EP2767719B1 - Ventil - Google Patents

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EP2767719B1
EP2767719B1 EP14000091.0A EP14000091A EP2767719B1 EP 2767719 B1 EP2767719 B1 EP 2767719B1 EP 14000091 A EP14000091 A EP 14000091A EP 2767719 B1 EP2767719 B1 EP 2767719B1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
pressure
actuating device
valve
control
Prior art date
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Active
Application number
EP14000091.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2767719A2 (de
EP2767719A3 (de
Inventor
Frank Kattler
Jörg Fassian
Christian Groh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac Electronic GmbH
Original Assignee
Hydac Electronic GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydac Electronic GmbH filed Critical Hydac Electronic GmbH
Publication of EP2767719A2 publication Critical patent/EP2767719A2/de
Publication of EP2767719A3 publication Critical patent/EP2767719A3/de
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Publication of EP2767719B1 publication Critical patent/EP2767719B1/de
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • F15B13/0403—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves a secondary valve member sliding within the main spool, e.g. for regeneration flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B13/024—Pressure relief valves
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
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    • F15B2013/004—Cartridge valves
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    • F15B2211/50509—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means
    • F15B2211/50518—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means using pressure relief valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/55—Pressure control for limiting a pressure up to a maximum pressure, e.g. by using a pressure relief valve

Definitions

  • the invention relates to a valve with the features in the preamble of claim 1.
  • Such valves are typically used as directional control valves, which shut off or release various hydraulic lines from one another and can produce changing line connections. In this way, the direction of action of pressures and volume flows can be influenced and a hydraulic consumer, such as a working cylinder or hydraulic motor, can be controlled with regard to start, stop and direction of movement.
  • Directional valves are used to open or close the hydraulic lines as flow paths and to constantly change the line connections. Due to their control function, directional control valves have at least two control states, also called switching positions, and at least two fluid connections and links.
  • an actuating device typically designed as an electromagnet
  • a return device such as a return spring, can be provided on the directional control valve.
  • a pressure limitation may be necessary or desirable a hydraulic consumer is only to be acted upon with fluid pressure up to a prescribable pressure level.
  • a pressure limitation should be ensured in a reliable manner, at least in one control state.
  • the DE 10 2006 012 030 A1 describes a generic valve comprising a valve housing with a plurality of fluid connections which comprise at least one supply connection and at least one useful connection, a control piston that can be moved in the valve housing for controlling the fluid connections and an actuating device that assumes different control states for the control piston, with at least one control state of the actuating device by means of a pressure limiting device the outlet pressure in the utility port follows the changing inlet pressure in the supply port to a predeterminable pressure level, the control piston releasing a fluid path from the supply port to the utility port in at least one control state of the actuating device, and that the pressure limiting device additionally closes a further fluid path from the supply port when the input pressure exceeds an opening pressure another fluid connection, in particular a tank connection, releases, with ü Input pressure components exceeding the opening pressure can be discharged via the further fluid path, the pressure limiting device comprising a pre-tensioned, movable limiter piston which closes the further fluid path and releases the corresponding input pressure against the
  • the object of the invention is to integrate further functions, such as a pressure limiting function, into a valve of the type mentioned at the outset in a simple manner, in particular in a manner that saves space.
  • a valve according to the invention is characterized in that the valve has a valve insert, that the limiter piston is arranged in addition to the control piston in a piston chamber of the valve insert; and that in the non-actuated control state of the actuating device the limiter piston can be moved in the direction of a stop at the end of the piston chamber opposite the actuating device to release the further fluid path.
  • the output pressure in the useful connection follows the changing input pressure in the supply connection to a prescribable pressure level by means of a pressure limiting device.
  • the pressure level is specified or set according to the purpose of the valve, such as the supply of a hydraulic consumer via the utility connection.
  • the valve according to the invention is set in such a way that when pressure is supplied via the supply connection, the inlet pressure is routed to the useful connection, so that the output pressure in the useful connection initially follows the inlet pressure in the supply connection linearly and approaches the specified pressure level as the input pressure continues to rise. If the inlet pressure exceeds a specified opening pressure or threshold value, the inlet pressure corresponding to the specified pressure level is supplied to the useful connection as outlet pressure and excess inlet pressure components are discharged in another way.
  • a degressive characteristic curve for the at least one control state is set in such a way that the output pressure in the useful connection is initially equal to the input pressure in the supply connection follows linearly and in the further course approaches or drops to the prescribable pressure level.
  • the control piston releases a fluid path from the supply connection to the utility connection and, above an input pressure corresponding to the presettable pressure level, the pressure limiting device also releases a further fluid path from the supply connection to a further fluid connection, in particular a tank connection.
  • excess input pressure components are discharged via the further fluid connection, so that a pressure limitation is achieved in the fluid path from the supply connection to the useful connection.
