DE102019105708A1 - Druckregelventil und Vorrichtung mit einem derartigen Druckregelventil zum Steuern oder Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckregelventil (30) zum Steuern oder Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum (12), umfassend ein Ventilgehäuse (50) mit mindestens einem Eingang (41), und mindestens einem Ausgang (43), einen fest mit dem Ventilgehäuse (50) verbundenen Wandungsabschnitt (51), der einen ersten Durchtrittskanal und eine erste Durchgangsbohrung aufweist, die vom Druckfluid durchströmbar sind, und einen ersten Ventilsitz bildet, einen Stößel (52), der mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung (49) entlang einer Längsachse (L) bewegbar im Ventilgehäuse (50) gelagert ist, ein erstes Dichtelement (54), welches entlang der Längsachse (L) bewegbar im Ventilgehäuse (50) gelagert ist und mittels einer ersten Feder (56) in eine Verschlussstellung vorgespannt wird, in welcher das erste Dichtelement (54) am ersten Ventilsitz (58) anliegt und die erste Durchgangsbohrung verschließt, das erste Dichtelement (54) einen vom Druckfluid durchströmbaren zweiten Durchtrittskanal (60) aufweist, der mit dem ersten Durchtrittskanal fluidisch verbindbar ist, ein zweites Dichtelement (64), welches am Stößel (52) befestigt ist und durch Bestromen der Betätigungseinrichtung (49) mittels des Stößels (52) entlang der Längsachse (L) zwischen einer ersten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement (64) am Wandungsabschnitt anliegt und den ersten Durchtrittskanal verschließt, und einer zweiten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement (64) an einem zweiten Ventilsitz (66) anliegt, bewegbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckregelventil zum Steuern oder Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem derartigen Druckregelventil, mit welcher der Druck des Druckfluids im Pilotdruckraum regelbar ist.
• Als Druckfluide werden üblicherweise Hydraulikflüssigkeiten oder Druckluft verwendet. Pilotdruckräume in hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Vorrichtungen dienen dazu, vorgesteuerte Ventile, häufig auch als hydraulische oder pneumatische Schieber ausgeführt, zu steuern oder zu regeln. Wenn vorgesteuerte Ventile als Proportionalventile oder Proportionalschieber ausgestaltet werden, können die Volumenströme, die das Proportionalventil oder den Proportionalschieber durchströmen, mit dem Druck im Pilotdruckraum innerhalb bestimmter Grenzen stufenlos eingestellt werden.
• Ein Beispiel derartiger hydraulisch oder pneumatisch betriebener Vorrichtungen sind Schwingungsdämpfer in Kraftfahrzeugen, bei denen die Dämpfungscharakteristik vom das Proportionalventil durchströmenden Volumenstrom des verwendeten Druckfluids abhängt. Je nach Volumenstrom kann eine eher komfortbetonte weichere Dämpfung oder eine eher sportlichere härtere Dämpfung eingestellt werden. Bei Schwingungsdämpfern wird eine bestrombare Betätigungseinrichtung verwendet, mit welcher mehrere Dämpfungscharakteristiken vom Fahrer vorgegeben oder je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs oder nach Zustand des Bodenbelags, entlang welchem sich das Kraftfahrzeug gerade bewegt, von einem Bordcomputer automatisch eingestellt werden können. Es muss aber gewährleistet sein, dass im Falle eines Ausfalls der elektrischen Energie und folglich des Ausfalls der Betätigungseinrichtung eine Ausfallsicherung, auch als „Failsafe“ bezeichnet, vorhanden ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch im Falle eines Ausfalls der elektrischen Energie das Fahrzeug mit einer bestimmten Dämpfungscharakteristik weiterbetrieben werden kann. Hierbei wird üblicherweise eine mittlere Dämpfungscharakteristik angestrebt, die weder zu hart noch zu weich ist.
• Aus diesen Anforderungen ergibt sich ein relativ komplexer Aufbau der Vorrichtung, insbesondere des Schwingungsdämpfers, wie sich beispielsweise aus der US 2016/0091044 A1 und der WO 2016/066314 A1 entnehmen lässt. Der Aufbau wird insbesondere dadurch komplex, da mehrere Schieber verwendet werden müssen. Weitere Schwingungsdämpfer sind in der US 2016/0369862 A1 , der JP 2009-115319 A , der US 5,147,018 A , der WO 2011/023351 A1 und der US 2005/0016086 A1 offenbart. Insbesondere der in der EP 2 678 581 B1 offenbarte Schwingungsdämpfer bietet auch im „Failsafe“ eine mittlere Dämpfungscharakteristik.
• Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckregelventil zum Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum anzugeben, welches einfach im Aufbau ist und den Druck im Pilotdruckraum auch dann auf ein bestimmbares Maß regelt, wenn keine elektrische Energie zum Bestromen der Betätigungseinrichtung vorhanden ist. Des Weiteren liegt einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher der Druck des Druckfluids im Pilotdruckraum regelbar ist und welche mit einem derartigen Druckregelventil betrieben werden kann.
• Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 16 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Druckregelventil zum Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum, umfassend
• - ein Ventilgehäuse mit mindestens einem Eingang, der mit dem Pilotdruckraum fluidisch verbindbar ist, und mindestens einem Ausgang,
• - einen fest im Druckregelventil angeordenten Wandungsabschnitt, der
  • o einen ersten Durchtrittskanal und eine erste Durchgangsbohrung aufweist, die vom Druckfluid durchströmbar sind, und
  • o einen ersten Ventilsitz bildet,
• - einen Stößel, der mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung entlang einer Längsachse bewegbar im Ventilgehäuse gelagert ist,
• - ein erstes Dichtelement, welches entlang der Längsachse bewegbar im Ventilgehäuse gelagert ist und mittels einer ersten Feder in eine Verschlussstellung vorgespannt wird, in welcher das erste Dichtelement am ersten Ventilsitz anliegt und die erste Durchgangsbohrung verschließt,
• - das erste Dichtelement einen vom Druckfluid durchströmbaren zweiten Durchtrittskanal aufweist, der mit dem ersten Durchtrittskanal fluidisch verbindbar ist,
• - ein zweites Dichtelement, welches am Stößel befestigt ist und durch Bestromen der Betätigungseinrichtung mittels des Stößels entlang der Längsachse zwischen einer ersten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement an einem vom Wandungsabschnitt gebildeten dritten Ventilsitz anliegt und den ersten Durchtrittskanal verschließt, und einer zweiten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement an einem zweiten Ventilsitz anliegt, bewegbar ist, wobei der zweite Ventilsitz bezogen auf die Längsachse axial versetzt zum ersten Ventilsitz angeordnet ist, und
• - eine zweite Feder, welche das zweite Dichtelement in die erste Stellung vorspannt.
• Die wesentliche Eigenschaft des vorschlagsgemäßen Druckregelventils ist diejenige, dass es mindestens zwei Ventilsitze aufweist, durch welche das Druckfluid strömen kann, wenn der betreffende Ventilsitz geöffnet ist. Das Druckregelventil ist dabei so ausgestaltet, dass das Druckfluid das Druckregelventil durchströmen kann, wenn zumindest einer der Ventilsitze geöffnet ist. Insofern sind bezogen auf das Öffnungsverhalten der erste Ventilsitz und der zweite Ventilsitz parallel zueinander geschaltet.
• Während der zweite Ventilsitz infolge eines Bestromens der Betätigungseinrichtung und der hieraus resultierenden Bewegung des zweiten Dichtelements direkt oder indirekt geöffnet und geschlossen werden kann, wird der erste Ventilsitz aufgrund des im Druckregelventil wirkenden Drucks geöffnet. Mit anderen Worten wird der zweite Ventilsitz durch das Bestromen aktiv geöffnet, während der der erste Ventilsitz aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse passiv geöffnet wird. Die zweite Feder sorgt dafür, dass der erste Durchtrittskanal bei Ausfall der Betätigungseinrichtung geschlossen wird.
