich eine als Schraubdruckfeder ausgebildete Regelfeder 16 befindet, die über einen am Regelkolben 8 anliegenden Federteller 15 am Regelkolben 8 angreift und diesen in einer Ausgangsstellung gegen einen gehärteten Anschlagstift 18 vorspannt, der im Bereich der beiden Druckanschlüsse P quer zu den Ventilbohrungen 14, 22 in das Gehäuse 2 eingesetzt ist.
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Im Gehäuse 2 ist des Weiteren eine Verbindungsbohrung 24 vorgesehen, der zwischen den beiden Ventilbohrungen 14 und 22 verläuft und als Abschnitt einer Sackbohrung ausgebildet ist, die nach außen durch einen Gewindestift 25 verschlossen ist. Ein Durchflussquerschnitt zwischen der Verbindungsbohrung 24 und dem Tankanschluss T wird durch das Druckregelventil 4 gesteuert. In dessen Ruhestellung ist der Durchflussquerschnitt maximal weit auf.
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In der dargestellten Grundposition des Regelkolbens 8 des erfindungsgemäßen Förderstromregelventils 6 sind die beiden Steuerbunde 10, 12 so angeordnet, dass die Durchgangsbohrungen 9 und indirekt auch die Durchgangsbohrung 13 mit der Verbindungsbohrung 24 in Druckmittelverbindung stehen, während die Druckmittelverbindung zum zugeordneten Druckanschluss P gesperrt ist. Demzufolge ist der Steueranschluss A und damit der Druckraum des Stellzylinders mit dem Tank verbunden – eine Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine ist dann beispielsweise voll ausgeschwenkt.
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Der über den Anschluss LS abgegriffene Lastdruck wirkt in der Steuerdruckkammer 17 entgegen dem Druck am Anschluss P auf den Regelkolben 8, wobei die vom jeweiligen Druck beaufschlagten Stirnflächen gleich groß sind. Der Regelkolben 8 wird somit dann in seine Regelposition verschoben, wenn der Druck am Druckanschluss P (Pumpendruck) um das Druckäquivalent der Regelfeder 16 größer ist als der Lastdruck.
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Die Regelfeder 16 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel an einem als Stellschraube 26 ausgeführten Federsitz abgestützt, der in Gewindeeingriff mit dem erweiterten Teil der Ventilbohrung 14 steht, so dass durch Hereinschrauben oder Herausschrauben dieser Stellschraube 26 die Vorspannung der Regelfeder 16 erhöht beziehungsweise erniedrigt wird. Koaxial ist innen in der Regelfeder 16 ist ein gehärteter Stift 19 vorgesehen, der einstückig mit der Stellschraube 26 gebildet ist, und der dem maximalen Hub des Regelkolbens 8 begrenzt und somit ein auf Block Gehen oder allgemein eine Überlastung der Regelfeder 16 verhindert.
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Der umfängliche Steueranschluss A ist über je einen Dichtring vom stirnseitigen Anschluss P und vom ebenfalls umfänglichen Tankanschluss T getrennt. Der Steueranschluss A hat die erwähnte gemeinsame Durchgangsbohrung 9 mit den beiden in 1 dargestellten Öffnungen 7 und die weitere Durchgangsbohrung 13 mit den zwei weiteren (in 1 oberhalb und unterhalb der Zeichenebene liegende) radial ausgerichtete Öffnungen. Die beiden Durchgangsbohrungen 9, 13 schneiden sich rechtwinklig zueinander und mittig in dem als Einschraubpatrone ausgebildeten Gehäuse 2. Durch die weitere Durchgangsbohrung 13 wird ein Bereich der ersten Durchgangsbohrung 9, der zwischen den beiden Regelventilen 4, 6 angeordnet ist und diese miteinander verbindet, vermehrt durchströmt, so dass ein „Totwassergebiet“ und damit Staudruck verhindert sind. Außerdem sind durch die weitere Durchgangsbohrung 13 zwei zusätzliche Durchlässe von der Ventilbohrung 14 zum umfänglichen Steueranschluss A geschaffen, deren Öffnungsquerschnitte unabhängig vom Druckregelventil 4 sind. Querkräfte, die das Förderstromregelventil 6 verschleißen lassen und zu einem Verklemmen ihres Regelkolbens 8 führen können, werden – je nach Betriebszustand des Förderstromregelventils 6 – verringert oder kompensieren sich gegenseitig, da beidseitig des Regelkolbens 8 vergleichmäßigte Steuerdrücke herrschen.
