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Die Erfindung betrifft ein direktgesteuertes und
proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Derartige Druckbegrenzungsventile
werden beispielsweise als proportional verstellbare Druckbegrenzungsventile
eingesetzt. In der WO 00/50794 A1 ist ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil
offenbart, bei dem ein Anker eines Proportionalmagneten über einen
Stößel auf
einen Ventilkegel wirkt. Der Ventilkegel ist mit einer Gleitführung im
Ventilgehäuse
geführt
und der am Ventilkegel anliegende Stößel ist im Anker abgestützt und
durchsetzt eine Führungsscheibe
des Ventilgehäuses.
Problematisch bei dieser Lösung
ist, dass es im Fall des Achsversatzes zwischen dem Ventilsitz und
dem Ventilkegel möglich ist,
dass das Druckbegrenzungsventil nicht mehr zuverlässig schließt.
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In der
DE 196 25 349 wird eine diesbezüglich verbesserte
Lösung
vorgeschlagen, bei der der Ventilkegel direkt im Anker abgestützt ist.
Hierzu ist der Anker mit einer Durchgangsbohrung versehen, die rückseitig
durch eine Scheibe verschlossen ist, an der der Ventilkegel über eine
Kugel abgestützt
ist. Der Ventilkegel ist mit einem gewissen Radialspiel im Anker
geführt,
so dass ein Achsversatz zwischen dem Anker und dem Ventilkegel durch
leichte Schrägstellung
des Ventilkegels ausgleichbar ist.
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Es zeigte sich jedoch, dass auch
diese Varianten mit einem mit Spiel im Anker gelagerten Ventilkörper mit
hoher Präzision
gefertigt und zusammengefügt
werden müssen,
um ein zuverlässiges
Schließen
zu gewährleisten
und eine Schädigung
des Ventilsitzes zu verhindern.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein direktgesteuertes prop. Druckbegrenzungsventil
zu schaffen, bei dem mit geringem fertigungstechnischen und vorrichtungstechnischen Aufwand
eine zuverlässige
Funktion gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein direktgesteuertes
prop. Druckbegrenzungsventil mit dem Merkmal des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist der Ventilkegel des Druckbegrenzungsventil
axial zentriert kardanisch am Anker abgestützt, wobei das Radialspiel
zwischen dem Ventilkegel und dem Anker so groß ist, dass der Ventilkegel
bei einer Bewegung relativ zum Anker nicht an diesem reibt und Druckmittel
weitgehend frei zwischen Anker und Ventilkegel fliessen kann. Es
ist zwischen dem Anker und dem Ventilsitz eine gehäusefeste
Führung
für den
Ventilkegel vorhanden, die mit geringerem Radialspiel als das ankerseitige
Radialspiel ausgebildet ist.
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Unter dem Begriff "kardanisch" soll eine Abstützung des
Ventilkegels verstanden werden, die dessen Schrägstellung mit Bezug zur Ankerachse
ermöglicht.
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Ein derartiges erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil
weist zum einen die Vorteile des eingangs beschriebenen Standes
der Technik auf und ein Achsversatz zwischen Anker und Ventilsitz
auf einfache Weise ausgeglichen ist. Andererseits wird durch die
gehäusefeste
Führung
sichergestellt, dass der Ventilkegel mit Bezug zum Ventilsitz exakt
genug geführt
ist, um den Ventilsitz ohne Anstossen an den Ventilkegel und damit
ohne Beschädigung
montieren zu können.
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung
besteht darin, dass durch die gehäusefeste Führung ein Drosselspalt für in den
Ankerraum und aus dem Ankerraum fliessendes Druckmittel gebildet
wird und dadurch die Bewegungen des Ventilkegels gedämpft werden.
Durch die zentrierte kardanische Abstützung des Ventilkegels am Anker
ist die radiale Lage des einen Endes des Ventilkegels festgelegt.
Das andere Ende wird bei geschlossenem Ventil durch den Ventilsitz
und bei offenem Ventil durch die Druckmittelströmung zentriert, so dass sichergestellt
ist, dass der Ventilkegel nicht an der gehäusefesten Führung reibt.
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Bei einer bevorzugten Variante der
Erfindung erfolgt die Axialabstützung
des Ventilkegels im Anker über
eine Kugel, die somit eine Art allseitige gelenkige Abstützung ausbildet
und somit ein Schrägstellen des
Ventilkegels in gewissem Maße
erlaubt.
