DE10322585A1

DE10322585A1 - Ventilbaukastensystem

Info

Publication number: DE10322585A1
Application number: DE2003122585
Authority: DE
Inventors: Thorsten Hillesheim; Peter Bruck
Original assignee: Hydac Fluidtechnik GmbH
Current assignee: Hydac Fluidtechnik GmbH
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: EP1625318A1; DE10322585B4; US7841358B2; US20070145314A1; JP2006529018A; WO2004104460A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilbaukastensystem mit mindestens einem Ventilgehäuse (40), das an seinen gegenüberliegenden Enden (38, 42) sowohl innen- als auch außenumfangsseitig sowie im Gehäuseinnern (52) standardisierte Nenngrößen aufweist zum Anbringen weiterer Ventilbaukomponenten, wie einem Ventilkolben (46), mindestens einem Energiespeicher (26), einem Vorsteuerteil und mindestens einem Fluidanschluß bzw. zum Festlegen des in der Art einer Einschraubpatrone ausgebildeten Ventils an weiteren Baukomponenten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilbaukastensystem, insbesondere mit dem sich solche Ventile aufbauen lassen, wie sie unter den Fachbegriffen „vorgesteuerte Druckbegrenzungs- und Druckregelventile" bekannt sind.
Druckbegrenzungsventile sind regelmäßig solche Ventile, durch die der Eingangsdruck begrenzt wird, indem das in Ruhe geschlossene Funktionselement beim Erreichen des eingestellten Druckes den Ausgang zum Behälter freigibt. Das geschieht durch Öffnen gegen eine Schließkraft eines Schließelementes. Bei den vorgesteuerten Druckbegrenzungsventilen wird das Schließelement durch den Mediumsdruck beaufschlagt, der von einem Vorsteuerventil angesteuert wird. Dadurch wird die Druckdifferenz zwischen Öffnungsbeginn und -ende sehr klein. Dahingehende, vorgesteuerte Druckbegrenzungsventile sind die gebräuchlichste Ventilabsicherung von gesamt hydraulischen Anlagen.
Die Druckregelventile, die man auch als Druckminderventil bezeichnet, sind solche, die bei veränderlichem Eingangsdruck (Primärdruck) den niedrigeren Ausgangsdruck (Sekundärdruck) konstant halten. Auch dahingehende Druckregelventile können vorgesteuert sein und diese verwendet man dann häufig zur Druckreduzierung bei größeren Fluidströmen.
Für die angesprochene Vorsteuerung kommen von Hand betätigbare Vorsteuerventile, aber auch elektrisch betätigbare zum Einsatz, wobei letztere über einen Magneten, regelmäßig in Form eines proportionalen Magnetsystems, angesteuert werden. Die dahingehenden Magnete können mit einer Notdruckbetätigung versehen sein und erlauben dergestalt noch bei ihrem Ausfall eine Einstellung des Ventils von Hand. Ferner sind sog. Schaltmagnete, insbesondere Proportional-Magnetsysteme, mit invertierten Kennlinien bekannt, d.h. es wird eine umgekehrte Wirkung erreicht, wie mit einem bekannten Proportional-Magnetsystem, also beispielsweise im nicht bestromten Zustand des Proportionalmagneten das Ventil in seiner geschlossenen Stellung gehalten (sog. Fail-Safe-Applikationen).
Bei den bekannten Lösungen an Druckbegrenzungs- und Druckregelventilen werden diese immer noch für jeden Anwendungsfall einzeln konzipiert und an die jeweils zu beherrschenden Fluidströme angepaßt. Dies führt zu einer Vielzahl von Ventilen mit einer Vielzahl an verschiedenen Ventilbaukomponenten und Vorsteuerteilen, was zu entsprechend hohen Herstellkosten führt. Auch ist im Schadensfall eines Ventils dieses häufig gegen ein komplettes neues Ventil zu tauschen, da im Hinblick auf die Vielzahl an eingesetzten Baukomponenten die Lagerhaltung für einzelne Ventilkomponenten zu aufwendig wäre.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Ventilkonzept zu schaffen, mit dem es möglich ist, die beschriebenen Nachteile vermeiden zu helfen, insbesondere die Kosten bei der Herstellung und der Wartung von Ventilen zu reduzieren. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Ventilbaukastensystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Das erfindungsgemäße Ventilbaukastensystem ist mit mindestens einem Ventilgehäuse versehen, das an seinen gegenüberliegenden Enden sowohl innen- als auch außenumfangsseitig sowie im Gehäuseinneren standardisierte Nenngrößen aufweist zum Anbringen weiterer Ventilbaukomponenten, wie einem Ventilkolben, mindestens einem Energiespeicher, einem Vorsteuerteil (Vorsteuerventil) und mindestens einem Fluidanschluß bzw. zum Festlegen des in der Art einer Einschraubpatrone ausgebildeten Ventils an weiteren Baukomponenten (Ventilblock).