• Dies hat zur Folge, dass selbst dann, wenn die elektrische Energie zum Bestromen der Betätigungseinrichtung nicht zur Verfügung steht, ein Durchströmen des Druckregelventils möglich ist. Der Druck im Pilotdruckraum kann daher auch beim Ausfall der Stromversorgung gesteuert oder geregelt werden, so dass eine Ausfallsicherung, auch als „Failsafe“ bezeichnet, mit nur einem einzigen Druckregelventil bereitgestellt werden kann. Die sich im Falle der Ausfallsicherung einstellende Dämpfungscharakteristik wird insbesondere von der Wahl der Federkonstante und der Federvorspannung der ersten Feder bestimmt.
• Das Druckregelventil kann auch dann geschlossen werden, wenn sich das zweite Dichtelement in der zweiten Stellung befindet und das zweite Dichtelement am zweiten Ventilsitz anliegt. Dann aber ist kein Durchströmen des Druckregelventils und daher keine Steuerung oder Regelung des Drucks im Pilotdruckraum möglich, so dass das zweite Dichtelement im Betrieb des Druckregelventils üblicherweise nicht in die zweite Stellung bewegt wird.
• Der erste Ventilsitz und der zweite Ventilsitz sind bezogen auf die Längsachse axial versetzt zueinander angeordnet, um die Bewegbarkeit des zweiten Dichtelements entlang der Längsachse gewährleisten zu können. Das Vorsehen des zweiten Dichtelements zur Drosselung ermöglicht eine sehr genaue Einstellung der Öffnungspunkte und der gewünschten Dämpfungscharakteristik. Bei dem in der EP 2 678 581 B1 offenbarten Druckregelventil wird die Drosselung sowie das Öffnen und Schließen der Ventilsitze mit dem Stößel durchgeführt. Ein zweites Dichtelement weist das dort gezeigte Druckregelventil nicht auf. Folglich lässt sich die gewünschte Dämpfungscharakteristik nicht so genau einstellen wie beim vorliegenden Druckregelventil. Zudem kann mit dem vorliegenden Druckregelventil die Dämpfungscharakteristik auf einfache Weise dadurch verändert werden, dass ein anders dimensioniertes zweites Dichtelement verwendet wird. Bei dem in der EP 2 678 581 B1 offenbarten Druckregelventil muss hierzu der gesamte Stößel geändert werden, was deutlich aufwendiger ist.
• Im Gegensatz zum in der EP 2 678 581 B1 offenbarten Druckregelventil weist das vorschlagsgemäße Druckregelventil keine bewegliche Ventilkammer mit einem beweglichen Wandungsabschnitt auf. Vielmehr ist der Wandungsabschnitt fest im Ventilgehäuse angeordnet und beispielsweise fest mit dem Ventilgehäuse verbunden. Hierdurch lässt sich die Dämpfungscharakteristik genauer einstellen. Zudem ist die Lagerung der beweglichen Komponenten im Vergleich zum in der EP 2 678 581 B1 offenbarten Druckregelventil vereinfacht. Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform werden der erste Durchtrittskanal von einem ersten Ringspalt zwischen dem Wandungsabschnitt und dem Stößel und der zweite Durchtrittskanal von einem zweiten Ringspalt zwischen dem ersten Dichtelement und dem Stößel gebildet. In dieser Ausführungsform können die Durchtrittskanäle auf eine konstruktiv einfache Weise realisiert werden.
• Eine weiterführende Ausführungsform sieht vor, dass der Wandungsabschnitt eine zweite Durchgangsbohrung aufweist, die vom Druckfluid durchströmbar ist und die vom ersten Dichtelement nicht verschließbar ist. Die zweite Durchgangsbohrung dient zum Führen des Druckfluids stromabwärts vom ersten Ventilsitz, also nachdem der Druck des Druckfluids auf das gewünschte Maß eingestellt worden ist. Hierdurch lässt sich eine Führung des Druckfluids durch das Druckregelventil mit kurzen Wegen realisieren, die wenige konstruktive Änderungen erforderlich macht und die keine weitere nennenswerte Druckabfälle verursacht.
• Gemäß einer weitergeführten Ausführungsform wird der zweite Ventilsitz von einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen Rohr gebildet. Insbesondere dann, wenn konstruktive Änderungen am Druckregelventil vorgenommen werden sollen, die eine andere Positionierung des zweiten Ventilsitzes erforderlich machen, müssen nur der Durchmesser und/oder die Länge des Rohres verändert werden. Das Ventilgehäuse selbst kann unverändert bleiben.
• Gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform ist das Rohr entlang der Längsachse bewegbar mit dem Ventilgehäuse verbunden. Dabei bietet es sich an, das Rohr mittels eines Reibschlusses, beispielsweise mittels eines gewissen Übermaßes gegenüber dem Ventilgehäuse, mit demselben zu verbinden, damit die Position des zweiten Ventilsitzes im Betrieb des Druckregelventils eindeutig erhalten bleibt. Allerdings kann der Reibschluss bei der Montage des Druckregelventils mit geeigneten Werkzeugen überwunden werden, so dass sich die Position des zweiten Ventilsitzes justieren lässt. Hierdurch können Magnetkräfte vereinheitlicht werden, die infolge von Toleranzunterschiede unterschiedlich sein können. Aufgrund von Fertigungstoleranzen vom Sollwert abweichende Öffnungspunkte können auf relativ einfache Weise korrigiert werden.
• In einer weitergebildeten Ausführungsform können die Querschnittsfläche des ersten Durchtrittskanals oder ersten Ringspalts und die Querschnittfläche des zweiten Durchtrittskanals und des zweiten Ringspalts größer sein als die Querschnittsfläche eines vom zweiten Dichtelement oder vom Stößel ausgehenden Drosselspalts. Die eingangs erwähnte Steuerung oder Regelung des Drucks im Pilotdruckraum erfolgt im Wesentlichen über eine Drosselung der Strömung des Druckfluids im Druckregelventil. Das Maß der Drosselung wird vom kleinsten durchströmbaren Querschnitt bestimmt. Beim Durchströmen des Druckregelventils passiert das Druckfluid im Wesentlichen zwei Querschnitte, nämlich einerseits den Ringspalt und andererseits den vom zweiten Dichtelement oder vom Stößel gebildeten Drosselspalt. Während der Ringspalt konstruktiv vorgegeben ist und seine Querschnittsfläche nicht verändert werden kann, kann die Querschnittsfläche des Drosselspalts infolge einer mehr oder weniger starken Bestromung der Betätigungseinrichtung geändert werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Querschnittsfläche des Drosselspalts in jeder Stellung des Stößels kleiner ist als die Querschnittsfläche der Ringspalte oder der Durchtrittskanäle, ist gewährleistet, dass der Druck im Pilotdruck mittels der Bestromung der Betätigungseinrichtung verändert werden kann.
• Gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform sind die Querschnittsfläche des ersten Ringspalts und des zweiten größer als die Querschnittsfläche
• - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem zweiten Ventilsitz ausbildenden ersten Drosselspalts, oder
• - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem Ventilgehäuse ausbildenden zweiten Drosselspalts, oder
• - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem ersten Dichtelement ausbildenden dritten Drosselspalts.
• Befindet sich das zweite Dichtelement zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung, wird das Druckfluid in Strömungsrichtung gesehen vom zweiten Dichtelement zunächst radial nach außen, dann parallel zur Längsachse und anschließend wieder radial nach innen gelenkt. Strömt das Druckfluid radial nach außen, durchströmt es einen parallel zur Längsachse verlaufenden ersten Drosselpalt. Beim Strömen parallel zur Längsachse durchströmt das Druckfluid einen zweiten Drosselspalt, während es beim Strömen radial nach innen einen dritten Drosselspalt durchströmt. Der erste Drosselspalt bildet sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem zweiten Ventilsitz aus. Der zweite Drosselspalt bildet sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem Ventilgehäuse oder einem in das Ventilgehäuse eingesetzten Bauteil aus, während sich der dritte Drosselspalt zwischen dem zweiten Dichtelement und dem ersten Dichtelement ausbildet.
• Je nach Stellung des zweiten Dichtelements ändern sich die Querschnitte des ersten und des dritten Drosselspalts. Derjenige Drosselspalt, der die kleinste Querschnittsfläche aufweist, soll als aktiver Drosselspalt bezeichnet werden, da dieser das Maß der Drosselung des Stroms des Druckfluids bestimmt. Das Druckregelventil ist so ausgelegt, dass unabhängig von der Stellung des Stößels die Querschnittsfläche des Ringspalts größer ist als die Querschnittsfläche des aktiven Drosselspalts. Infolgedessen ist gewährleistet, dass der Druck im Pilotdruck mittels der Bestromung der Betätigungseinrichtung verändert werden kann.
• Gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform sind die Querschnittsfläche des ersten Ringspalts und die Querschnittsfläche des zweiten Ringspalts größer als die Querschnittsfläche
• - des sich zwischen dem Stößel und dem zweiten Ventilsitz ausbildenden ersten Drosselspalts, oder
• - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem Ventilgehäuse ausbildenden zweiten Drosselspalts, oder
• - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement und dem ersten Dichtelement ausbildenden dritten Drosselspalts.
• In dieser Ausführungsform bildet sich der erste Drosselspalt zwischen dem Stößel und dem zweiten Ventilsitz und nicht zwischen dem zweiten Dichtelement und dem zweiten Ventilsitz aus. In dieser Ausführungsform wird die Größe der Querschnittsfläche des ersten Drosselspalts vom Stößel bestimmt, während die Größe der Querschnittsfläche des zweiten und des dritten Drosselspalts vom zweiten Dichtelement bestimmt werden. Insofern werden zwei verschiedene Elemente zur Drosselung verwendet. In dieser Ausführungsform ist der Gestaltungsspielraum größer, da mit der Länge des Stößels der erste Drosselspalt unabhängig vom zweiten Dichtelement eingestellt werden kann.
• Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann der zweite Dichtsitz vom ersten Dichtsitz umschlossen sein. Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise des Druckregelventils.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Druckregelventil als ein Proportionalventil ausgebildet. Der Volumenstrom durch das Druckregelventil kann in dieser Ausführungsform auf folgende Weise geregelt werden: Wie erwähnt, kann das zweite Dichtelement mittels der Betätigungseinrichtung zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung hin- und her bewegt werden. Das Proportionalventil ist so ausgestaltet, dass sich der Drosselspalt linear ändert, so dass auch der Volumenstrom linear verändert wird. Der Druck im Pilotdruckraum kann daher proportional zur Bestromung der Betätigungseinrichtung gesteuert werden.
• Bei einer weiteren Ausführungsform können das erste Dichtelement als ein erstes Federblech und das zweite Dichtelement als ein zweites Federblech ausgeführt sein. Das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement sind in dieser Ausführungsform einerseits mit einer geringen Wandstärke ausreichend stabil, andererseits vergleichsweise einfach zu fertigen. Aufgrund ihrer Elastizität weisen sie eine hohe Dichtwirkung auf.
• Gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform ist das zweite Dichtelement mittels einer Spielpassung mit dem Stößel verbunden. Hierdurch lassen sich Toleranzen auf einfache Weise ausgleichen.
• Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Federblech auf dem Stößel verstemmt ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine ausreichende Befestigung des zweiten Federblechs am Stößel erreicht werden.
• Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform umfasst die Betätigungseinrichtung einen vom Druckfluid durchströmbaren Magnet. Betätigungseinrichtungen, welche Magneten zum Bewegen eines Stößels einsetzen, sind weit verbreitet, so dass beim Fertigen des vorliegenden Druckregelventils auf derartige Betätigungseinrichtungen zurückgegriffen werden kann. Wenn der Magnet jedoch vom Druckfluid durchströmt werden kann, ergibt sich der Vorteil, dass das Druckfluid als Kühlmittel wirkt, da es zumindest einen Teil der Wärme, die im Betrieb des Magneten entsteht, aus dem Magneten abführen kann. Die thermische Belastung des Magneten wird hierdurch verringert und seine Haltbarkeit erhöht.
• Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Drucks in einem Pilotdruckraum, umfassend
• - einen Primärkreislauf für ein Druckfluid,
• - eine im Primärkreislauf angeordnete Arbeitsmaschine zum Fördern des Druckfluids im Primärkreislauf entlang einer Förderrichtung,
• - einen hydraulischen oder pneumatischen Schieber,
• - einen Sekundärkreislauf für das Druckfluid, welcher von einer Abzweigung des Primärkreislaufs ausgeht, die bezogen auf die Förderrichtung stromabwärts der Arbeitsmaschine angeordnet ist, und welcher in einer Einmündung wieder in den Primärkreislauf einmündet,
• - einen im Sekundärkreislauf angeordneten Pilotdruckraum, und
• - ein zwischen dem Pilotdruckraum und der Einmündung im Sekundärkreislauf angeordnetes Druckregelventil nach einem der vorherigen Ausführungsformen, wobei
• - der Schieber so angeordnet und ausgestaltet ist, dass der Schieber den Strom des Druckfluids im Primärkreislauf zwischen der Abzweigung und der Einmündung in Abhängigkeit vom Druck im Pilotdruckraum sperren oder freigeben kann.
• Die Vorteile und technischen Effekte, welche mit der vorschlagsgemäßen Vorrichtung erreicht werden können, entsprechen denjenigen, die mit dem Druckregelventil nach einer der zuvor diskutierten Ausführungsformen erläutert worden sind. Zusammenfassend sei darauf verwiesen, dass mit nur einem Druckregelventil und nur einem Schieber eine sowohl eine aktive als auch eine passive Regelung des Drucks im Pilotdruckraum erreicht und der konstruktive Aufwand der Vorrichtung gering gehalten werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Schieber als ein Proportionalschieber ausgestaltet. Der Schieber sperrt in einer Schließstellung je nach Druck im Pilotdruckraum den Primärkreislauf zwischen der Abzweigung und der Einmündung. In diesem Fall kann das Druckfluid nur über den Sekundärkreislauf von der Abzweigung zur Einmündung strömen. Sobald der Druck im Pilotdruckraum je nach Ausbildung der Vorrichtung über- oder unterschritten hat, wird der Schieber in eine Offenstellung bewegt, so dass das Fluid auch zwischen der Abzweigung und der Einmündung im Primärkreislauf strömen kann. Einfache Schieber können aber nur zwischen der Offenstellung oder der Schließstellung bewegt werden, so dass der Strom des Druckfluids zwischen der Abzweigung und der Einmündung im Primärkreislauf vollständig entweder freigegeben oder gesperrt werden. Wenn der Schieber aber als ein Proportionalschieber ausgestaltet ist, kann der Volumenstrom des Druckfluids zwischen der Abzweigung und der Einmündung im Primärkreislauf in Abhängigkeit des Drucks im Pilotdruckraum eingestellt werden. Da sich der Druck im Pilotdruckraum wiederum mit der Bestromung der Betätigungseinrichtung einstellen lässt, kann demzufolge auch der Volumenstrom des Druckfluids zwischen der Abzweigung und der Einmündung im Primärkreislauf mit der Bestromung der Betätigungseinrichtung eingestellt und gleichzeitig aber eine Ausfallsicherung für den Fall, dass die Betätigungseinrichtung ausfällt, realisiert werden.
• Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigungseinrichtung des Druckregelventils einen vom Druckfluid durchströmbaren Magnet umfasst und der Magnet fluidisch mit dem Pilotdruckraum oder mit einem externen Druckfluid-Kreislauf verbunden ist. Wie erwähnt, sind Betätigungseinrichtungen, welche Magneten zum Bewegen eines Stößels einsetzen, weit verbreitet, so dass auf derartige Betätigungseinrichtungen zurückgegriffen werden kann. Wenn der Magnet jedoch vom Druckfluid durchströmt werden kann, ergibt sich der Vorteil, dass das Druckfluid als Kühlmittel wirkt, da es zumindest einen Teil der Wärme, die im Betrieb des Magneten entsteht, aus dem Magneten abführen kann. Die thermische Belastung des Magneten wird hierdurch verringert und seine Haltbarkeit erhöht.
• Wenn der Magnet fluidisch mit dem Pilotdruckraum verbunden ist, kann der dort herrschende Druck als Förderdruck für das Druckfluid verwendet werden, so dass keine weiteren Förderelemente verwendet werden müssen. Der Aufbau der Vorrichtung wird nicht wesentlich verkompliziert. Für den Fall, dass der Magnet fluidisch mit einem externen Druckfluid-Kreislauf verbunden ist, kann der Volumenstrom durch den Magnet unabhängig vom Volumenstrom und von den Druckverhältnissen im Sekundärkreislauf verändert werden.
• Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine als eine Pumpe, ein Verdichter oder ein Schwingungsdämpfer ist. Die Schwingungsdämpfer können als Zweirohr- oder Dreirohr-Schwingungsdämpfer ausgestaltet sein. Derartige Arbeitsmaschinen lassen sich mittels der vorschlagsgemäßen Vorrichtung infolge der Regelung im Pilotdruckraum auf einfache Weise besonders gut steuern oder regeln. Für den Fall, dass die Arbeitsmaschine als ein Schwingungsdämpfer ausgestaltet ist, lässt sich die Dämpfungscharakteristik mittels der Bestromung der Betätigungseinrichtung dahingehend einstellen, dass sich eine härtere oder weichere Dämpfung ergibt. Fällt die Betätigungseinrichtung aus, wird auch eine Dämpfung gewährleistet, die von der Federvorspannung und der Federkonstanten der ersten Feder abhängt.
• Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
• 1 einen Schaltplan einer Ausführungsform einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum,
• 2 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines vorschlagsgemäßen Druckregelventils,
• 3A eine prinzipielle und nicht maßstabsgerecht vergrößerte Darstellung des in 2 gekennzeichneten Ausschnitts X, bei welcher sich das Druckregelventil in einem ersten Betriebszustand befindet,
• 3B eine prinzipielle und nicht maßstabsgerecht vergrößerte Darstellung des in 2 gekennzeichneten Ausschnitts X, bei welcher sich das Druckregelventil in einem zweiten Betriebszustand befindet,
• 3C eine prinzipielle und nicht maßstabsgerecht vergrößerte Darstellung des in 2 gekennzeichneten Ausschnitts X, bei welcher sich das Druckregelventil in einem dritten Betriebszustand befindet, und
• 4 eine prinzipielle und nicht maßstabsgerecht vergrößerte Darstellung analog zum in 2 gekennzeichneten Ausschnitts X einer zweiten Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Druckregelventils, bei welcher sich das Druckregelventil im ersten Betriebszustand befindet.
• In 1 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung 10 zum Steuern oder Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum 12 dargestellt. Als Druckfluid kann eine Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft verwendet werden, wobei sich die folgende Beschreibung auf ein Druckfluid bezieht, welches als eine Hydraulikflüssigkeit ausgestaltet ist. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Primärkreislauf 14, in welchem das Druckfluid mittels einer Arbeitsmaschine 16 gefördert werden kann. Unter einer Arbeitsmaschine 16 soll ein Bauteil verstanden werden, mit welchem insbesondere mechanische Arbeit auf das Druckfluid derart übertragen werden kann, dass es in der mit dem Pfeil P1 gekennzeichneten Förderrichtung im Primärkreislauf 14 gefördert wird.
• Bezogen auf die mit dem Pfeil P1 gekennzeichnete Förderrichtung ist stromabwärts der Arbeitsmaschine 16 eine Abzweigung 18 angeordnet, von welcher ein Sekundärkreislauf 20 ausgeht, der ebenfalls vom Druckfluid durchströmt werden kann. Auf die genaue Ausgestaltung des Sekundärkreislaufs 20 wird später genauer eingegangen.
• Stromabwärts von der Abzweigung 18 ist im Primärkreislauf 14 eine Einmündung 22 vorgesehen, an welcher der Sekundärkreislauf 20 wieder in den Primärkreislauf 14 mündet. Im dargestellten Beispiel ist die Einmündung 22 mittels einer Niederdruckkammer 23 realisiert.
• Ausgehend von der Niederdruckkammer 23 mündet der Primärkreislauf 14 wieder in die Arbeitsmaschine 16.
• Wie aus der 1 ersichtlich, ist stromabwärts von der Abzweigung 18 ein Schieber 24 angeordnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Proportionalschieber 26 ausgeführt ist, der mit einer Feder 25 zusammenwirkt. Der Sekundärkreislauf 20 kann vom Schieber 24 nicht gesperrt werden. Der Schieber 24 ist zwischen zwei Positionen verstellbar, wobei in einer ersten Position, welche die 1 dargestellt ist, der Schieber 24 den Primärkreislauf 14 zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 sperrt. In der zweiten Position hingegen ist die Fluidverbindung zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 im Primärkreislauf 14 gegeben. Der Schieber 24 ist als ein 2/2-Ventil ausgeführt.
• Die Feder 25 wirkt so mit dem Schieber 24 zusammen, dass er in die erste Position vorgespannt wird. Zwischen der Arbeitsmaschine 12 und der Abzweigung 18 geht eine erste Steuerleitung 27 aus, die mit dem Schieber 24 verbunden ist. Weiterhin geht vom Pilotdruckraum eine zweite Steuerleitung 29 aus, welche wie die erste Steuerleitung 27 ebenfalls mit dem Schieber 24 verbunden ist. Das über die erste Steuerleitung 27 zum Schieber 24 geleitete Druckfluid wirkt in entgegengesetzter Richtung auf den Schieber 24 in Vergleich zu dem über die zweite Steuerleitung 29 zum Schieber 24 geleitete Druckfluid. Das über die zweite Steuerleitung 29 zum Schieber 24 geführte Druckfluid wirkt in derselben Richtung wie die Feder 25.
• Ausgehend von der Abzweigung 18 ist stromabwärts vom Schieber 24 im Sekundärkreislauf 20 eine drosselnde Hauptblende 28 vorgesehen. Anschließend mündet der Sekundärkreislauf 20 in den bereits erwähnten Pilotdruckraum 12. Vom Pilotdruckraum 12 geht eine
• Stromabwärts vom Pilotdruckraum 12 ist ein Druckregelventil 30 angeordnet, dessen Funktion als ein magnetgesteuertes 3/2-Ventil und ein hierzu parallel geschaltetes rein hydraulisch gesteuertes 3/2 Ventil aufgefasst werden kann. Auf die genaue konstruktive Ausgestaltung des Druckregelventils 30 wird später genauer eingegangen.
• Stromabwärts des Druckregelventils 30 verläuft eine erste Leitung 32 direkt zur Niederdruckkammer 23, während sich eine zweite Leitung 34 in eine erste Unterleitung 36 und eine zweite Unterleitung 38 aufspaltet, wobei in der ersten Unterleitung 36 ein Rückschlagventil 40 und in der zweiten Unterleitung 38 eine Nebenblende 42 angeordnet sind. Das Rückschlagventil 40 und die Nebenblende 42 sind parallel zueinander geschaltet. Stromabwärts des Rückschlagventil 40 und der Nebenblende 42 vereinigen sich die erste Unterleitung 36 und die zweite Unterleitung 38 wieder. Von dort aus führt die zweite Leitung 34 wie auch die erste Leitung 32 zur Niederdruckkammer 23. Wie bereits erwähnt, mündet der Sekundärkreislauf 20 in der Niederdruckkammer 23 wieder in den Primärkreislauf 14.
• Wie bereits erwähnt, lässt sich das vorschlagsgemäße Druckregelventil 30 von seiner Funktion her als ein magnetgesteuertes 3/2-Ventil und einen hierzu parallel geschaltetes, druckgesteuertes 3/2-Ventil auffassen, welches im dargestellten Beispiel einen Eingang 41 und zwei Ausgänge 43 umfasst. Wie aus den später folgenden Ausführungen ersichtlich sein wird, kann das Druckregelventil 30 als ein 3/3-Ventil betrieben werden. Es ist aber auch möglich, das Druckregelventil 30 so auszugestalten, dass es von seiner Funktion her als ein magnetgesteuertes 2/2-Ventil und einen hierzu parallel geschaltetes, druckgesteuertes 2/2-Ventil aufgefasst werden kann. In diesem Fall weist das Druckregelventil 30 einen Eingang 41 und nur einen Ausgang 43 auf. Anstelle der ersten Leitung 32 und der zweiten Leitung 34 ist dann nur eine gemeinsame Leitung vorhanden (nicht dargestellt).
• Das magnetgesteuerte Ventil weist einen Magnet 44 auf, der im dargestellten Beispiel vom Druckfluid, in diesem Fall von der Hydraulikflüssigkeit, durchströmbar ist. Es ist aber genauso gut möglich, den Magnet 44 so auszuführen, dass er nicht durchströmbar ist. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Magnet 44 an einen externen Druckfluid-Kreislauf 46 angeschlossen, welcher eine Förderpumpe 48 zum Fördern des Druckfluids im externen Druckfluid-Kreislauf 46 aufweist. Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, in welcher der Magnet 44 fluidisch mit dem Primärkreislauf 14 und/oder Sekundärkreislauf 20 verbunden ist. Beispielsweise kann der Magnet 44 fluidisch mit dem Pilotdruckraum 12 und der Niederdruckkammer 23 verbunden sein.
• In 2 ist eine erste Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Druckregelventils 30₁ anhand einer Schnittdarstellung gezeigt. Der in 2 gekennzeichnete Ausschnitt X ist in 3A vergrößert dargestellt. Folglich bezieht sich die nachfolgende Beschreibung sowohl auf die 2 als auch auf die 3A. Zum besseren Verständnis sind dort auch der Pilotdruckraum 12 und die Niederdruckkammer 23 dargestellt.