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Besonders bevorzugt wird es, wenn
die Abstützung
des Ventilkegels in Axialrichtung gesehen im Mittelbereich des Ankers
erfolgt. Durch diese Maßnahme
wird der Achsversatz des im Anker mit Bezug zum Ventilkegel bei
einem Kippen des Ankers aufgrund seines Spiels im Polrohr minimiert.
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Die Abstützung des Ventilkegels ist
besonders einfach, wenn im Anker eine axial verlaufende Sacklochbohrung
ausgeführt
ist, die den Ventilkegel abschnittsweise aufnimmt. Dessen Rückseite
ist dann am Boden der Sachlochbohrung mittelbar oder unmittelbar
abgestützt.
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Zur Verbesserung der Abstützung über eine Kugel
kann der Boden der Sacklochbohrung und/oder die benachbarte Stirnfläche des
Ventilkegels mit – vorzugsweise
V-förmigen – Schrägflächen versehen
sein, die an dem Außenumfang
der Kugel tangential anliegen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung besitzt der Ventilkegel einen zylindrischen Abschnitt,
der sich an das kegelförmige
Ende anschließt,
mit dem der Ventilkegel auf dem Ventilsitz aufsitzen kann. Der Durchmesser
des zylindrischen Abschnitts ist durch den gewünschten maximalen Durchmesser
des kegelförmigen
Endes bestimmt und erstreckt sich durch die gehäusefeste Führung hindurch bis in den Anker
hinein, so dass der zylindrische Abschnitt für eine schleifende Bearbeitung günstige Länge hat.
Die Sacklochbohrung im Anker ist gestuft, um im weiteren Bereich
den besagten Abschnitt des Ventilkegels ohne weiteres mit Radialspiel
und um im engeren Bereich eine handelsübliche Kugel, beispielsweise
eine Kugellagerkugel, mit Presssitz aufnehmen zu können. Vorteilhafterweise taucht
der Ventilkegel mit einem Abschnitt geringeren Durchmessers in den
engeren Bereich der Sacklochbohrung ein.
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Der Anker weist vorzugsweise eine
oder mehrere Drosselbohrungen auf, über die Druckmittel bei der
Axialverschiebung des Ankers zwischen einem ventilkegelseitigen
Ankerraum und einem rückwärtigen Ankerraum
strömen
kann.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
der Anker über
eine Folie gelagert.
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Der Aufbau des Sitzventils ist besonders
einfach, wenn der Ventilkegel fliegend, das heißt frei verschiebbar im Anker
geführt
ist. Bei den eingangs genannten Lösungen war der Ventilkegel
stets über eine
Feder im Anker in Öffnungs-
oder Schließrichtung
vorgespannt.
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Der vorrichtungstechnische Aufwand
lässt sich
weiter verringern, wenn am Anker rückseitig ein Zentriervorsprung
zur Zentrierung einer Regelfeder vorgesehen ist.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes direktgesteuertes
Druckbegrenzungsventil und
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2 eine
Detaildarstellung des Druckbegrenzungsventils aus 1.
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Gemäß dem in 1 dargestellten Längsschnitt hat das Druckbegrenzungsventil 1 ein
Ventilgehäuse 2,
in dem ein Ventilkegel 4 axial verschiebbar geführt ist.
In das Ventilgehäuse 2 ist
ein Sitzkörper 6 eingesetzt,
durch den ein axialer Anschluss A und ein Ventilsitz 8 ausgebildet
sind. Dieser Sitzkörper 6 kann
beispielsweise durch Presspassung in das Gehäuse eingesetzt werden. Im Ventilgehäuse 2 ist
ein radialer Ablauf – oder
Tankanschluss T durch einen Schrägbohrungsstern 9 ausgebildet.
Die Betätigung
des Ventilkegels 4 erfolgt mittels eines Proportionalmagneten 10,
der axial an das Ventilgehäuse 2 angesetzt
ist. Der Proportionalmagnet 10 hat ein einstöckig mit
dem Ventilgehäuse 2 ausgeführtes Polrohr 12,
in dem ein Anker 14 gelagert ist. An diesem ist der Ventilkegel 8 abgestützt. Der
Anker 14 ist mittels einer Regelfeder 16 in Schließrichtung
des Ventilkegels 8 vorgespannt. Die Vorspannung der Regelfeder 16 lässt sich
mittels einer Stelleinrichtung 18 verändern. Der Proportionalmagnet 10 hat
des Weiteren ein das Polrohr 12 umgreifendes Spulengehäuse 20,
in dem eine Magnetspule 22 aufgenommen ist. Die Stromversorgung
des Proportionalmagneten 10 erfolgt über in 1 oben liegende Anschlüsse 24, die
in einem Anschlusskörper
zusammengefasst und auf das Spulengehäuse 20 aufgesetzt
sind.