Ausgehend von einem standardisierten Ventilgehäuse, das von seinen Nenngrößen her an die zu beherrschenden Fluidströme und Fluidmengen angepaßt ist, wird das jeweilige Gesamtventil aufgebaut, wobei sich insbesondere in Abhängigkeit des Einsatzfalles das Vorsteuerteil (Vorsteuerventil) ändern läßt, so dass für eine Art an Hauptventilbaugruppen sich eine handbetätigte Vorsteuerung vorsehen läßt, aber auch eine solche mit Proportionalmagneten mit und ohne Notdruckbetätigung sowie mit und ohne invertierter Kennlinie und Schaltverhalten. Die sonstigen Ventilkomponenten, wie der Ventilkolben und der auf den Ventilkolben einwirkende Energiespeicher (Druckfeder), sind gleichfalls in ihrer Größe normierbar und an das vorgegebene Ventilgehäuse angepaßt. Mit nur einer geringen Anzahl an Baukomponenten, die in der Größe je nach den zu beherrschenden Fluidströmen variieren, läßt sich dergestalt eine Vielzahl an Anwendungsfällen in der Fluidtechnik beherrschen, insbesondere die dergestalt häufig benötigten Druckbegrenzungs- und Druckregelventile baukastenartig aufbauen und dergestalt erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventilbaukastensystems sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Ventilbaukastensystem anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen aus einer Vielzahl an Möglichkeiten die
1 vier verschiedene Aufbauten eines vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils mit einer vorgebbaren Nenngröße;
2 vier verschiedene Aufbauten eines vorgesteuerten Druckregelventils mit einer vorgebbaren Nenngröße.
Die 1 und 2 sind dergestalt aufgebaut, dass unter der Ziff. I die jeweilige Vorsteuerstufe wiedergegeben ist in Form eines Vorsteuerventils und in Ziff. II die sog. Hauptsteuerstufe in Form des eigentlichen Hauptventils. Unter Ziff. III ist dann das komplettierte Gesamtventil, bestehend aus den Stufen I und II, wiedergegeben zusammen mit dem in der Nomenklatur üblichen Ventilschaltsymbol. Alle in der 1 gezeigten Komponenten betreffen ein Druckbegrenzungsventil und alle in der 2 gezeigten Komponenten ein Druckregel- oder Druckminderventil.
Die unter I wiedergegebenen Vorsteuerventile entsprechen einander sowohl bei der Ausführungsform nach der 1 als auch nach der 2. In Blickrichtung auf die Figuren sind von links nach rechts dabei dargestellt ein manuell betätigbares Vorsteuerventil 10, ein elektrisch betätigbares Vorsteuerventil in Form eines Proportionalmagneten 12, ein dahingehender Proportionalmagnet 14 mit Notdruckbetätigung 16 sowie einen Proportionalmagneten 18 mit invertierter Kennlinie gegenüber den Ausführungsformen 12, 14.
Das von Hand betätigbare Vorsteuerventil 10 weist einen Ventilsitz 20 auf sowie ein Ventilteil 22. Das Ventilteil 22 stützt sich gegenüber einem Energiespeicher in Form einer Druckfeder 26 ab, deren Schließkraft über ein Einstellteil 28 vorgebbar ist. Das Einstellteil 28 ist wiederum in einem Einstellgehäuse 30 geführt und die Schließkraft läßt sich von Hand über eine auf das Einstellteil 28 aufschraubbare Sechskantschraube 32 mit Sicherungsring 34 vorgeben. Dahingehend von Hand einstellbare Vorsteuerventile 10 sind im Stand der Technik bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
Werden die genannten einzelnen Komponenten längs der Zusammenbaulinie 36 komplementiert, läßt sich das derartig vervollständigte Vorsteuerventil in das eine Ende 38 des Ventilgehäuses 40 einschrauben. Vom anderen Ende 42 des Ventilgehäuses her wird dann ein weiterer Energiespeicher in Form der Druckfeder 44 eingebracht, an deren einem Ende sich der Hauptkolben 46 abstützt, der an seinem anderen Ende sich an einem mehrteiligen Abschlußteil 50 abstützt, das in das untere freie Ende 42 des Ventilgehäuses 40 einschraubbar ist. Insoweit ist die Hauptsteuerstufe II und mithin das eigentliche Hauptventil in Form eines Druckbegrenzungsventils standardisiert und, wie die weiteren Zusammenbaulinien 36 belegen, werden entsprechend modifizierte Druckfedern 26 sowie Einstellteile 28 verwendet bei unverändert bleibenden Ventilteilen 22 und Vorsteuerkammern 20, um zu geänderten Druckbegrenzungsventilen zu gelangen mit entsprechend geänderten Vorsteuerstufen I mit den genannten Versionen an verschiedenen Schaltmagneten 12, 14 und 18.
Dergestalt lassen sich die in III dargestellten Druckbegrenzungsventile erhalten, die von ihrer Charakteristik her an der Unterseite mit ihrem üblichen Schaltsymbol wiedergegeben sind. Soll mit den komplementierten Gesamtventilen III nach dem erfindungsgemäßen Ventilbaukastensystem ein anderer Fluidvolumenstrom beherrscht werden, sind entsprechend die Nenngrößen an dem Ventilgehäuse 40 zu ändern, insbesondere bezogen auf die Innen- und Umfangsseite an den gegenüberliegenden Enden 38 und 42 sowie bezogen auf das Gehäuseinnere 52.
Wie die Darstellung nach der 2 zeigt, ist der Aufbau für das vorgesteuerte Druckregelventil entsprechend gewählt, insbesondere ist die Vorsteuerstufe I im wesentlichen gleich aufgebaut der Vorsteuerstufe I in der 1, wobei bei dem manuell betätigbaren Vorsteuerventil 110 zusätzlich zu dem Energiespeicher in Form der Druckfeder 26 ein weiterer Energiespeicher in Form der Druckfeder 154 tritt, die auf der gegenüberliegenden Seite an der Vorsteuerkammer 120 eingreift. Auch der dahingehende Aufbau ist bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird und sofern die Bauteile gemäß der geänderten Ausführungsform nach der 2 dem Aufbau eines Ventilkonzepts nach der 1 entsprechen, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, die nur um jeweils 100 erhöht sind. Das bisher Gesagte gilt dann auch insoweit für die Ausführungsform eines Druckregelventils nach der 2.
In Abkehr zu dem Druckbegrenzungsventil weist bei der Ausführungsform nach der 2 der Regelkolben 146 einen Düsenkörper 156 auf und ansonsten ist das Ventilgehäuse 140 von seinen Fluidanschlüssen her entsprechend der Aufgabenstellung an ein Druckregelventil angepaßt. Auch hier ist wiederum das Ventilgehäuse 140 mit seinen Ventilbaukomponenten anzupassen, sofern die zu beherrschenden Fluidströme sich vom Volumen und/oder Druck her verändern. Dem Grunde nach lassen sich aber diesel ben Vorsteuerstufen wie in 1 eingesetzt bei dem Ventilkonzept nach der 2 verwenden.
Es ist für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Ventiltechnik überraschend, dass er dergestalt mit nur wenigen Grundkomponenten eine Vielzahl an Ventilkonzepten mit verschiedenen Nenngrößen realisieren kann, ohne jedes Mal eine eigene Konstruktion entwickeln zu müssen. Das erfindungsgemäße Ventilbaukastensystem erlaubt die Ausbildung des jeweils erhaltenen Ventils in der Art einer Einschraubpatrone, so dass sich dergestalt sowohl die Druckbegrenzungs- als auch die Druckregelventile an weiteren Baukomponenten festlegen lassen, beispielsweise in Form eines Ventilblocks bei einer hydraulischen Gesamtanlage.

