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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solenoid-betriebenes Flusssteuerventil, das die Flussrate eines Fluids in Reaktion auf den Schub eines mit Strom versorgten Solenoids variiert.
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Stand der Technik
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Die Veröffentlichung
JP2002-106743A des japanischen Patentamts aus dem Jahr 2002 und die Veröffentlichung
2007-239996A des japanischen Patentamts aus dem Jahr 2007 geben Solenoid-betriebene Flusssteuerventile an, die die Schnittfläche eines Ventilflussdurchgangs in Reaktion auf den Schub eines mit Strom versorgten Solenoids variieren.
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Diese herkömmlichen Solenoid-betriebenen Flusssteuerventile umfassen einen Ventilkegel, der in Reaktion auf einen Pilotdruck verschoben wird, und variieren die Schnittfläche eines Ventilöffnungsteils zwischen dem Ventilkegel und einem Ventilsitz, um ein Fluid in Ubereinstimmung mit der Verschiebung des Ventilkegels durchzulassen. Der Pilotdruck wird unter Verwendung eines Pilotstifts eingestellt, der durch den Schub des mit Strom versorgten Solenoids verschoben wird. Wenn die Schnittfläche des Ventilöffnungsteils variiert, variiert der Flusswiderstand des Ventils, sodass die Flussrate des durch das Ventil fließenden Fluids variiert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In den oben beschriebenen herkommlichen Solenoid-betriebenen Flusssteuerventilen ist es schwierig, sowohl eine Reaktion bei einer hohen Flussrate als auch eine präzise Steuerung bei einer niedrigen Flussrate zu realisieren. Um zum Beispiel die Reaktion bei einer hohen Flussrate zu verbessern, kann die Größe des Ventilkegels vergrößert werden, sodass die Schnittfläche des Öffnungsteils bei einer kleinen Verschiebung des Ventilkegels stark variiert. Wenn jedoch die Schnittfläche des Öffnungsteils bei einer kleinen Verschiebung des Ventilkegels stark variiert, wird die Verschiebungseinheit des Ventilkegels während der Steuerung bei einer niedrigen Flussrate ubermäßig klein. Mit anderen Worten ist es sehr schwierig, das Verhältnis zwischen der Verschiebung des Ventilkegels und der Schnittflächenvariation des Öffnungsteils so zu bestimmen, dass sowohl die Reaktion bei einer hohen Flussrate als auch die präzise Steuerung bei einer niedrigen Flussrate zufriedenstellend sind.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Solenoid-betriebenes Flusssteuerventil anzugeben, das sowohl eine Reaktion bei einer hohen Flussrate als auch eine präzise Steuerung bei einer niedrigen Flussrate realisieren kann.
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Um diese Aufgabe zu lösen, gibt die Erfindung ein Solenoid-betriebenes Flusssteuerventil zum Steuern der Flussrate eines Fluids, das von einer zweiten Öffnung zu einer ersten Öffnung fließt, in Reaktion auf eine Stromversorgung an. Das Ventil umfasst: ein Hauptventil, das zwischen der zweiten Öffnung und der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei das Hauptventil einen Hauptventilsitz und einen Hauptventilkegel umfasst, wobei der Hauptventilkegel dem Hauptventilsitz zugewandt ist und auf demselben aufsitzen kann; eine Hauptpilotkammer, die einen Fluiddruck auf den Hauptventilkegel zu dem Hauptventilsitz hin ausübt; eine Hauptpilotöffnung, die die Hauptpilotkammer mit der zweiten Öffnung verbindet; ein Hilfsventil, das die Hauptpilotkammer mit der ersten Öffnung verbindet, wobei das Hilfsventil einen Hilfsventilsitz und einen Hilfsventilkegel umfasst, wobei der Hilfsventilkegel dem Hilfsventilsitz zugewandt ist und auf demselben aufsitzen kann; eine Hilfspilotöffnung, die die Hilfspilotkammer mit der zweiten Öffnung verbindet; ein Pilotventil, das die Hilfspilotkammer mit der ersten Öffnung verbindet, wobei das Pilotventil einen Pilotventilsitz und einen Pilotstift umfasst, wobei der Pilotstift dem Pilotventilsitz zugewandt ist und auf demselben aufsitzen kann; und ein Solenoid, das in Reaktion auf eine Stromversorgung eine Bewegung des Pilotstifts zu und von dem Hilfsventilsitz veranlasst.
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Details der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung erläutert und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils gemäß der Erfindung.
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2 ist eine Längsschnittansicht des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils.
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3 ist eine Längsschnittansicht des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils entlang einer vertikalen Ebene orthogonal zu 2.
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4 ist eine schematische Ansicht des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils und zeigt einen Fluss des Arbeitsöls in einer Richtung.
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5 ist eine schematische Ansicht des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils und zeigt einen Fluss des Arbeitsöls in einer entgegen gesetzten Richtung.
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6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Hub eines Pilotstifts und der Flussrate des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils zeigt.
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7 ist eine Längsschnittansicht eines Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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8 ist ein schematisches Diagramm eines Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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9 ist eine Schnittansicht des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie in 1 der Zeichnungen gezeigt, ist ein Solenoid-betriebenes Flusssteuerventil 1 ein Ventil, das die Flussrate eines zwischen einer ersten Öffnung 12 und einer zweiten Offnung 13 fließenden Fluids in Reaktion auf eine Stromversorgung eines Solenoids steuert. In dieser Ausführungsform wird ein Arbeitsöl als Fluid verwendet.
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Wenn der Druck der ersten Öffnung 12 größer als der Druck der zweiten Offnung 13 ist, veranlasst das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1, dass das Arbeitsöl von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 fließt, und steuert die Flussrate. In diesem Fall wird die erste Öffnung 12 als Hochdrucköffnung bezeichnet und wird die zweite Öffnung 13 als Niederdrucköffnung bezeichnet. Wenn dagegen der Druck der zweiten Öffnung 13 größer als der Druck der ersten Öffnung 12 ist, veranlasst das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1, dass das Arbeitsöl von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 fließt, und steuert die Flussrate. In diesem Fall wird die zweite Öffnung 13 als Hochdrucköffnung bezeichnet und wird die erste Öffnung 12 als Niederdrucköffnung bezeichnet. Mit anderen Worten ist das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 ein bidirektionales Flusssteuerventil.
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Die erste Öffnung 12 und die zweite Öffnung 13 sind in einem Ventilgehäuse 9 ausgebildet. Zum Beispiel ist die erste Öffnung 12 mit einer Hydraulikquelle verbunden und ist die zweite Öffnung 13 mit einer Hydrauliklast verbunden, die den Öldruck aus der Hydraulikquelle verbraucht. Es kann aber auch die zweite Öffnung 13 mit einer Hydraulikpumpe verbunden sein, während die erste Öffnung 12 mit einer Hydrauliklast verbunden ist.
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Drei Ventile, nämlich ein Hauptventil V1, ein Hilfsventil V2 und ein Pilotventil V3, sind im Inneren des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 vorgesehen.
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Das Hauptventil V1 umfasst einen ringförmigen Hauptventilsitz 11, der in dem Ventilgehäuse 9 der ersten Öffnung 12 zugewandt ausgebildet ist, und einen zylindrischen Hauptventilkegel 20, der von dem Inneren des Ventilgehäuses 9 her auf dem Hauptventilsitz 11 aufsitzt. Der Hauptventilkegel 20 ist derart in das Ventilgehäuse 9 gepasst, dass er frei in einer Axialrichtung gleiten kann. Die zweite Öffnung 13 öffnet sich in das Ventilgehäuse 9 und ist einer Seitenfläche des Hauptventilkegels 20 zugewandt.