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Im ausgelieferten Zustand ist das
als Einschraubventil ausgeführte
Druckbegrenzungsventil 1 mit einer auf das Ventilgehäuse 2 aufgesetzten
Anschlussschutzkappe 26 und einer auf eine Kontermutter 76 der
Stelleinrichtung aufgesetzten Schutzkappe 28 versehen.
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Einzelheiten des Ventilgehäuses werden
im Folgenden anhand der vergrößerten Darstellung
gemäß 2 erläutert.
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Demgemäß hat der Sitzkörper 6 einen
etwa tassenförmigen
Aufbau, wobei in einem Boden 30 der Ventilsitz 8 ausgebildet
ist. Der Anschluss A wird durch eine Axialbohrung 32 des
Sitzkörpers 6 ausgebildet,
die im Ventilsitz 8 mündet.
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Die außenliegende Stirnfläche des
Bodens 30 begrenzt mit einer Aufnahmebohrung 34 des
Ventilgehäuses 2 einen
Tankraum 36, in dem der sich zur Außenumfangsfläche des Ventilkörpers 2 erstreckende
Schrägbohrungsstern 9 (Anschluss
T) mündet.
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Die vom Sitzkörper 6 entfernte Stirnfläche der
Aufnahmebohrung 34 wird von einem Gehäusesteg 38 gebildet,
der von einer sich koaxial zur Aufnahmebohrung 34 erstreckenden
Führungsbohrung 40 durchsetzt
ist.
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Im Bereich des Gehäusestegs 38 ist
an das Ventilgehäuse 2 das
Polrohr 12 angesetzt. Dieses kann – wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel – einstückig mit
dem Ventilgehäuse 2 oder
als eigenes angesetztes Bauteil ausgeführt sein.
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Der Anker 14 ist mit seinem
Außenumfang
in einer Ankerbohrung 42 des Polrohrs 12 geführt. Zur Verminderung
der Reibung zwischen Anker 14 und Polrohr 12 ist
die Innenumfangswandung der Ankerbohrung 42 mit einer Folie 44,
beispielsweise aus Teflonmaterial ausgekleidet. Diese Folie 44 bildet
ein Gleitlager für
den Anker 14, so dass dieser innerhalb des Polrohrs 12 leicht
verschiebbar ist. Um ein Klemmen des Ankers 14 zu verhindern,
ist dieser mit einem gewissen Spiel geführt, das beispielsweise 1/10 mm
betragen kann.
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Der Anker 14 teilt den Aufnahmeraum
des Polrohrs 12 (siehe auch 1)
in einen ventilkegelseitigen Ankerraum 46 und einen rückseitigen
Ankerraum 48. Diese beiden Ankerräume 46, 48 sind
mittels Drosselbohrungen 50 verbunden, die sich beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
achsparallel zur Ventilachse durch den Anker 14 hindurch
erstrecken.
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Der Anker hat ventilsitzseitig eine
Sacklochbohrung 52, die sich von der in 2 linken Stirnfläche des Ankers 14 bis
etwa in den axial mittleren Bereich hinein erstreckt. Der Boden
der Sacklochbohrung 52 ist mit v-förmig
zueinander angeordneten Schrägflächen 54 versehen,
an denen eine Kugel 56 abgestützt ist. An dieser Kugel 56 ist
ihrerseits der Ventilkegel 4 abgestützt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
hat der Ventilkegel 4 einen in der dargestellen Schließstellung
abschnittsweise in den Sitzkörper 6 eintauchenden
Kegel 58, der mit einem Außenumfangsabschnitt auf dem
Ventilsitz 8 aufsitzt. An den Kegel 58 schließt sich
ein zylinderförmiger
Führungsabschnitt 60 an,
der die Führungsbohrung 40 durchsetzt.
Ein in den Anker 14 eingetauchter Endabschnitt 62 ist
radial zurückgestuft,
wobei der Außendurchmesser
dieses Endabschnitts 62 etwa dem Durchmesser der Kugel 56 entspricht.
Zur Verminderung der Produktionskosten werden als Kugel 56 Kugeln
eines herkömmlichen
Kugellagers verwendet. Diese zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit
und gute Verschleißwiderstandsfähigkeit
aus.
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Die Anlagefläche des Endabschnitts 62 an die
Kugel 56 ist ebenfalls mit schrägen Anlageflächen 64 versehen.