• Das Druckregelventil 30₁ umfasst ein Ventilgehäuse 50, in welchem ein Stößel 52 mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung 49 entlang einer Längsachse L bewegbar gelagert ist. Im Folgenden soll unter Ventilgehäuse 50 sämtliche Bauteile verstanden werden, welche in irgendeiner Weise Wandungen und Hohlräume des Druckregelventils 30₁ bilden. Dabei kann das Ventilgehäuse 50 mehrere derartige Bauteile aufweisen.
• Weiterhin umfasst das Druckregelventil 30₁ ein erstes Dichtelement 54, welches ebenfalls entlang der Längsachse L bewegbar im Ventilgehäuse 50 gelagert ist. Das erste Dichtelement 54 wird mittels einer ersten Feder 56 gegen einen ersten Ventilsitz 58 (siehe 3A) vorgespannt, der von einem fest im Druckregelventil 30₁ angeordneten Wandungsabschnitt 51 gebildet wird, der beispielsweise fest mit dem Ventilgehäuse 50 verbunden ist. Der Wandungsabschnitt 51 weist einen ersten Durchtrittskanal 53 auf, der als ein erster Ringspalt 55 ausgeführt ist und zwischen dem Wandungsabschnitt 51 und dem Stößel 52 angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst der Wandungsabschnitt 51 eine erste Durchgangsbohrung 57, die vom ersten Dichtelement 54 verschließbar ist. Das erste Dichtelement 54 ist in der ersten Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Druckregelventils 30₁ als ein erstes Federblech 65 ausgeführt.
• Das erste Dichtelement 54 bildet ferner einen vom Druckfluid durchströmbaren zweiten Durchtrittskanal 60, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Ringspalt 62 ausgeführt ist, der zwischen dem ersten Dichtelement 54 und dem Stößel 52 angeordnet ist. Der erste Durchtrittskanal 53 und der zweite Durchtrittskanal 60 können je nach Betriebszustand des Druckregelventils 30₁ fluidisch verbunden werden. Dabei ist der zweite Durchtrittskanal 60 stromabwärts vom ersten Durchtrittskanal 53 angeordnet.
• Darüber hinaus umfasst das vorschlagsgemäße Druckregelventil 30₁ ein zweites Dichtelement 64 (siehe 3A), das am Stößel 52 befestigt ist und mit dem Stößel 52 entlang der Längsachse L zwischen einer ersten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement 64 am Wandungsabschnitt 51 anliegt und den ersten Durchtrittskanal 53 verschließt (3A), und einer zweiten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement 64 an einem zweiten Ventilsitz 66 anliegt (nicht dargestellt), verschiebbar ist. Der zweite Ventilsitz 66 wird von einem Rohr 67 gebildet, welches unter Ausbildung eines Reibschlusses mit dem Ventilgehäuse 50 verbunden ist. Folglich kann das Rohr 67 entlang der Längsachse L bewegt werden, wenn eine ausreichend große Kraft auf das Rohr 67 aufgebracht wird. Wird das Rohr 67 verschoben, verändert sich auch die Position des zweiten Ventilsitzes 66, wodurch die Öffnungspunkte des Druckregelventils 30₁ auf einfache Weise verändert werden können.
• Wie aus der 3A zu entnehmen ist, weist das Rohr 67 einen Innendurchmesser D_RI und einen Außendurchmesser D_RA auf. Zudem weist der Stößel 52 am zum Rohr 67 hinzeigenden Ende einen Außendurchmesser D_SA auf. Im ersten Ausführungsbeispiel des Druckregelventils 30₁ ist der Außendurchmesser D_SA des Stößels 52 größer als der Innendurchmesser D_RI, aber kleiner als der Außendurchmesser D_RA des Rohres 67.
• Das Druckregelventil 30₁ umfasst weiterhin eine zweite Feder 68 (siehe 2), welche mit dem Stößel 52 derart zusammenwirkt, dass das zweite Dichtelement 64 in die erste Stellung vorgespannt und folglich gegen den Wandungsabschnitt 51 gedrückt wird. Insofern bildet der Wandungsabschnitt 51 einen dritten Ventilsitz 70 für das zweite Dichtelement 64, der in einer Ausnehmung 77 des Wandungsabschnitts 51 angeordnet ist (siehe 3A).
• Das zweite Dichtelement 64 ist als ein zweites Federblech 72 ausgeführt, welches mittels einer Spielpassung am Stößel 52 befestigt ist. Die Spielpassung ist so ausgeführt, dass das zweite Federblech 72 in minimalem Umfang sowohl entlang der Längsachse L als auch senkrecht hierzu bewegbar ist. Die Befestigung kann durch ein stirnseitiges Verstemmen des Stößels 52 erfolgen. Das zweite Federblech 72 weist eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm auf.
• In 2 und 3A befindet sich das Druckregelventil 30₁ in einem ersten Betriebszustand, während sich das Druckregelventil 30₁ in 3B und 3C, welche den in 2 gekennzeichneten Ausschnitt X analog darstellen, in einem zweiten bzw. dritten Betriebszustand befindet.
• In 3A befindet sich die Vorrichtung 10 im drucklosen Zustand, in welchem das erste Dichtelement 54 mittels der ersten Feder 56 gegen den ersten Ventilsitz 58 und das zweite Dichtelement 64 mittels der zweiten Feder 68 gegen den Wandungsabschnitt 51 und den dritten Ventilsitz 70 gedrückt werden. Das erste Dichtelement 54 verschließt dabei die erste Durchgangsbohrung 57. Das Druckfluid kann folglich das Druckregelventil 30₁ nicht durchströmen, so dass auch der zweite Ventilsitz 66 indirekt verschlossen wird.
• In 3B befindet sich das Druckregelventil 30₁ in einem zweiten Betriebszustand, welcher dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Druckregelventils 30₁ entspricht. Aufgrund einer Bestromung der Betätigungseinrichtung 49 wird der Stößel 52 bezogen auf die 2 bis 3C nach links verschoben, was zur Folge hat, dass sich das zweite Dichtelement 64 vom Wandungsabschnitt 51 und vom dritten Ventilsitz 70 entfernt und folglich den ersten Durchtrittskanal 53 nicht mehr verschließt. Die erste Durchgangsbohrung 57 wird aber weiterhin vom ersten Dichtelement 54 verschlossen. Das Druckfluid, welches von der Arbeitsmaschine 16 durch den Sekundärkreislauf 20 gefördert wird, kann folglich das Druckregelventil 30₁ wie in 3B mit dem Pfeil P2 gekennzeichnet durchströmen und somit zur Niederdruckkammer 23 gelangen. Dabei durchströmt das Druckfluid eine zweite Durchgangsbohrung 73, der im Wandungsabschnitt 51 angeordnet ist.
• Ausgehend von einer parallel zur Längsachse L gerichteten Strömung beim Eintritt in das Druckregelventil 30₁ und bei Durchtritt durch den zweiten Ventilsitz 66 wird das Druckfluid vom zweiten Dichtelement 64 zunächst radial nach außen umgelenkt, wobei es einen ersten Drosselspalt 74₁ durchströmen muss. Anschließend wird das Druckfluid so umgelenkt, dass es im Wesentlichen parallel zur Längsachse L strömt, wobei es einen zweiten Drosselspalt 74₂ durchströmen muss. Danach wird das Druckfluid radial nach innen umgelenkt, so dass es einen dritten Drosselspalt 74₃ durchströmt, bevor es in den ersten Durchtrittskanal 53 und den zweiten Durchtrittskanal 60 mit einer im Wesentlichen parallel zur Längsachse L gerichteten Strömung eintritt. Nachdem das Druckfluid den ersten Durchtrittskanal 53 und den zweiten Durchtrittskanal 60 sowie die zweite Durchgangsbohrung 73 durchströmt hat, gelangt es in die Niederdruckkammer 23.
• Aufgrund der Tatsache, dass im ersten Ausführungsbeispiel des Druckregelventils 30₁ der Außendurchmesser D_SA des Stößels 52 am zum Rohr 67 hinweisenden Ende größer ist als der Innendurchmesser D_RI, aber kleiner als der Außendurchmesser D_RA des Rohres 67 ist, geht der erste Drosselspalt 74₁ vom Stößel 52 aus. Der zweite Drosselspalt 74₂ und der dritte Drosselspalt 74₃ gehen vom zweiten Dichtelement 64 aus. Der erste Drosselspalt 74₁ weist dabei eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse L verlaufende erste Querschnittsfläche A1 auf und bildet sich zwischen dem zweiten Ventilsitz 66 und dem Stößel 52 aus. Da der dritte Ventilsitz 70 in der Ausnehmung 77 des Wandungsabschnitts 51 angeordnet ist, weist der zweite Drosselspalt 74₂ eine im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L verlaufende zweite Querschnittsfläche A2 auf, die sich zwischen dem zweiten Dichtelement 64 und dem Wandungsabschnitt 51 ausbildet. Der dritte Drosselspalt 74₃ weist eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse L verlaufende dritte Querschnittsfläche A3 auf, die sich zwischen dem zweiten Dichtelement 64 und dem Wandungsabschnitt 51 und insbesondere dem dritten Ventilsitz 70 ausbildet.