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Der Hauptventilkegel 20 umfasst einen sich verjüngenden Teil 20b, der auf dem Hauptventilsitz 11 aufsitzt, und einen zylindrischen Teil 20a, der an einem Spitzenende des sich verjüngenden Teils 20b ausgebildet ist, um entlang einer Innenumfangsfläche des Hauptventilsitzes 11 zu gleiten.
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Wenn der zylindrische Teil 20a des Hauptventilkegels 20 entlang der Innenumfangsfläche des Hauptventilsitzes 11 gleitet, sodass der sich verjüngende Teil 20b den Hauptventilsitz 11 kontaktiert, sitzt der Hauptventilkegel 20 auf dem Ventilsitz 1 auf. Wenn der Hauptventilkegel 20 auf dem Hauptventilsitz 11 aufsitzt, wird ein Fluss des Arbeitsöls von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 und von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 verhindert. Wenn der Hauptventilkegel 20 von der Hauptventilsitz 11 gehoben ist, wird dagegen ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem Hauptventilkegel 20 und dem Hauptventilsitz 11 gebildet, sodass das Arbeitsöl über den ringförmigen Zwischenraum zwischen der ersten Öffnung 12 und der zweiten Öffnung 13 fließt. Der Hauptventilkegel 20 variiert die Hubgröße von dem Hauptventilsitz 11, indem er in einer Axialrichtung innerhalb des Ventilgehäuses 9 verschoben wird, wodurch die Schnittfläche des ringförmigen Zwischenraums oder mit anderen Worten die Öffnungsschnittfläche variiert wird.
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Der auf dem Hauptventilsitz 11 aufsitzende Hauptventilkegel 20 umfasst einen kreisförmigen Druckempfangsteil, der zu der ersten Öffnung 12 auf der Innenseite des Hauptventilsitzes 11 hin freiliegt, und einen ringförmigen Druckempfangsteil, der zu der zweiten Öffnung 13 auf der Außenseite des Hauptventilsitzes 11 hin freiliegt. Der Druck der ersten Öffnung 12 oder der zweiten Öffnung 13 wirkt auf die Druckempfangsteile, um den Hauptventilkegel 20 in einer Hubrichtung vorzuspannen, d. h. mit anderen Worten in einer Ventilöffnungsrichtung.
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Wenn der Außendurchmesser D20 des Hauptventilkegels 20 und der Innendurchmesser D11 des Ventilsitzes 11 derart gewählt werden, dass die folgende Gleichung (1) erfüllt wird, ist die Druckempfangsfläche des Hauptventilkegels 20 in der ersten Öffnung 12 gleich der Druckempfangsfläche des Hauptventikegels 20 in der zweiten Öffnung 13. D20:D11 = √2:1 (1)
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Eine Hauptpilotkammer 21 ist in dem Ventilgehäuse 9 einer Rückfläche des Hauptventilkegels 20 zugewandt ausgebildet. Die Hauptpilotkammer 21 ist mit der ersten Öffnung 12 über ein Rückschlagventil 34 und eine Hauptpilotöffnung 24A verbunden. Die Hauptpilotkammer 21 ist mit der zweiten Öffnung 13 über ein Rückschlagventil 35 und eine Öffnung 24B verbunden. Die Figur zeigt zwei Hauptpilotöffnungen 24A und 24B, wobei aber bei einer Vereinigung eines nachgeordneten Durchgangs 22 des Rückschlagventils 34 mit einem nachgeordneten Durchgang 23 des Rückschlagventils 35 anstelle der zwei Hauptpilotöffnungen 24A und 24B auch nur eine einzelne Hauptpilotöffnung vorgesehen werden kann. Das Rückschlagventil 34 blockiert einen Ausfluss von Arbeitsöl aus der Hauptpilotkammer 21 zu der ersten Öffnung 12; und das Rückschlagventil 35 blockiert einen Ausfluss von Arbeitsöl aus der Hauptpilotkammer 21 zu der zweiten Öffnung 13. Daraus resultiert, dass der Druck der Hochdrucköffnung (der ersten Öffnung 12 oder der zweiten Öffnung 13) über die Hauptpilotöffnung 24A oder 24B in die Hauptpilotkammer 21 eingeführt wird.
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Der Hauptventilkegel 20 wird durch einen Hauptpilotdruck der Hauptpilotkammer 21 zu dem Hauptventilsitz 11 oder mit anderen Worten in einer Ventilschließrichtung vorgespannt.
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Eine Hauptrückstellfeder 8, die den Hauptventilkegel 20 in der Ventilschließrichtung vorspannt, ist zwischen dem Ventilgehäuse 9 und dem Hauptventilkegel 20 angeordnet.
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Wenn eine Ventilöffnungskraft, die durch den Arbeitsöldruck der ersten Öffnung 12 oder der zweiten Öffnung 13 auf den Hauptventilkegel 20 ausgeübt wird, größer ist als eine Ventilschließkraft, die durch den Hauptpilotdruck der Hauptpilotkammer 21 und eine Federkraft der Hauptrückstellfeder 8 auf den Hauptventilkegel 20 ausgeübt wird, wird der Hauptventilkegel 20 von dem Hauptventilsitz 11 gehoben.
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Das Hilfsventil V2 ist ein Ventil, das den Hauptpilotdruck der Hauptpilotkammer 21 steuert. Das Hilfsventil V2 ist auf der Innenseite des Hauptventilkegels 20 vorgesehen.
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Das Hilfsventil V2 umfasst einen ringförmigen Hilfsventilsitz 31, der auf der Innenseite des Hauptventilkegels 20 vorgesehen ist, und einen Hilfsventilkegel 40, der in einen mittleren Teil des Hauptventilkegels 20 derart gepasst ist, dass er in der Axialrichtung konzentrisch zu dem Hauptventilkegel 20 gleiten kann.
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Eine Druckkammer 48, die ein Spitzenende des Hilfsventilkegels 40 umgibt, ist außerhalb des Hilfsventilsitzes 31 und innerhalb des Hauptventilkegels 20 vorgesehen. Die Druckkammer 48 ist immer über einen in dem Hauptventilkegel 20 ausgebildeten Durchgang 29 mit der Hauptpilotkammer 21 verbunden. Der Druck der Druckkammer 48 spannt den Hilfsventilkegel 4 in einer Hubrichtung von dem Hilfsventilsitz 31 oder mit anderen Worten in einer Ventilöffnungsrichtung vor.
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Der Hilfsventilsitz 31 ist auf einem Spitzenende einer zylindrischen Druckkompensationshülse 81 ausgebildet. Die Druckkompensationshülse 40 ist in ein Gleitloch gepasst, das koaxial mit dem Hilfsventilkegel 40 auf der Innenseite des Hauptventilskegels 20 ausgebildet ist, wobei die Druckkompensationshülse 81 in der Axialrichtung gleiten kann, während der Hilfsventilsitz 31 dem Hilfsventilkegel 40 zugewandt ist. Eine Feder 82, die den Hilfsventilsitz 31 elastisch zu dem Hilfsventilkegel 40 drückt, ist zwischen dem Hilfsventilsitz 31 und dem Hauptventilkegel 20 angeordnet. Die Aktion der Druckkompensationshülse 81 wird weiter unten beschrieben.