  • the pressure limiting device comprises a movable, pretensioned limiter piston which closes the further fluid path and releases it against the pretensioning force at a corresponding input pressure.
  • the input pressure required to move the limiter piston against the pre-tensioning force until an end position is reached and the fluid outflow via the further fluid path determine the presettable pressure level of the output pressure.
  • the pressure level of the output pressure can be predetermined or adjusted via the preload and the movement of the movable limiter piston and the further fluid path.
  • the movable limiter piston is arranged in the piston chamber of a valve insert and, in the non-actuated control state of the actuating device, can be moved to a stop at the end of the piston chamber opposite the actuating device to release the further fluid path.
  • the control piston In the non-actuated control state of the actuating device, the control piston remains in its rest position and releases a fluid path from the supply connection to the useful connection. As soon as the input pressure at the supply connection has reached a
  • the pretensioned movable limiter piston is guided towards the stop from its corresponding rest position so that the inlet pressure components exceeding the opening pressure can be discharged via the released further fluid path, for example fed to a tank connection.
  • the pretensioning force can be adjusted via a spring element engaging the movable limiter piston and / or can be changed by means of an adjusting device, such as an adjusting screw, which preferably engages the spring element.
  • an adjusting device such as an adjusting screw
  • constructions of the valve according to the invention are also conceivable with a fixed, predetermined opening pressure for the limiter piston and a fixed predetermined pressure level.
  • the pressure limiting device particularly preferably comprises both the control piston and the additional movable limiter piston in the piston chamber.
  • the additional limiter piston In the non-actuated control state of the actuating device, the additional limiter piston is spaced from the assigned stop, is moved towards the stop when the opening pressure is reached by the input pressure in the supply connection and, with this piston movement, releases the further fluid path for discharging excess input pressure components.
  • the outlet pressure in the utility connection approaches the specified pressure level.
  • the control piston In the actuated control state of the actuating device, the control piston is spaced from the associated control piston stop, guides the additional limiter piston against its bias against its stop and lies against the limiter piston in a sealing manner, so that the further fluid path is initially closed. If the inlet pressure in the supply connection reaches a further opening pressure which is significantly higher than the opening pressure specified for the non-actuated control state of the actuating device, the control piston is opposed to that of the Actuating device applied force is moved in the direction of the assigned control piston stop and by spacing the control piston from the additional limiter piston, the further fluid path for discharging corresponding input pressure components is released.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a valve 1 according to the invention with a valve housing 3, which has an in Fig. 1 first valve housing part 5 shown on the left and a second valve housing part 7 shown on the right, which latter serves as an actuating part of the valve.
  • a supply connection P and a useful connection A are formed, which each lead radially to a valve insert 8 with a piston chamber 9 extending along an axis L.
  • the piston chamber 9 of the valve insert 8 is provided with an end screw 10 in which fluid passages 12 are formed which connect the piston chamber 9 of the valve insert 8 to a tank connection T on the first valve housing part 5.
  • a control piston 11 is movably guided along the longitudinal axis L. Fluid connections between the fluid connections, the supply connection P, the utility connection A and the tank connection T, are released or blocked or throttled according to the configuration of the hollow chamber-like control piston 11, which is provided with fluid passages in particular, and its position in the piston chamber 9.
  • the position of the control piston 11 in the piston chamber 9 is set via an actuating device 13 which is arranged in the extension-like second valve housing part 7.
  • the actuating device 13 is formed by a so-called “pushing” electromagnet, which has a magnetic coil 15 and a magnet armature in the form of a longitudinally movable magnetic piston 17.
  • the actuating device 13 generates a movement of the magnetic piston 17 in when the coil 15 is energized Fig. 1 to the left.
  • This extending movement transmits an actuating rod 19 connected to the magnetic piston 17 to the facing end 21 of the control piston 11 and moves it, compressing a return spring 23 that is clamped between a snap ring 25 on the control piston 11 and a shoulder 27 on the valve insert 8.
  • the restoring spring 23 holds the control piston 11 on the pole core 29 of the actuating device 13.
  • Fig. 2 and 3 is the unactuated control state, ie the state in the absence of current to the coil 15 shown more clearly, with the Fig. 3 shows a state in which a higher pressure is applied to the supply connection P than in the state of Fig. 2 the case is. While in the state of Fig. 2 a pressure limiting device 31 is ineffective is in the state of Fig. 3 the pressure-limiting device 31 is active, ie effective.
  • the pressure limiting device 31 has a movable limiter piston 33, which can be moved coaxially in the control piston 11 and moves into an in Fig. 2 shown closed position is biased.
  • Fig. 3 differs from that Fig. 2 in that the inlet pressure supplied via the supply connection P is sufficient to move the movable limiter piston 33 against the force of a spring element 45 in the direction of a stop surface 47 on the end screw 10, see arrow 49 in FIG Fig. 3 .