• Aus einem Vergleich der 3A und 3B geht hervor, dass vor Beginn der Bestromung die dritte Querschnittsfläche A3 gleich null und damit der erste Durchtrittskanal 53 verschlossen ist. Wird nun mit der Bestromung begonnen, bewegen sich der Stößel 52 zusammen mit dem zweiten Dichtelement 64 vom Wandungsabschnitt 51 weg und hin zum zweiten Ventilsitz 66. Dies hat zur Folge, dass sich die dritte Querschnittsfläche A3 vergrößert, während sich die erste Querschnittsfläche A1 verkleinert. Unabhängig davon bleibt die zweite Querschnittsfläche A2 konstant. Unabhängig von der Größe der ersten Querschnittsfläche A1, der zweiten Querschnittsfläche A2 und der dritten Querschnittsfläche A3 ist die Querschnittsfläche A4 des ersten Durchtrittskanals 53 und die Querschnittfläche A5 des zweiten Durchtrittskanals 60 so gewählt, dass sie immer größer ist als zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Querschnittsfläche A1, A2, A3.
• Aus Gründen der Regelbarkeit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Drosselung mit dem ersten Drosselspalt 74₁ durchgeführt wird. Die Bestromung der Betätigungseinrichtung 49 ist daher so vorzunehmen, dass das zweite Dichtelement 64 zusammen mit dem Stößel 52 möglichst schnell bis über die Mitte der Distanz hinaus zwischen dem dritten Ventilsitz 70 und dem zweiten Ventilsitz 66 bewegt wird. Dies lässt sich durch einen initialen Peakstrom realisieren. Sobald sich das zweite Dichtelement 64 bezogen auf die Darstellung in den 2 bis 3B links der Mitte zwischen dem dritten Ventilsitz 70 und dem zweiten Ventilsitz 66 befindet, ist die erste Querschnittsfläche A1 des ersten Drosselspalts 74₁ die kleinste der ersten, zweiten und dritten Querschnittsfläche A1, A2, A3, so dass die Drosselung des Druckfluids vom ersten Drosselspalt 74₁ bestimmt wird.
• Beim Durchströmen wird das Druckfluid gedrosselt, wobei die Drosselung von dem Drosselspalt 74 bestimmt wird, in der die kleinste Querschnittsfläche A aufweist. Je nachdem, wie stark das Druckfluid beim Durchströmen des Druckregelventils 30₁ gedrosselt wird, verändert sich auch der Druck im Pilotdruckraum 12. Je stärker gedrosselt wird, desto stärker steigt der Druck im Pilotdruckraum 12 an. Die Drosselung kann stufenlos erfolgen und hängt von der Stärke der Bestromung der Betätigungseinrichtung 49 ab. Da infolge der Drosselung auch der Volumenstrom durch das Druckregelventil 30₁ beeinflusst wird und sich stufenlos einstellen lässt, ist das Druckregelventil 30₁ als ein Proportionalventil 75 ausgebildet.
• Bezugnehmend auf die 1 wird nun die Wirkung des Drucks im Pilotdruckraum 12 auf den Schieber 24 erläutert. Für den Fall, dass der Druck im Pilotdruckraum 12 größer als der oder gleich dem Druck stromaufwärts des Schieber 24 im Primärkreislauf 14 ist, bleibt der Schieber 24 in der in 1 dargestellten Stellung, so dass der Primärkreislauf 14 zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 gesperrt ist. Eine Fluidverbindung zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 ist nur noch über den Sekundärkreislauf 20 gegeben. Um jedoch die Öffnung des Schiebers 24 zu erleichtern, ist stromabwärts vom Schieber 24 im Sekundärkreislauf 20 die Hauptblende 28 vorgesehen, welche bewirkt, dass der Druck stromabwärts vom Schieber 24 im Sekundärkreislauf 20 zumindest etwas sinkt. Sinkt zudem der Druck im Pilotdruckraum 12 aufgrund der oben beschriebenen Bestromung der Betätigungseinrichtung 49 und der hierdurch hervorgerufenen Drosselung des Druckfluids ab, kann der Schieber 24 öffnen und den Primärkreislauf 14 zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 freigeben. Wie erwähnt ist der Schieber 24 als ein Proportionalschieber 26 ausgebildet, was bedeutet, dass der Schieber 24 den Primärkreislauf 14 zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 in Abhängigkeit des Drucks im Pilotdruckraum 12 mehr oder weniger weit freigibt. Somit lässt sich der Volumenstrom zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 proportional zum Druck im Pilotdruckraum 12 mit der Bestromung der Betätigungseinrichtung 49 einstellen.
• In 3C ist ein dritter Betriebszustand des Druckregelventils 30₁ dargestellt, in welchem keine elektrische Energie zum Bestromen der Betätigungseinrichtung 49 zur Verfügung steht. In diesem Fall stellt die zweite Feder 68 (siehe 2) das zweite Dichtelement 64 wieder zurück in die erste Stellung, in der das zweite Dichtelement 64 am dritten Ventilsitz 70 anliegt und den ersten Durchtrittskanal 53 verschließt. Diese Zwischenstellung gleicht dem in der 3A dargestellten ersten Betriebszustand. Da aber die Arbeitsmaschine 16 im dritten Betriebszustand im Gegensatz zum ersten Betriebszustand aktiv ist, übt das Druckfluid einen Druck auf das zweite Dichtelement 64, auf die Stirnfläche des Stößels 52 sowie über die erste Durchgangsbohrung 57 auf das erste Dichtelement 54 aus. Infolgedessen wird neben dem zweiten Dichtelement 64 und dem Stößel 52 auch das erste Dichtelement bezogen auf die Darstellungen der 2 bis 3C nach rechts bewegt, wodurch die erste Feder 56 komprimiert wird. Das erste Dichtelement 54 wird folglich vom ersten Ventilsitz 58 weg bewegt, so dass die erste Durchgangsbohrung 57 geöffnet wird und sich zwischen dem Wandungsabschnitt 51 und dem ersten Dichtelement 54 ein Spalt 76 auftut, durch welchen das Druckfluid strömen und folglich zur Niederdruckkammer 23 gelangen kann (Pfeil P3). Je nachdem, welche Querschnittsfläche A dieser Spalt 76 aufweist, wird das Druckfluid beim Durchströmen des Druckregelventils 30₁ mehr oder weniger stark gedrosselt. Die Größe der Querschnittsfläche A des Spalts 76 lässt sich mit der Federvorspannung und der Federkonstanten der ersten Feder 56 einstellen. Folglich ist auch beim Ausfall der Betätigungseinrichtung 49 gewährleistet, dass der Schieber 24 öffnet und der Primärkreislauf 14 zwischen der Abzweigung 18 und der Einmündung 22 freigegeben wird. Wie bereits erläutert, hängt das Maß, wie weit sich der Schieber 24 öffnet, von der Stärke der Drosselung ab. Folglich kann im Falle des Ausfalls der Versorgung der Betätigungseinrichtung 49 mit elektrischer Energie das Maß, wann und wie weit der Schieber 24 öffnet, mit der Federvorspannung und der Federkonstanten der ersten Feder 56 gewählt werden („Failsafe“).
• In 4 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckregelventils 30₂ in Anlehnung an die in 3A gewählte Darstellung ebenfalls im drucklosen Zustand gezeigt. Der prinzipielle Aufbau des Druckregelventils 30₂ nach der zweiten Ausführungsform entspricht dabei weitgehend dem Aufbau des Druckregelventils nach der ersten Ausführungsform 30₁ , weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
• Der Außendurchmesser D_SA des Stößels 52 ist kleiner als der Innendurchmesser D_RI des Rohres 67. Hieraus folgt, dass sich im Gegensatz zur ersten Ausführungsform des Druckregelventils 30₁ der erste Drosselspalt 74₁ vom zweiten Dichtelement 64 ausgehend ausbildet, und nicht ausgehend vom zum Rohr 67 hinweisenden Ende des Stößels 52.
• Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, dass das erfindungsgemäße Druckregelventil 30 als ein 3/3-Ventil betrieben wird.
• Wie erwähnt, spaltet sich die zweite Leitung 34 des Sekundärkreislaufs in die erste Unterleitung 36 und die zweite Unterleitung 38 auf (siehe 1). Die dort angeordnete geschaltete Nebenblende 42 und das Rückschlagventil 40 sorgen für eine Dämpfung der gesamten Vorrichtung 10 dadurch, dass sie Druckspitzen abfangen.
• Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass die Arbeitsmaschine 16 als eine Pumpe 78, ein Kompressor 80 oder ein Schwingungsdämpfer 82 eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet werden kann. Insbesondere für den Fall, dass die Arbeitsmaschine 16 als ein Schwingungsdämpfer 82 ausgebildet ist, kann es notwendig sein, einen hydraulischen Gleichlauf vorzusehen, damit unabhängig von der Belastungsrichtung des Schwingungsdämpfers 82 das Fluid immer in der in 1 dargestellten Richtung durch den Primärkreislauf 14 und den Sekundärkreislauf 20 gefördert wird. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 für Zweirohr- oder Dreirohr-Schwingungsdämpfer 82 eingesetzt werden.
• Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung