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Eine zylindrische Innenkammer 49 ist im Inneren des Hilfsventilkegels 40 vorgesehen. Die Innenkammer 49 umfasst einen Öffnungsteil, der sich zu einer Seitenfläche des Hilfsventilkegels 40 öffnet. Die Innenkammer 49 ist über ein Rückschlagventil 36, das mit dem Öffnungsteil verbunden ist, mit der zweiten Öffnung 13 verbunden und ist über ein Rückschlagventil 37, das ebenfalls mit dem Öffnungsteil verbunden ist, mit der ersten Öffnung 12 verbunden. Wenn der Hilfsventilkegel 40 auf dem Hilfsventilsitz 31 aufsitzt, wird die Verbindung der Innenkammer 40 zu der Druckkammer 48 blockiert. Wenn der Hilfsventilkegel 40 dagegen von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben wird, ist die Innenkammer 49 über einen ringförmigen Zwischenraum, der zwischen dem Hilfsventilsitz 31 und dem Hilfsventilkegel 40 ausgebildet ist, mit der Druckkammer 48 verbunden. Das Rückschlagventil 36 verhindert einen Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung 13 in die Innenkammer 49; und das Rückschlagventil 37 verhindert einen Fluss des Arbeitsöls von der ersten Öffnung 12 zu der Innenkammer 49. Bei dem oben beschriebenen Aufbau gestattet die Innenkammer 49, dass eine gewünschte Menge an Arbeitsöl 12 über das Rückschlagventil 36 oder das Rückschlagventil 37 in die Niedrigdrucköffnung (in die zweite Öffnung 13 oder die erste Öffnung 12) fließt.
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Eine Hilfspilotkammer 41 ist im Inneren des Hauptventilkegels 20 derart vorgesehen, dass sie der Rückfläche des Hilfsventilkegels 40 zugewandt ist. Die Hilfspilotkammer 41 ist über eine Hilfspilotöffnung 44A mit dem Rückschlagventil 34 verbunden. Weiterhin ist die Hilfspilotkammer 41 über eine Hilfspilotöffnung 44B mit dem Rückschlagventil 35 verbunden. Die Figur zeigt zwei Hilfspilotöffnungen 44A und 44B, wobei aber bei einer Vereinigung des nachgoerdneten Durchgangs 22 des Rückschlagventils 34 mit dem nachgeordneten Durchgang 23 des Rückschlagventils 35 die zwei Hilfspilotöffnungen 44A und 44B auch durch eine einzelne Hilfspilotöffnung ersetzt werden können.
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Die Hilfsventilkegel 40 wird durch einen Hilfspilotdruck der Hilfspilotkammer 41 zu dem Hilfsventilsitz 31 oder mit anderen Worten in einer Ventilschließrichtung vorgespannt.
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Eine Hilfsrückstellfeder 7, die den Hilfsventilkegel 40 in der Ventilschließrichtung vorspannt, ist zwischen dem Gehäuse 9 und dem Hilfsventilkegel 40 angeordnet.
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Ein Druck, der von der Hauptpilotkammer 21 über den Durchgang 29 zu der Druckkammer 48 geführt wird, wirkt als eine Ventilöffnungskraft auf den Hilfsventilkegel 40. Wenn die Ventilöffnungskraft größer als eine durch den Druck der Hilfspilotkammer 41 und die Federkraft der Hilfsrückstellfeder 7 auf den Hilfsventilkegel 40 ausgeübte Ventilschließkraft ist, wird der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben.
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Wenn der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben ist, ist die Druckkammer 48 mit der Innenkammer 49 verbunden. Wenn die Druckkammer 48 mit der Innenkammer 49 verbunden ist, geht das Arbeitsöl in der Hauptpilotkammer 21 durch den Durchgang 29, die Druckkammer 48 und die Innenkammer 49 und fließt über das erste Rückschlagventil 36 oder das zweite Rückschlagventil 37 zu der Niederdrucköffnung (zu der zweiten Öffnung 13 oder der ersten Öffnung 12). Dadurch wird der Druck der Hauptpilotkammer 21 um eine Größe vermindert, die einem durch die Öffnungen 24A, 24B erzeugten Differenzdruck entspricht. Der Druck in der Hauptpilotkammer 21 wird um eine stets größere Menge vermindert, wenn die Hubgröße des Hilfsventilkegels 40 oder mit anderen Worten die Öffnung des Hilfsventils V2 größer wird. Wenn also mit anderen Worten die Öffnung des Hilfskegels V2 größer wird, wird die auf den Hauptventilkegel 20 des Hauptventils V1 wirkende Ventilschließkraft kleiner, sodass die Öffnung des Hauptventils V1 relativ zu dem Druck der Hochdrucköffnung größer wird.
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Das Pilotventil V3 ist ein Ventil, das den Hilfspilotdruck der Hilfspilotkammer 41 steuert. Das Pilotventil V3 ist zwischen der Hilfspilotkammer 41 und der Innenkammer 49 vorgesehen. Das Pilotventil V3 umfasst einen Pilotventilsitz 51, der sich durch einen oberen Endteil des Hilfsventilkegels 40 erstreckt, und einen Pilotstift 60, der sich in der Längsrichtung durch die Hilfspilotkammer 41 erstreckt und auf dem Pilotventilsitz 51 aufsitzen kann.
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Wenn der Pilotstift 60 auf dem Pilotventilsitz 51 aufsitzt, blockiert das Pilotventil V3 die Verbindung zwischen der Hilfspilotkammer 41 und der Innenkammer 49. Wenn der Pilotstift 60 von dem Pilotventilsitz 51 gehoben wird, fließt Arbeitsöl aus der Hilfspilotkammer 41 zu der Innenkammer 49 und dann über das Rückschlagventil 36 oder das Rückschlagventil 37 zu der Niedrigdrucköffnung (zu der zweiten Öffnung 13 oder der ersten Öffnung 12). Daraus resultiert, dass der Druck der Hilfspilotkammer 41 um eine Größe vermindert wird, die einem Differenzdruck zwischen den Öffnungen 44A, 44B entspricht. Der Druck in der Hilfspilotkammer 41 wird um eine stets größere Größe vermindert, wenn die Hubgröße des Pilotstifts 60 oder mit anderen Worten die Öffnung des Pilotventils V3 vergrößert wird. Wenn also mit anderen Worten die Öffnung des Pilotventils V3 größer wird, wird die auf den Hilfsventilkegel 20 des Hilfsventils V2 wirkende Ventilschließkraft kleiner, was zu einer Vergrößerung der Öffnung des Hilfsventils V2 relativ zu dem Druck der Hochdrucköffnung führt.
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Der Pilotstift 60 wird durch ein Solenoid angetrieben. Der Antriebsaufbau für den Antrieb des Pilotsitfts 60 unter Verwendung des Solenoids wird im Folgenden beschrieben.
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Mit Bezug auf 4 wird zuerst der Betrieb des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 in Verbindung mit dem Arbeitsölfluss von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 beschrieben.
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In 4 ist die erste Öffnung 12 die Hochdrucköffnung und ist die zweite Öffnung 13 die Niedrigdrucköffnung. Das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 veranlasst, dass das Arbeitsöl aus der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 fließt, und steuert die Flussrate.