Claims

Ventilbaukastensystem mit mindestens einem Ventilgehäuse (40; 140), das an seinen gegenüberliegenden Enden (38, 42; 138, 142) sowohl innen- als auch außenumfangsseitig sowie im Gehäuseinnern (52; 152) standardisierte Nenngrößen aufweist zum Anbringen weiterer Ventilbaukomponenten, wie einem Ventilkolben (46; 146), mindestens einem Energiespeicher (26; 126), einem Vorsteuerteil und mindestens einem Fluidanschluß bzw. zum Festlegen des in der Art einer Einschraubpatrone ausgebildeten Ventils an weiteren Baukomponenten.
Ventilbaukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Komponenten des Systems aufbaubaren Ventile Druckbegrenzungs- und Druckregelventile mit einem Vorsteuerventil (10, 12, 14, 18; 110, 112, 114, 118) als Vorsteuerteil sind.
Ventilbaukastensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (10, 110) von Hand oder elektrisch betätigbar ist und dass für eine elektrische Betätigung Schaltmagnete, vorzugsweise Proportionalmagnete verwendet sind.
Ventilbaukastensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete aus Proportional-Magnetsystemen gebildet sind mit und ohne Nothandbetätigung und/oder mit invertiertem Schaltverhalten.
Ventilbaukastensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Druckbegrenzungsventil als Ventilkolben einen Hauptkolben (46) aufweist, der sich gegen eine Druckfeder (44) im Ventilgehäuse (40) längsverfahrbar geführt abstützt und dass der Hauptkolben (46) gegenüber dem dem Vorsteuerventil (10, 12, 14, 18) abgewandten Ende über ein Abschlußteil (50) im Ventilgehäuse (40) gehalten ist.
Ventilbaukastensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Druckregelventil als Ventilkolben (146) einen Regelkolben aufweist, in den eine Düse (156) integriert ist, und dass der Regelkolben sich mittels einer Druckfeder (154) gegen das jeweilige Vorsteuerventil (110, 112, 114, 118) abstützt und ansonsten im Ventilgehäuse (140) längsverfahrbar geführt ist.