12

Pilotdruckraum

14

Primärkreislauf

16

Arbeitsmaschine

18

Abzweigung

20

Sekundärkreislauf

22

Einmündung

23

Niederdruckkammer

24

Schieber

25

Feder

26

Proportionalschieber

27

erste Steuerleitung

28

Hauptblende

29

zweite Steuerleitung

30

Druckregelventil

30₁ - 30₂

Druckregelventil

32

erste Leitung

34

zweite Leitung

36

erste Unterleitung

38

zweite Unterleitung

40

Rückschlagventil

41

Eingang

42

Nebenblende

43

Ausgang

44

Magnet

46

externer Druckfluid-Kreislauf

48

Förderpumpe

49

Betätigungseinrichtung

50

Ventilgehäuse

51

Wandungsabschnitt

52

Stößel

53

erster Durchtrittskanal

54

erstes Dichtelement

55

erster Ringspalt

56

erste Feder

57

erste Durchgangsbohrung

58

erster Ventilsitz

60

zweiter Durchtrittskanal

62

zweiter Ringspalt

64

zweites Dichtelement

65

erstes Federblech

66

zweiter Ventilsitz

67

Rohr

68

zweite Feder

70

dritter Ventilsitz

72

zweites Federblech

73

zweite Durchgangsbohrung

74

Drosselspalt

74₁ - 74₃

erster bis dritter Drosselspalt

75

Proportionalventil

76

Spalt

77

Ausnehmung

78

Pumpe

80

Kompressor

82

Schwingungsdämpfer

A

Querschnittsfläche

A1 - A5

erste bis fünfte Querschnittsfläche

D_RA

Außendurchmesser Rohr

D_RI

Innendurchmesser Rohr

D_SA

Innendurchmesser Stößel

L

Längsachse

P1 - P3

Pfeil

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 2016/0091044 A1 [0004]
• WO 2016/066314 A1 [0004]
• US 2016/0369862 A1 [0004]
• JP 2009115319 A [0004]
• US 5147018 A [0004]
• WO 2011/023351 A1 [0004]
• US 2005/0016086 A1 [0004]
• EP 2678581 B1 [0004, 0012, 0013]