Durch die Schrägflächen 54 und
die schrägen
Anlageflächen 64 erfolgt
eine Zentrierung der Kugel 56 mit Bezug zur Sacklochbohrung 52 und entsprechend
eine Zentrierung des Endabschnittes 62 des Ventilkegels 4 mit
Bezug zur Kugel 56.
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Zwischen dem Endabschnitt 62 und
der Innenumfangsbohrung der Sacklochbohrung 52 ist ein gewisses
Spiel vorgesehen, das eine leichte Schrägstellung des Endabschnitts 62 und
damit des Ventilkegels 4 oder des Ankers 14 ermöglicht.
Durch dieses Kippen des Ventilkegels 4 oder des Ankers 14 kann
ein Achsversatz zwischen dem Anker 14 und dem Ventilsitz 8 ausgeglichen
werden, dabei wirkt die Kugel 56 praktisch als Gelenklager,
um das herum der Ventilkegel 4 relativ zum Anker kippt.
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Auch zwischen dem Führungsabschnitt 60 und
der Innenumfangswandung der Führungsbohrung 40 ist
ein Spiel vorgesehen, dieses Spiel ist jedoch geringer als das vorgeschriebene
Spiel zwischen dem Endabschnitt 62 und dem Anker 14.
Das Spiel im Bereich des Führungsabschnittes 60 ist
so gewählt,
dass im Polrohr 12 befindliches Druckmittel im Ruhezustand
nicht durch den Ringspalt zwischen dem Führungsabschnitt 60 und
der Führungsbohrung 40 hindurch
austritt und das Polrohr sozusagen leerläuft.
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Gemäss 1 ist an der Rückseite des Ankers 14 ein
Zentriervorsprung 66 ausgebildet, auf den eine Anlagescheibe
aufgesetzt ist und der zur Zentrierung der an der Anlagescheibe
anliegenden Regelfeder 16 dient. Diese taucht in die Innenbohrung 68 eines
in das Polrohr 12 eingesetzten Verschlussstückes 70 ein.
Dieses ist formschlüssig
mit dem Polrohr 12 verbunden, wobei beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
die Verbindung durch Bördeln
hergestellt ist.
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Auf den Aussenumfang des Verschlussstücks 70 ist
eine Sicherungsschraube 72 aufgeschraubt über die
das Spulengehäuse 20 gegen
eine Schulter des Ventilgehäuses 2 axial
gedrückt
wird.
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In die mit einem Gewinde versehene
Innenbohrung 68 ist ein Spannbolzen 74 eingeschraubt, über den
die Vorspannung der Regelfeder 16 einstellbar ist. Der
federseitige Endabschnitt des Spannbolzens 74 ist ebenfalls
mit einem Zentrierzapfen 66 für die Regelfeder versehen.
Auf einen aus dem Verschlussstück 70 hervorstehenden
Endabschnitt des Spannbolzens 74 ist eine Kontermutter 76 aufgeschraubt,
die zur Lagefixierung des Spannbolzens 74 in Anlage an
die benachbarte Stirnfläche
des Verschlussstücks 70 gebracht
wird. Die Schutzkappe 28 ist auf die Kontermutter 76 aufgesetzt.
Zur Abdichtung des Polrohrs sind am Aussenumfang des Verschlussstückes 70 sowie
am Aussenumfang des Spannbolzen 74 Dichtungselemente vorgesehen. Das
Polrohr 12 wird des Weiteren durch einen Ring 78 aus
nicht magnetischem Material unterteilt.
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Die vorbeschriebene Konstruktion
zeichnet sich durch einen sehr einfachen konstruktiven Aufbau mit
geringen Toträumen
auf, so dass beim Befüllen
des Polrohrs 12 die Entstehung von Lufteinschlüssen (Luftpolstern)
vermieden wird.
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Bei der Montage des Druckbegrenzungsventils 1 wird
der Sitzkörper 6 in
das Ventilgehäuse 2 eingepreßt. Vor
diesem Einspressvorgang befindet sich der Ventilkegel 4 bereits
in seiner dargestellten Position. Aufgrund des vergleichsweise geringen
Radialspiels zwischen dem Führungsabschnitt 60 des
Ventilkegels 4 und der Bohrung 40 fädelt die
Kegelspitze sicher in den Sitzkörper 6 ein.
Der Ausgleich von Toleranzen zwischen der Lage des Ankers und der Lage
des Sitzkörpers
erfolgt aufgrund des Radialspiels zwischen dem Ventilkegel 4 und
dem Anker 14 durch ein leichtes Verkippen des Ventilkegels.