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Wenn das Solenoid mit Strom versorgt wird, sodass der Pilotstift 60 von dem Pilotventilsitz 51 gehoben wird, fließt das Arbeitsöl von der ersten Öffnung 12 über das Rückschlagventil 34 und die Hilfspilotöffnung 44A in die Hilfspilotkammer 41, anschließend in die Innenkammer 49 und dann über das zweite Rückschlagventil 36 zu der zweiten Öffnung 13. Dabei wird der Druck der ersten Öffnung 12 (der Hochdrucköffnung) über die Hauptpilotöffnung 24A in die Hauptpilotkammer 21 geführt.
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Auf diese Weise veranlasst das Pilotventil V3, dass das Arbeitsöl von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 fließt. Wenn die Flussrate des Pilotventils V3 größer wird, wird der Druck der Hilfspilotkammer 41 relativ zu dem Druck der ersten Öffnung 12 größer. Daraus resultiert, dass die auf den Hilfsventilkegel 40 wirkende Ventilschließkraft kleiner wird. Und wenn der Druck der Hauptpilotkammer 21, der über den Durchgang 29 auf die Druckkammer 48 wirkt, größer als die Ventilschließkraft des Hilfsventilkegels 40 ist, wird der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben, wodurch das Hilfsventil V2 geöffnet wird.
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Wenn das Hilfsventil V2 geöffnet ist, wird ein Fluss des Arbeitsöls von der Hauptpilotkammer 21 über den Durchgang 29, die Druckkammer 48, die Innenkammer 49 und das Rückschlagventil 36 zu der zweiten Öffnung 13 gebildet. Mit anderen Worten werden in Bezug auf den Arbeitsölfluss von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 ein Fluss, der durch das Pilotventil V3 hindurchgeht, und ein Fluss, der durch das Hilfsventil V2 hindurchgeht, gebildet.
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Wenn die Flussrate des Hilfsventils V2 oder mit anderen Worten die Flussrate des Arbeitsöls, das von der ersten Öffnung 12 über die Hauptpilotkammer 21 in die zweite Öffnung 13 fließt, größer wird, wird der Druck der Hauptpilotkammer 21 relativ zu dem Druck der ersten Öffnung 12 vermindert. Deshalb wird die auf den Hauptventilkegel 20 wirkende Ventilschließkraft kleiner. Und wenn die durch das Arbeitsöl auf den Hauptventilkegel 20 ausgeübte Ventilöffnungskraft größer als die auf den Hauptventilkegel 30 ausgeübte Ventilschließkraft ist, wird der Hauptventilkegel 20 von dem Hauptventilkegel 11 gehoben, wodurch das Hauptventil V1 geöffnet wird.
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Wenn das Hauptventil V1 geöffnet ist, wird ein Fluss des Arbeitsöls gebildet, der von der ersten Öffnung 12 direkt durch den Zwischenraum zwischen dem Hauptventilkegel 20 und dem Hauptventilsitz 11 in die zweite Öffnung 13 fließt. Für den Fluss des Arbeitsöls von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 werden also ein Fluss durch das Pilotventil V3, ein Fluss durch das Hilfsventil V2 und ein Fluss durch das Hauptventil V1 vorgesehen.
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Mit Bezug auf 5 wird im Folgenden eine Operation des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 in Verbindung mit dem Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 beschrieben.
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In der Figur ist die zweite Öffnung 13 die Hochdrucköffnung und ist die erste Öffnung 12 die Niederdrucköffnung. Das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 veranlasst, dass das Arbeitsöl von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 fließt, und steuert die Flussrate.
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Wenn das Solenoid mit Strom versorgt wird, sodass der Pilotstift 60 von dem Pilotventilsitz 51 gehoben wird, fließt das Arbeitsöl von der zweiten Öffnung 13 durch das Rückschlagventil 35 und die Hilfspilotöffnung 44b in die Hilfspilotkammer 41, anschließend über das Pilotventil V3 in die Innenkammer 49 und dann durch das Rückschlagventil 37 zu der ersten Öffnung 12. Dabei wird der Druck der zweiten Öffnung 13 über die Hauptpilotöffnung 24B in die Hauptpilotkammer 21 geführt.
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Auf diese Weise veranlasst das Pilotventil V3, dass das Arbeitsöl von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 fließt. Wenn die Flussrate des Pilotventils V3 größer wird, wird der Druck der Hilfspilotkammer 41 relativ zu dem Druck der zweiten Öffnung 13 kleiner. Daraus resultiert, dass die auf den Hilfsventilkegel 40 wirkende Ventilschließkraft kleiner wird. Und wenn der Druck der Hauptpilotkammer 21, der über den Durchgang 29 auf die Druckkammer 48 wirkt, größer ist als die Ventilschließkraft, die auf den Hilfsventilkegel 40 wirkt, wird der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben, wodurch das Hilfsventil V2 geöffnet wird.
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Wenn das Hilfsventil V2 geöffnet ist, wird ein Fluss des Arbeitsöls von der Hauptpilotkammer 21 über den ersten Durchgang 29, die Druckkammer 48, die Innenkammer 49 und das Durchschlagventil 37 zu der ersten Öffnung 12 gebildet. Mit anderen Worten werden in Bezug auf den Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 ein Fluss durch das Pilotventil V3 und ein Fluss durch das Hilfsventil V2 gebildet.
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Wenn die Flussrate des Hilfsventils V2 oder mit anderen Worten die Flussrate des Arbeitsöls, das von der zweiten Öffnung 13 über die Hauptpilotkammer 21 zu der ersten Öffnung 12 fließt, größer wird, wird der Druck der Hauptpilotkammer 21 relativ zu dem Druck der zweiten Öffnung 13 größer. Deshalb wird die auf den Hauptventilkegel 20 wirkende Ventilschließkraft kleiner. Und wenn die durch das Arbeitsöl in der zweiten Öffnung 13 auf den Hauptventilkegel 20 wirkende Ventilöffnungskraft größer als die auf den Hauptventilkegel 20 wirkende Ventilschließkraft ist, wird der Hauptventilkegel 20 von dem Hauptventilsitz 11 gehoben, wodurch das Hauptventil V1 geöffnet wird.
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Wenn das Hauptventil V1 geöffnet wird, wird ein Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung über den Zwischenraum zwischen dem Hauptventilkegel 20 und dem Hauptventilsitz 11 direkt zu der ersten Öffnung 12 gebildet. Für den Fluss des Arbeitsöls von der ersten Öffnung 12 zu der zweiten Öffnung 13 werden also ein Fluss durch das Pilotventil V3, ein Fluss durch das Hilfsventil V2 und ein Fluss durch das Hauptventil V1 vorgesehen.
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Mit Bezug auf 6 werden im Folgenden die Flusseigenschaften des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1, das die oben beschriebenen Operationen ausführt, beschrieben.
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In dem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil 1 ist der Durchmesser des Hauptventilkegels 20 in dem Hauptventil V1 größer als der Durchmesser des Hilfsventilkegels 40 in dem Hilfsventil V2 und ist der Durchmesser des Hilfsventilkegels 40 größer als der Durchmesser des Pilotstifts 60 in dem Pilotventil V3. Dementsprechend ist die Kapazität des Hauptventils V1 oder mit anderen Worten die Flussrate pro Einheitshubgröße größer als diejenige des Hilfsventils V2 und ist die Kapazität des Hilfsventils V2 größer als diejenige des Pilotventils V3.