Claims (19)

1. Druckregelventil (30) zum Steuern oder Regeln eines Drucks eines Druckfluids in einem Pilotdruckraum (12), umfassend - ein Ventilgehäuse (50) mit mindestens einem Eingang (41), der mit dem Pilotdruckraum (12) fluidisch verbindbar ist, und mindestens einem Ausgang (43), - einen fest im Druckregelventil (30) angeordneten Wandungsabschnitt (51), der o einen ersten Durchtrittskanal (53) und eine erste Durchgangsbohrung (57) aufweist, die vom Druckfluid durchströmbar sind, und o einen ersten Ventilsitz (58) bildet, - einen Stößel (52), der mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung (49) entlang einer Längsachse (L) bewegbar im Ventilgehäuse (50) gelagert ist, - ein erstes Dichtelement (54), welches entlang der Längsachse (L) bewegbar im Ventilgehäuse (50) gelagert ist und mittels einer ersten Feder (56) in eine Verschlussstellung vorgespannt wird, in welcher das erste Dichtelement (54) am ersten Ventilsitz (58) anliegt und die erste Durchgangsbohrung (57) verschließt, - das erste Dichtelement (54) einen vom Druckfluid durchströmbaren zweiten Durchtrittskanal (60) aufweist, der mit dem ersten Durchtrittskanal (53) fluidisch verbindbar ist, - ein zweites Dichtelement (64), welches am Stößel (52) befestigt ist und durch Bestromen der Betätigungseinrichtung (49) mittels des Stößels (52) entlang der Längsachse (L) zwischen einer ersten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement (64) an einem vom Wandungsabschnitt (51) gebildeten dritten Ventilsitz (70) anliegt und den ersten Durchtrittskanal (53) verschließt, und einer zweiten Stellung, in welcher das zweite Dichtelement (64) an einem zweiten Ventilsitz (66) anliegt, bewegbar ist, wobei der zweite Ventilsitz (66) bezogen auf die Längsachse (L) axial versetzt zum ersten Ventilsitz (58) angeordnet ist, und - eine zweite Feder (68), welche das zweite Dichtelement (64) in die erste Stellung vorspannt.
2. Druckregelventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Durchtrittskanal (53) von einem ersten Ringspalt (55) zwischen dem Wandungsabschnitt(51) und dem Stößel (52) und - der zweite Durchtrittskanal (60) von einem zweiten Ringspalt (62) zwischen dem ersten Dichtelement (54) und dem Stößel (52) gebildet werden.
3. Druckregelventil (30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (51) eine zweite Durchgangsbohrung (73) aufweist, die vom Druckfluid durchströmbar ist und die vom ersten Dichtelement (54) nicht verschließbar ist.
4. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz (66) von einem mit dem Ventilgehäuse (50) verbundenen Rohr (67) gebildet wird.
5. Druckregelventil (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (67) entlang der Längsachse (L) bewegbar mit dem Ventilgehäuse (50) verbunden ist.
6. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Querschnittsfläche (A4) des ersten Durchtrittskanals (53) oder des ersten Ringspalts (55) und - die Querschnittsfläche (A5) des zweiten Durchtrittskanals (60) oder des zweiten Ringspalts (62) größer sind als die Querschnittsfläche eines vom zweiten Dichtelement (64) ausgehenden Drosselspalts (74).
7. Druckregelventil (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A4) des ersten Ringspalts (55) und die Querschnittsfläche (A5) des zweiten Ringspalts (62) größer sind als die Querschnittsfläche (A1, A2, A3) - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement (64) und dem zweiten Ventilsitz (66) ausbildenden ersten Drosselspalts (74₁), oder - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement (64) und dem Wandungsabschnitt (51) ausbildenden zweiten Drosselspalts (74₂), oder - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement (64) und dem dritten Ventilsitz (70) ausbildenden dritten Drosselspalts (74₃).
8. Druckregelventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Querschnittsfläche (A4) des ersten Durchtrittskanals (53) oder des ersten Ringspalts (55) und - die Querschnittsfläche (A5) des zweiten Durchtrittskanals (60) oder des zweiten Ringspalts (62) größer ist als die Querschnittsfläche eines vom zweiten Dichtelement (64) oder vom Stößel (52) ausgehenden Drosselspalts (74) .
9. Druckregelventil (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A4) des ersten Ringspalts (55) und die Querschnittsfläche (A5) des zweiten Ringspalts (62) größer ist als die Querschnittsfläche (A1, A2, A3) - des sich zwischen dem Stößel (52) und dem zweiten Ventilsitz (66) ausbildenden ersten Drosselspalts (74₁), oder - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement (64) und dem Wandungsabschnitt (51) ausbildenden zweiten Drosselspalts (74₂), oder - des sich zwischen dem zweiten Dichtelement (64) und dem dritten Ventilsitz (70) ausbildenden dritten Drosselspalts (74₃).
10. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz (66) vom ersten Ventilsitz (58) umschlossen ist.
11. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (30) als ein Proportionalventil (75) ausgebildet ist.
12. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtelement (54) als ein erstes Federelement (65) und/oder das zweite Dichtelement (64) als ein zweites Federblech (72) ausgeführt ist.
13. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (64) mittels einer Spielpassung mit dem Stößel (52) verbunden ist.
14. Druckregelventil (30) nach Anspruch 12 oder nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federblech (72) auf dem Stößel (52) verstemmt ist.
15. Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (49) einen vom Druckfluid durchströmbaren Magnet (44) umfasst.
16. Vorrichtung zum Steuern und Regeln eines Drucks in einem Pilotdruckraum (12), umfassend - einen Primärkreislauf (14) für ein Druckfluid, - eine im Primärkreislauf (14) angeordnete Arbeitsmaschine (16) zum Fördern des Druckfluids im Primärkreislauf (14) entlang einer Förderrichtung, - einen hydraulischen oder pneumatischen Schieber (24), - einen Sekundärkreislauf (20) für das Druckfluid, o welcher von einer Abzweigung (18) des Primärkreislaufs (14) ausgeht, die bezogen auf die Förderrichtung stromabwärts der Arbeitsmaschine (16) angeordnet ist, und o welcher in einer Einmündung (22) wieder in den Primärkreislauf (14) einmündet, - einen im Sekundärkreislauf (20) angeordneten Pilotdruckraum (12), und - ein zwischen dem Pilotdruckraum (12) und der Einmündung (22) im Sekundärkreislauf (20) angeordnetes Druckregelventil (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - der Schieber (24) so angeordnet und ausgestaltet ist, dass der Schieber (24) den Strom des Druckfluids im Primärkreislauf (14) zwischen der Abzweigung (18) und der Einmündung (22) in Abhängigkeit vom Druck im Pilotdruckraum (12) sperren oder freigeben kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (24) als ein Proportionalschieber (26) ausgestaltet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (49) des Druckregelventils (30) einen vom Druckfluid durchströmbaren Magnet (44) umfasst und der Magnet (44) fluidisch mit dem Pilotdruckraum (12) oder mit einem externen Druckfluid-Kreislauf (46) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (16) als eine Pumpe (78), ein Verdichter (80) oder ein Schwingungsdämpfer (82) ist.

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