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Weiterhin hat der Regelkolben 8 des erfindungsgemäßen Förderstromregelventils 6 eine zusätzliche Abstützung, die von einem Führungsbund 28 gebildet ist, der am Endabschnitt des Regelkolbens 8 im Bereich des stirnseitigen Anschlusses P angeordnet ist. Der Führungsbund 28 verringert ebenfalls den Verschleiß des Förderstromregelventils 6 und verhindert ein Verklemmen seines Regelkolbens 8.
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Wenn Druckmittel vom Anschluss P zum ersten Steuerbund 10 gelangen soll, muss es den Führungsbund 28 passieren. Dazu ist im Innern des Führungsbundes 28 eine konzentrische Bohrung 30 vorgesehen, die mit einer radialen Bohrung 32 verbunden ist. Die radiale Bohrung 32 ist im Bereich eines Halses in den Regelkolben 8 eingebracht, der zwischen dem Führungsbund 28 und dem ersten Steuerbund 10 gebildet ist.
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2 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse 102 einer Regelventilanordnung 101 gemäß eine zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Der umfängliche Steueranschluss A hat zwei zueinander parallele Durchgangsbohrungen 109, 113 mit jeweils zwei Öffnungen 7. Die (in 2 obere) Durchgangsbohrung 109 ist nur mit der Ventilbohrung 22 des Druckregelventils 4 verbunden, während die (in 2 untere) Durchgangsbohrung 113 nur mit der Ventilbohrung 14 des Förderstromregelventils 6 verbunden ist. Damit ist die gegenseitige Beeinflussung der beiden Regelventile 4, 6 minimiert.
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Die beiden Durchgangsbohrungen 109, 113 sind 45 Grad zu einer Verbindungsebene 134 angestellt, die die beiden Ventilbohrungen 14, 22 verbindet und dabei rechtwinklig schneidet. Die beiden Abschnitte jeder Durchgangsbohrung 109, 113, die sich durch den Schnitt mit der jeweiligen Ventilbohrung 14, 22 ergeben, sind unterschiedlich lang. Dies ergibt sich durch das Ziel, ein Werkzeug, mit dem die Durchgangsbohrungen gefertigt werden, möglichst radial an der Einschraubpatrone ansetzen zu können.
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Abweichend von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel können die beiden parallelen Durchgangsbohrungen auch senkrecht zur Verbindungsebene 134 angeordnet sein. Dann sind die beiden Abschnitte jeder Durchgangsbohrung, die sich durch den Schnitt mit der jeweiligen Ventilbohrung 14, 22 ergeben, gleich lang. Dies bedeutet gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel einen schrägeren Ansetzwinkel des Werkzeugs, ist aber strömungstechnisch optimal.
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Offenbart ist Förderstromregler für eine Axialkolbenpumpe dessen Klemmgefahr und dessen Verschleiß dadurch minimiert sind, dass der Regelkolben einen zusätzlichen Führungsbund aufweist. Weiterhin sind Radialkräfte des Regelkolbens dadurch kompensiert, dass ein Kanal für den Ausgangsdruck des Förderstromreglers beidseitig des Regelkolbens offen zur Gehäuseaußenwand ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 101
- Regelventilanordnung
- 2; 102
- Gehäuse
- 4
- Druckregelventil
- 6
- Förderstromregelventil
- 7
- Öffnung
- 8
- Regelkolben
- 9; 109
- Durchgangsbohrung
- 10
- Steuerbund
- 12
- Steuerbund
- 13; 113
- Durchgangsbohrung
- 14
- Ventilbohrung
- 15
- Federteller
- 16
- Regelfeder
- 18
- Anschlagstift
- 17
- Steuerdruckkammer
- 19
- Stift
- 22
- Ventilbohrung
- 24
- Verbindungsbohrung
- 25
- Gewindestift
- 26
- Stellschraube
- 28
- Führungsbund
- 30
- konzentrische Bohrung
- 32
- radiale Bohrung
- 134
- Verbindungsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048068 A1 [0002]
- DE 102012010217 A1 [0002]