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Wenn die Hubgröße des Pilotstifts 60 gleich null ist, werden die drei Ventile V1–V3 des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 alle geschlossen, sodass die Flussrate des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 gleich null ist.
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Wenn die Hubgröße des Pilotstifts 60 klein ist, fließt nur das Arbeitsöl durch das Pilotventil V3 des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1. Weil die Kapazität des Pilotventils V3 klein ist, vergrößert das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 die Flussrate mit einer kleinen Vergrößerungsrate relativ zu der Vergrößerung der Hubgröße des Pilotstifts 60.
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Wenn die Hubgröße des Pilotstifts 60 den Wert X1 erreicht, wird das Hilfsventil V2 geöffnet, woraufhin das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 die Flussrate mit einer größeren Erhöhungsrate relativ zu der Vergrößerung der Hubgröße des Pilotstifts 60 vergrößert.
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Wenn die Hubgröße des Pilotstifts 60 den Wert X2 erreicht, wird auch das Hauptventil V1 geöffnet, woraufhin das Solenoid-betriebene Flussteuerventil 1 die Flussrate mit einer maximalen Erhöhungsrate relativ zu der Hubgröße des Pilotstifts 60 erhöht.
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Wenn die Hubgröße des Pilotstifts 60 vergrößert wird, erhöht das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 die Erhöhungsrate der Flussrate. Bei einer niedrigen Flussrate ist die Änderungsrate in der Flussrate relativ zu der Verschiebung des Pilotstifts 60 klein, sodass die Flusssteuerung präzise vorgenommen werden kann, indem die Stromversorgung des Solenoids gesteuert wird. Bei einer hohen Flussrate dagegen ist die Änderungsrate in der Flussrate relativ zu der Verschiebung des Pilotstifts 60 groß, sodass die Flusssteuerung mit einer vorteilhaften Reaktion durchgeführt werden kann, indem die Stromversorgung des Solenoids gesteuert wird. Mit dem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil 1 können also sowohl eine Reaktion bei einer hohen Flussrate als auch eine präzise Steuerung bei einer niedrigen Flussrate erzielt werden.
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Mit Bezug auf 2 und 3 wird im Folgenden der spezifische Aufbau des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 beschrieben.
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Wenn wie zuvor genannt die Durchgänge 22 und 23 vereinigt sind, kann anstelle der zwei Hauptpilotöffnungen 24A und 24B von 1 auch nur eine einzelne Hauptpilotöffnung vorgesehen sein und kann anstelle der zwei Hilfspilotöffnungen 44A und 44b auch nur eine einzelne Hilfspilotöffnung vorgesehen sein.
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Dazu wird ein Ventilkegelkopf 6 an einem oberen Ende des Hauptventilkegels 20 befestigt, der in dem Gehäuse 9 aufgenommen ist und der Hauptpilotkammer 21 zugewandt frei in der Axialrichtung gleiten kann. Der Ventilkegelkopf 6 dringt von der Hauptventilkegelkammer 21 in das Gleitloch für den Hilfsventilkegel 40 in dem Hauptventilkegel 20 ein und trennt die Hauptpilotkammer 21 von der Hilfspilotkammer 41.
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Eine ringförmige Rille, die dem Hauptventilkegel 20 zugewandt ist, ist in dem Ventilkegelkopf 6 ausgebildet. Die ringförmige Rille bildet eine Pilotrelaiskammer 64. Eine Kopfkammer 62 ist im Inneren des Ventilkegelkopfes 6 ausgebildet. Die Kopfkammer 62 ist über einen Zwischenraum zwischen dem Pilotstift 60, der sich durch den Ventilkegelkopf 6 erstreckt, und einer Wandfläche des Ventilkegelkopfs 6 mit der Hilfspilotkammer 41 verbunden. Der nachgeordnete Durchgang 22 des Rückschlagventils 34 und der nachgeordnete Durchgang 23 des Rückschlagventils 35 öffnen sich jeweils in die Pilotrelaiskammer 64.
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Eine Hauptpilotöffnung 24, die die Pilotrelaiskammer 64 mit der Hauptpilotkammer 21 verbindet, und eine Hilfspilotkammer 44, die die Pilotrelaiskammer 64 mit der Kopfkammer 62 verbindet, ist im Inneren des Ventilkegelkopfs 6 ausgebildet.
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Bei dem oben beschriebenen Aufbau ist anstelle der zwei Hauptpilotöffnungen 24A und 24B von 1 eine einzelne Hauptpilotöffnung 24 vorgesehen und ist anstelle der zwei Hilfspilotöffnungen 44A und 44b eine einzelne Hilfspilotöffnung 44 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass die Flussdurchgangsschnittfläche der Hauptpilotöffnung 24 größer gewählt ist als die Flussdurchgangsschnittfläche der Hilfspilotöffnung 44. Der Grund hierfür ist, dass die Flussrate des Hilfsventils V2 durch die Hauptpilotöffnung 24 größer ist als die Flussrate des Pilotventils V3 durch die Hilfspilotöffnung 44.
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Eine Kopfhülse 61 ist von oben gleitbar auf einen oberen, mittleren Endteil des Ventilkegelkopfs 6 gepasst. Die Kopfkammer 62 ist in einem Gleitloch für die Kopfhülse 61 vorgesehen, das in dem Ventilkegelkopf 6 ausgebildet ist.
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Der Pilotstift 60 erstreckt sich durch die Kopfhülse 61 und den Ventilkegelkopf 6 und kann auf dem Pilotventilsitz 51 aufsitzen.
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Der Pilotstift 60 ist an einem Kolben 66 über der Kopfhülse 61 fixiert.
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Der Kolben 66 ist in einer Kolbenkammer 70 aufgenommen, die in einem Gehäuse 67 ausgebildet ist, das an dem oberen Ende des Gehäuses 9 derart fixiert ist, dass es in der Axialrichtung gleiten kann. Eine Einstellschraube 68 ist auf ein oberes Ende des Gehäuses 67 geschraubt. Ein Spitzenende der Einstellschraube 68 dringt in das Gehäuse 67 ein, wobei eine Rückstellfeder 69 zwischen dem eindringenden Ende und dem oberen Ende des Pilotstifts 6 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 69 drückt den Pilotstift 60 elastisch zu dem Pilotventilsitz 51.
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Eine Gegenfeder 71 ist zwischen dem Kolben 66 und dem Ventilkegelkopf 6 angeordnet. Die Gegenfeder 71 drückt den Pilotstift 60 über den Kolben 66 elastisch in einer Hubrichtung von dem Pilotventilsitz 51 oder mit anderen Worten in einer entgegen gesetzten Ausrichtung zu der Rückstellfeder 69. Die Federkraft der Gegenfeder 71 ist kleiner als die Federkraft der Rückstellfeder 69 vorgesehen.
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Die Gegenfeder 71 ist derart angeordnet, dass sie sich durch einen Zwischenraum zwischen dem Pilotstift 60 und der Kopfhülse 61 erstreckt. Ein Druck der Kopfkammer 62 wird über diesen Zwischenraum in die Kolbenkammer 70 geführt. Dieser Druck wirkt über ein in dem Kolben 66 ausgebildetes Durchgangsloch auch auf den Pilotstift 60 und die Rückfläche des Kolbens 66. Der Druck der Kopfkammer 62 ist gleich dem Druck der Hilfspilotkammer 41.