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In seiner Grundposition ist das Polrohr 12 vollständig mit
Druckmittel gefüllt.
Wird nun der Proportionalmagnet 10 bestromt, so wird der
Anker durch die entstehenden Magnetkräfte gegen die Kraft der Regelfeder 16 nach
rechts verschoben und der Ventilkegel 4 durch den am Anschluss
A wirkenden Druck vom Ventilsitz 8 abgehoben. Der Anker 14 und der
Ventilkegel 4 stellen sich in Abhängigkeit von der Kraft der
Regelfeder 16, der vom Proportionalmagneten 10 aufgebrachten
Magnetkraft und von den wirkenden Druckkräften in eine Regelposition
ein, wobei Druckmittel vom Anschluss A über den in Abhängigkeit
vom Ankerweg 14 aufgesteuerten Drosselspalt in den Druckraum
36 und
von dort über
den Schrägbohrungsstern 9 zum
Tankanschluss T hin abströmen kann.
Bei der Axialverschiebung des Ankers 14 nach rechts (gegen
die Kraft der Regelfeder 16) wird das sich im rückwärtigen Ankerraum 48 befindliche Druckmittel über die
Drosselbohrungen 50 in den Ankerraum 46 verdrängt. Da
das Leervolumen dieses Ankerraums 46 geringer als dasjenige
des rückwärtigen Ankerraums 48 ist,
muss Druckmittel durch den Ringspalt zwischen dem Führungsabschnitt 60 und der
Führungsbohrung 40 vom
Ankerraum 46 in den Druckraum 36 verdrängt werden.
Diese Drosselung in dem Ringspalt bewirkt bei Druckänderungen
in den Ankerräumen 46, 48 eine
Dämpfung
der entsprechenden Ventilkegelbewegung.
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Beim Stromlosschalten des Magnetventils wird
der Anker 14 durch die Kraft der Regelfeder 16 wieder
nach links verschoben, wobei Druckmittel aus dem Ankerraum 46 über die
Drosselbohrungen 50 in den rückwärtigen Ankerraum 48 verdrängt wird – der Ventilkegel
wird dann entsprechend wieder nach links verschoben, bis er auf
dem Ventilsitz 8 aufsitzt, wobei Druckmittel durch den
vorbeschriebenen Ringspalt nachgesaugt wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
das Druckbegrenzungsventil 1 "stromlos geschlossen" ausgeführt. Selbstverständlich könnte das
Druckbegrenzungsventil auch "stromlos
geöffnet" ausgeführt sein,
d. h., der Ventilkegel 4 wäre in der Grundposition in Öffnungsrichtung
vorgespannt.
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Offenbart ist ein proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil
bei dem ein Ventilkegel mittels eines Ankers eines Proportionalmagneten
betätigbar
ist. Der Ventilkegel ist kardanisch im Anker abgestützt. Eine
zusätzliche
Führung
des Ventilkegels erfolgt über
eine gehäuseseitige
Führung,
wobei das Spiel zwischen Ventilkegel und gehäuseseitiger Führung geringer
als das Spiel zwischen Ventilkegel und Anker ausgeführt ist.
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- 1
- Druckbegenzungsventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Ventilkegel
- 6
- Sitzkörper
- 8
- Ventilsitz
- 9
- Schrägbohrungsstern
- 10
- Proportionalmagnet
- 12
- Polrohr
- 14
- Anker
- 16
- Regelfeder
- 18
- Stelleinrichtung
- 20
- Spulengehäuse
- 22
- Magnetspule
- 24
- Anschlüsse
- 26
- Anschlussschutzkappe
- 28
- Schutzkappe
- 30
- Boden
- 32
- Axialbohrung
- 34
- Aufnahmebohrung
- 36
- Tankraum
- 38
- Gehäusesteg
- 40
- Führungsbohrung
- 42
- Ankerbohrung
- 44
- Folie
- 46
- Ankerraum
- 48
- rückseitiger
Ankerraum
- 50
- Drosselbohrung
- 52
- Sacklochbohrung
- 54
- Schrägflächen
- 56
- Kugel
- 58
- Kegel
- 60
- Führungsabschnitt
- 62
- Endabschnitt
- 64
- Anlagefläche
- 66
- Zentrierzapfen
- 68
- Innenbohrung
- 70
- Verschlusstück
- 72
- Sicherungsschraube
- 74
- Spannbolzen
- 76
- Kontermutter