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Der Druck der Kopfkammer 62 wirkt von einer vertikalen Richtung auf den Kolben 66. Weiterhin wirkt der Druck der Kopfkammer 62 auf den Pilotstift 60 und wirkt der Druck der Hilfspilotkammer 41 von unten auf den Pilotstift 60. Die Kopfkammer 62 ist stets mit der Hilfspilotkammer 41 verbunden, sodass der Druck der Kopfkammer 62 gleich dem Druck der Hilfspilotkammer 41 ist. Auch wenn der Pilotstift 60 auf dem Pilotventilsitz 51 aufsitzt, wirkt der Druck der Hilfspilotkammer 41 nicht auf einen Spitzenendteil des Pilotstifts 60, der in dem Pilotventilsitz 51 positioniert ist. Mit anderen Worten ist eine Druckempfangsfläche für den Druck, der nach oben auf den Pilotstift 60 wirkt, kleiner als eine Druckempfangsfläche für den Druck, der nach unten auf den Pilotstift 60 wirkt, sodass der nach unten gerichtete Druck oder mit anderen Worten der zu dem Pilotventilsitz 51 gerichtete Druck auf den Pilotstift 60 wirkt. Dieser Druck wird als ein Drückdruck bezeichnet, der durch eine Differenzdruck-Empfangsflache erzeugt wird.
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Die resultierende Kraft aus der Differenzfederkraft zwischen der Rückstellfeder 69 und der Gegenfeder 71 und aus der durch die Differenzdruck-Empfangsfläche erzeugten Drückkraft wirkt als eine Ventilschließkraft auf den Pilotstift 60.
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Ein Solenoid S ist auf einer Außenseite des Gehäuses 67 angeordnet. Das Solenoid S übt eine Magnetkraft in Entsprechung zu einer Stromversorgung auf den Kolben 66 aus, um den Kolben 66 gegen die auf den Pilotstift 60 wirkende Ventilschließkraft zu verschieben, wodurch der an dem Kolben 66 fixierte Pilotstift 6 von dem Pilotventilsitz 51 gehoben wird.
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Im Folgenden wird die Aktion der weiter oben genannten Druckkompensationshülse 81 beschrieben.
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Wenn die auf den Pilotstift ausgeübte Ventilschließkraft in Übereinstimmung mit einer Druckerhöhung in der Hilfspilotkammer 41 größer wird, muss eine größere Stromversorgung für das Solenoid S vorgesehen werden, um den Pilotstift 60 von dem Pilotventilsitz 51 zu heben und das Pilotventil V3 zu öffnen.
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Weiterhin wird die auf den Pilotstift 60 ausgeübte Ventilschließkraft über den Hilfsventilkegel 40 zu der Druckkompensationshülse 81 übertragen. Wenn die auf den Pilotstift 60 ausgeübte Ventilschließkraft 60 größer wird, wird die Druckkompensationshülse 81 nach unten verschoben und wird gleichzeitig die Feder 82 gebogen. Dementsprechend wird der Hilfsventilkegel 40 nach unten verschoben, sodass die Sitzposition des Pilotstifts 60 auf dem Pilotventilsitz 51 nach unten verschoben wird.
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Durch diese Verschiebung der Sitzposition wird die Rückstellfeder 69, die den Pilotstift 60 in der Ventilschließrichtung drückt, expandiert und wird die Gegenfeder 71, die den Pilotstift 60 in der Ventilöffnungsrichtung vorspannt, gebogen. Die Federkraft der Rückstellfeder 69 ist größer als die Federkraft der Gegenfeder 71, sodass der Effekt der Druckerhöhung in der Hilfspilotkammer 41 aufgehoben wird. Mittels dieser durch die Druckkompensationshülse 81 vorgesehenen Kompensationsaktion kann die Beziehung zwischen der Stromversorgung des Solenoids S und dem Hub des Pilotstifts 60 unabhängig von einer Druckvariation in der Hilfspilotkammer 41 konstant gehalten werden. Die Druckkompensationshülse 81 und die Feder 82 bilden zusammen einen Druckkompensationsmechanismus.
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Die Feder 82 wird durch eine Tellerfeder gebildet. Das Gleitloch für den Hilfsventilkegel 40 in dem Hauptventilkegel 20 und die Druckkompensationshülse 81 werden durch einen Pfropfen 88 dicht geschlossen. Die Feder 82 ist zwischen dem Pfropfen 88 und dem unteren Ende der Druckkompensationshülse 81 angeordnet. Es ist zu beachten, dass der Hauptventilkegel 20, die Druckkompensationshülse 81, der Hilfsventilkegel 40 und der Pilotstift 60 koaxial angeordnet sind.
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Weiterhin ist eine Gegenfeder 77 zwischen der Druckkompensationshülse 81 und dem Hilfsfederkegel 40 angeordnet. Die Gegenfeder 77 hält den Hilfsventilkegel 40 in einer zu der Hilfsrückstellfeder 7 entgegen gesetzten Ausrichtung. Die Federkraft der Gegenfeder 77 ist kleiner als die Federkraft der Hilfsrückstellfeder 7 gewählt. Der Hilfsventilkegel 40 wird durch die Differenz zwischen der Federkraft der Hilfsrückstellfeder 7 und der Federkraft der Gegenfeder 77 in einer Ventilschließrichtung vorgespannt.
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Wie oben beschrieben, können mit dem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil 1 sowohl eine Reaktion auf eine hohe Flussrate als auch eine hohe Steuerpräzision bei einer niedrigen Flussrate erhalten werden.
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In dem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil 1 ist der Hilfsventilkegel 40 des Hilfsventils V2 in dem Hauptventilkegel 20 der Hauptventils V1 vorgesehen und ist der Pilotventilsitz 51 des Pilotventils V3 in dem Hilfsventilkegel 40 ausgebildet, sodass also das Hilfsventil V2 und das Pilotventil V3 beide in dem Hauptventilkegel 20 vorgesehen sind. Auch andere Einrichtungen wie etwa die Öffnungen 24, 44 und die Rückschlagventile 34, 35 sind in dem Hauptventilkegel 20 untergebracht. Deshalb können die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte mit einem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil erhalten werden, das eine im wesentlichen gleiche Größe wie ein herkömmliches Ventil aufweist. Außerdem ist bei dem oben beschriebenen Aufbau die Durchgangslänge reduziert, sodass ein Druckverlust in dem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil 1 weitgehend unterdrückt wird. Es ist jedoch zu beachten, dass der Hilfsventilkegel 40 auch auf der Außenseite des Hauptventilkegels 20 vorgesehen sein kann.
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Mit Bezug auf 7 wird im Folgenden eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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In dieser Ausführungsform sind eine Druckkompensationshülse 91 und eine Feder 92 zwischen dem Hilfsventilkegel 40 und dem Pilotstift 60 anstelle der Druckkompensationshülse 81 und der Feder 82 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen. In dieser Ausführungsform bilden die Druckkompensationshülse 91 und die Feder 92 den Druckkompensationsmechanismus.
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Die hohle Druckkompensationshülse 91 ist gleitbar in dem Gleitloch für den Hilfsventilkegel 40 in dem Hauptventilkegel 20 aufgenommen. Ein Spitzenende der Druckkompensationshülse 91 dringt gleitend in die Innenkammer 49 des Hilfsventilkegels 40 ein. Die Feder 92 wird durch eine Tellerfeder gebildet und ist zwischen der Druckkompensationshülse 91 und den Hilfsventilkegel 40 angeordnet. Die Druckkompensationshülse 91 wird elastisch durch die Feder 92 in einer Richtung weg von dem Hilfsventilkegel 40 gedruckt.
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Der Pilotventilsitz 51 ist an einem oberen Ende der Druckkompensationshülse 91 ausgebildet, und der Pilotstift 60 sitzt von oben auf dem Pilotventilsitz 51 auf. Wenn der Pilotstift 60 von dem Pilotventilsitz 51 gehoben wird, ist die Hilfspilotkammer 41 oberhalb des Pilotventilsitzes 51 über einen hohlen Teil der Druckkompensationshülse 91 mit der Innenkammer 49 verbunden.
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Der Hauptventilkegel 20, die Druckkompensationshülse 91, der Hilfsventilkegel 40 und der Pilotstift 60 sind koaxial angeordnet.
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Die anderen Komponenten sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform.
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Wenn in dieser Ausführungsform der Druck der Hilfspilotkammer 41 steigt, bewegt sich die Druckkompensationshülse 91 nach unten gegen die Feder 92. Deshalb wird ähnlich wie in der ersten Ausführungsform die Rückstellfeder 69, die den Pilotstift 60 in der Ventilschließrichtung drückt, expandiert und wird die Gegenfeder 71, die den Pilotstift 60 in der Ventilöffnungsrichtung vorspannt, gebogen. Daraus resultiert, dass die auf den Pilotstift 60 wirkende Ventilschließkraft vermindert wird, sodass der Effekt der Druckerhöhung in der Hilfspilotkammer 41 aufgehoben wird. Also auch in dieser Ausführungsform kann die Beziehung zwischen der Stromversorgung des Solenoids S und dem Hub des Pilotstifts 60 unabhängig von der Druckvariation in der Hilfspilotkammer 41 konstant gehalten werden.
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Mit Bezug auf 8 und 9 wird im Folgenden eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Wie in 8 gezeigt, ist das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil 1 ein unidirektionales Flusssteuerventil, das die Flussrate des von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 fließenden Arbeitsöls steuern soll.
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Drei Ventile, nämlich das Hauptventil V1, das Hilfsventil V2 und das Pilotventil V3, sind im Inneren des Solenoid-betriebenen Flusssteuerventils 1 vorgesehen.
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Das Hauptventil V1 umfasst einen ringförmigen Hauptventilsitz 11, der in dem Ventilgehäuse 9 gegenüber der ersten Öffnung 12 ausgebildet ist, und den zylindrischen Hauptventilkegel 20, der von der Innenseite des Ventilgehäuses 9 her auf dem Hauptventilsitz 11 aufsitzt. Der Hauptventilkegel 20 ist derart in das Ventilgehäuse 9 gepasst, dass er frei in der Axialrichtung gleiten kann. Die zweite Öffnung 13 öffnet sich in das Ventilgehäuse 9 gegenüber einer Seitenflache des Hauptventilkegels 20.
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Der auf dem Hauptventilsitz 11 aufsitzende Hauptventilkegel 20 umfasst einen ringförmigen Druckempfangsteil, der zu der zweiten Öffnung 13 auf der Außenseite des Hauptventilsitzes 11 freiliegt. Der Druck der zweiten Öffnung 13 wirkt auf den Druckempfangsteil, um den Hauptventilkegel 20 in einer Hubrichtung oder mit anderen Worten in einer Ventilöffnungsrichtung vorzuspannen.
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Die Hauptpilotkammer 21 ist in dem Ventilgehäuse 9 der Rückfläche des Hauptventilkegels 20 zugewandt ausgebildet. Die Hauptpilotkammer 21 ist über die Hauptpilotöffnung 24B mit der zweiten Öffnung 13 verbunden.
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Der Hauptventilkegel 20 wird durch den Hauptpilotdruck der Hauptpilotkammer 21 zu dem Hauptventilsitz 11 oder mit anderen Worten in der Ventilschließrichtung vorgespannt.
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Die Hauptrückstellfeder 8 zum Vorspannen des Hauptventilkegels 20 in der Ventilschließrichtung ist zwischen dem Ventilgehäuse 9 und dem Hauptventilkegel 20 angeordnet.
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Wenn die durch den Arbeitsöldruck der zweiten Öffnung 13 auf den Hauptventilkegel 20 ausgeübte Ventilöffnungskraft größer als die durch den Hauptpilotdruck der Hauptpilotkammer 21 und die Federkraft der Hauptrückstellfeder 8 ausgeübte Ventilschließkraft ist, wird der Hauptventilkegel 20 von dem Hauptventilsitz 11 gehoben.
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Das Hilfsventil V2 ist ein Ventil, das den Hauptpilotdruck der Hauptpilotkammer 21 steuert. Das Hilfsventil V2 ist auf der Innenseite des Hauptventilkegels 20 vorgesehen.
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Das Hilfsventil V2 umfasst den ringförmigen Hilfsventilsitz 31, der auf der Innenseite des Hauptventilkegels 20 vorgesehen ist, und den Hilfsventilkegel 40, der derart auf den mittleren Teil des Hauptventilkegels 20 gepasst ist, dass er in der Axialrichtung koaxial zu dem Hauptventilkegel 20 gleiten kann.
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Die Druckkammer 48, die das Spitzenende des Hilfsventilkegels 40 umgibt, ist auf der Außenseite des Hilfsventilsitzes 31 und auf der Innenseite des Hauptventilkegels 20 ausgebildet. Die Druckkammer 48 ist über den Durchgang 29 in dem Hauptventilkegel 20 immer mit der Hauptpilotkammer 21 verbunden. Der Druck der Druckkammer 4 spannt den Hilfsventilkegel 40 in einer Hubrichtung von dem Hilfsventilsitz 31 oder mit anderen Worten in einer Ventilöffnungsrichtung vor.
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Der Hilfsventilsitz 31 ist an dem Spitzenende der zylindrischen Druckkompensationshülse 81 ausgebildet. Die Druckkompensationshülse 81 ist in ein Gleitloch gepasst, das koaxial zu dem Hilfsventilkegel 40 in dem Hauptventilkegel 20 ausgebildet ist, sodass die Druckkompensationshülse 81 in der Axialrichtung gleiten kann, während der Hilfsventilsitz 31 dem Hilfsventilkegel 40 zugewandt ist. Die Feder 82, die den Hilfsventilsitz 31 elastisch zu dem Hilfsventilkegel 40 drückt, ist zwischen dem Hilfsventilsitz 31 und dem Hauptventilsitz 20 angeordnet.
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Die zylindrische Innenkammer 49 ist in dem Hilfsventilkegel 40 ausgebildet. Die Innenkammer ist über ein Durchgangsloch 83 in einer unteren Fläche der Druckkompensationshülse 81 und ein Durchgangsloch 28 in einem unteren Teil des Hauptventilkegels 20 stets mit der ersten Öffnung 12 verbunden. Wenn der Hilfsventilkegel 40 auf dem Hilfsventilsitz 31 aufsitzt, ist die Druckkammer 48 dicht geschlossen. Doch wenn der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben ist, ist die Druckkammer 48 mit der ersten Öffnung 12 verbunden.
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Die Hilfspilotkammer 41 ist in dem Hauptventilkegel 20 der Rückfläche des Hilfsventilkegels 40 zugewandt ausgebildet. Die Hilfspilotkammer 41 ist über die Hilfspilotöffnung 44B mit der zweiten Öffnung 13 verbunden.
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Der Hilfsventilkegel 40 wird durch den Hilfspilotdruck der Hilfspilotkammer 41 zu dem Hilfsventilsitz 31 oder mit anderen Worten in der Ventilschließrichtung vorgespannt.
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Die Hilfsrückstellfeder 7, die den Hilfsventilkegel 40 in der Ventilschließrichtung vorspannt, ist zwischen dem Gehäuse 9 und dem Hilfsventilkegel 40 angeordnet.
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Der Druck, der über die Leitung 29 von der Hauptpilotkammer 21 zu der Druckkammer 48 geführt wird, wirkt als eine Ventilöffnungskraft auf den Hilfsventilkegel 40. Wenn die Ventilöffnungskraft größer als die durch den Druck der Hilfspilotkammer 41 und die Federkraft der Hilfsrückstellfeder 7 auf den Hilfsventilkegel 40 ausgeübte Ventilschließkraft ist, wird der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben.
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Wenn der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben wird, ist die Druckkammer 48 mit der ersten Öffnung 12 verbunden. Wenn die Druckkammer 48 mit der ersten Öffnung 12 verbunden ist, fließt das Arbeitsöl in der Hauptpilotkammer 21 über den Durchgang 29, die Druckkammer 48 und die Durchgangslöcher 83 und 23 zu der ersten Öffnung 12. Dadurch wird der Druck der Hauptpilotkammer 21 vermindert.
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Das Pilotventil V3 ist ein Ventil, das den Hilfspilotdruck der Hilfspilotkammer 41 steuert. Das Pilotventil V3 ist zwischen der Hilfspilotkammer 41 und der Innenkammer 49 vorgesehen. Das Pilotventil V3 umfasst den Pilotventilsitz 51, der sich durch den oberen Endteil des Hilfsventilkegels 40 erstreckt, und den Pilotstift 60, der sich durch die Hilfspilotkammer 41 in der Längsrichtung erstreckt und auf dem Pilotventilsitz 51 aufsitzen kann.
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Wenn der Pilotstift 60 auf dem Pilotventilsitz 51 aufsitzt blockiert das Pilotventil V3 die Verbindung zwischen der Hilfspilotkammer 41 und der Innenkammer 49. Wenn der Pilotstift 60 von dem Pilotventilsitz 51 gehoben ist, fließt das Arbeitsöl aus der Hilfspilotkammer 41 von der Innenkammer 49 zu der ersten Öffnung 12. Daraus resultiert, dass sich der Druck der Hilfspilotkammer 41 vermindert.
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Der Pilotstift 60 wird durch das in 9 gezeigte Solenoid S angetrieben. Der Antriebsaufbau zum Antreiben des Pilotstifts 60 unter Verwendung des Solenoids S ist im wesentlichen identisch mit demjenigen der ersten Ausführungsform.
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In 8 und 9 wird der Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 durch Pfeile angegeben.
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Insbesondere wenn der Pilotstift 60 durch eine Stromversorgung des Solenoids S von dem Pilotventilsitz 51 gehoben wird, fließt das Arbeitsöl von der zweiten Öffnung 13 durch die Hilfspilotöffnung 44 in die Hilfspilotkammer 41, anschließend über das Pilotventil V3 in die Innenkammer 49 und dann über das Durchgangsloch 83 und das Durchgangsloch 28 zu der ersten Öffnung 12. Der Druck der zweiten Öffnung 13 wird über die Hauptpilotöffnung 24 zu der Hauptpilotkammer 21 geführt.
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Wenn die Flussrate des von der zweiten Öffnung 13 über die Hilfspilotkammer 41 zu der ersten Öffnung 12 fließenden Arbeitsöls größer wird, vermindert sich der Druck der Hilfspilotkammer 41 relativ zu dem Druck der zweiten Öffnung 13. Daraus resultiert, dass die auf den Hilfsventilkegel 40 wirkende Ventilschließkraft vermindert wird. Und wenn der Druck der Hauptpilotkammer 21, der über den Durchgang 29 auf die Druckkammer 48 wirkt, größer als die auf den Hilfsventilkegel 40 wirkende Ventilschließkraft ist, wird der Hilfsventilkegel 40 von dem Hilfsventilsitz 31 gehoben, wodurch der Hilfsventilkegel V2 geöffnet wird.
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Wenn das Hilfsventil V2 geöffnet ist, wird ein Fluss des Arbeitsöls von der Hauptpilotkammer 21 über den Durchgang 29, die Druckkammer 48, die Innenkammer 49 und das Rückschlagventil 37 zu der ersten Öffnung 12 gebildet. Mit anderen Worten werden für den Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 ein Fluss durch das Pilotventil V3 und ein Fluss durch das Hilfsventil V2 vorgesehen.
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Wenn die Flussrate des von der zweiten Öffnung 13 über das Hilfsventil V2 zu der ersten Öffnung 12 fließenden Arbeitsöls größer wird, vermindert sich der Druck der Hauptpilotkammer 21 relativ zu dem Druck der zweiten Öffnung 13. Daraus resultiert, dass sich die auf den Hauptventilkegel 20 wirkende Ventilschließkraft vermindert. Und wenn die durch das Arbeitsöl in der zweiten Öffnung 13 auf den Hauptventilkegel 20 ausgeübte Ventilöffnungskraft größer als die auf den Hauptventilkegel 20 wirkende Ventilschließkraft ist, wird der Hauptventilkegel 20 von dem Hauptventilsitz 11 gehoben, wodurch das Hauptventil V1 geöffnet wird.
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Wenn das Hauptventil V1 geöffnet ist, wird ein Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung 13 über den Zwischenraum zwischen dem Hauptventilkegel 20 und dem Hauptventilsitz 11 direkt zu der ersten Öffnung 12 gebildet. Für den Fluss des Arbeitsöls von der zweiten Öffnung zu der ersten Öffnung werden also der Fluss durch das Pilotventil V3, der Fluss durch das Hilfsventil V2 und der Fluss durch das Hauptventil V1 vorgesehen.
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Also auch in dem Solenoid-betriebenen Flusssteuerventil 1 gemäß dieser Ausführungsform werden ähnliche Flusseigenschaften wie in der ersten Ausführungsform von 6 für das von der zweiten Öffnung 13 zu der ersten Öffnung 12 fließende Arbeitsöl erhalten.
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Der Inhalt von
JP 2010-138925 A mit Einreichungsdatum vom 9. Dezember 2008 ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
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Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf bestimmte Ausfuhrungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausfuhrungsformen beschränkt ist. Der Fachmann kann verschiedene Variationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vornehmen, ohne dass deshalb der durch die Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
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Zum Beispiel kann eine wasserlösliche Flüssigkeit anstelle des Arbeitsöls als Fluid verwendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Erfindungsumfangs auf verschiedene Weise modifiziert werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Solenoid-betriebene Flusssteuerventil gemäß dieser Erfindung ist für die Verwendung in einer Maschine oder in einem Fahrzeug geeignet, in der bzw. in dem eine elektrische Flusssteuerung erforderlich ist. Es kann sich zum Beispiel um eine Industrie- oder Landwirtschaftsmaschine handeln.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.