  • a connection between the interior 37 of the control piston 11 and the locking screw 10 and through their passages 12 to the tank connection T is formed via a passage 52 of the control piston 11.
  • the pressure at the service port A no longer follows the supply pressure P linearly, but becomes the in Fig. 4
  • the characteristic curve shown is formed in which the linear Section I is followed by a degressive section II.
  • the limiter piston 33 has a larger diameter at a shoulder 51 than the seat diameter s ( Fig. 2 ) on. In connection with a slight throttling between the shoulder 51 and the tank connection T, a lifting aid for the response of the pressure limiter function of the limiter piston 33 is thereby formed.
  • FIG. 4 The characteristic curve corresponding to the unactuated control state of the actuating device 13, which shows the dependence of the output pressure p_Aktuator in the unit [bar] on the input pressure p_input in the unit [bar], is shown in FIG Fig. 4 shown.
  • the output pressure p_Aktuator follows the input pressure p_input linearly, the slope corresponding to the throttling of the fluid flow from the supply to the utility connection.
  • a subsequent second section II which is the representation of Fig.
  • the output pressure p_Aktuator follows the input pressure p_input with decreasing slope and approaches a predetermined pressure level p with increasing input pressure p_input.
  • the first section I is left as soon as the opening pressure is reached and the movable limiter piston 33 performs a piston movement (arrow 49), in other words, the spring element 45 of the pressure limiting device 31 is compressed by the supplied input pressure p_input.
  • the piston 33 is moved towards the stop surface 47, the fluid pressure that can be conveyed from the supply connection P via a fluid path 41, 43 to the utility connection A and via a further fluid path 52, 12 to the tank connection T is limited overall.
  • the preload of the movable limiter piston 33 and thus the threshold value at which the pressure limiter function begins can be specified in the present example by means of an adjusting screw 53 which is screwed into the end screw 10. If on the adjustment option is dispensed with, a simple spring seat can also be provided and the adjusting screw 53 can be omitted.
  • the magnetic force thus generated causes an actuation movement S of the control piston 11 via the actuation rod 19 and, by entrainment of the limiter piston 33, a piston movement K for the latter.
  • the input pressure supplied at the supply connection P is sufficient to move the control piston 11 against the magnetic force of the energized actuating device 13 in accordance with a return movement R.
  • the seat surface 35 of the control piston 11 is spaced apart from the position of the limiter piston 33, which is unchanged in its position, and the fluid passage 52 is released as a further fluid path to the tank connection T.
  • the representation of the Fig. 6 corresponds to the representation of Fig. 3 , where im in Fig. 6 shown actuated control state of the actuating device 13 of the further fluid path or the fluid passage 52 by a return movement R of the control piston 11 and in FIG Fig.
  • Fig. 7 shows a circuit symbol for the valve 1.
  • the valve 1 is designed as a 3/2-way valve and comprises three fluid connections, the supply connection P, the utility connection A and the tank connection T.
  • the valve 1 can be switched between switching positions and over by means of the electromagnetic actuating device 13 the return spring 23 can be guided back into the rest position corresponding to a first switching position.
  • a further fluid path to the tank connection T is additionally released via a spring-loaded check valve, which in this respect corresponds to the movable limiter piston 33 acted upon by the spring element 45.
  • the valve 1 In the second switching position, the valve 1 is a direct Acting pressure relief valve, the pressure limitation of which is specified, among other things, via the actuating force of the actuating device 13, the return spring 23 and the seat diameter s of the seat 35 on the control piston 11 for the limiter piston 33.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Derartige Ventile werden typischerweise als Wegeventile eingesetzt, welche verschiedene hydraulische Leitungen gegeneinander absperren oder freigeben und wechselnde Leitungsverknüpfungen herstellen können. Auf diese Weise kann die Wirkungsrichtung von Drücken und Volumenströmen beeinflusst und somit ein hydraulischer Verbraucher, wie ein Arbeitszylinder oder Hydraulikmotor, bezüglich Start, Stopp und Bewegungsrichtung gesteuert werden. Wegeventile dienen zum Öffnen oder Schließen der hydraulischen Leitungen als Durchflusswege und zum ständigen Wechsel der Leitungsverknüpfungen. Aufgrund ihrer Steuerfunktion weisen Wegeventile mindestens zwei Steuerzustände, auch Schaltstellungen genannt, und mindestens zwei Fluidanschlüsse und Verknüpfungen auf. Um ein Wegeventil in den gewünschten Steuerzustand zu überführen, ist eine typischerweise als Elektromagnet ausgebildete Betätigungseinrichtung vorgesehen. Zur Rückführung in einen bevorzugten Steuerzustand kann eine Rückstelleinrichtung, wie eine Rückstellfeder, am Wegeventil vorgesehen sein.
  • Je nach Einsatz des Ventils in einem hydraulischen System kann eine Druckbegrenzung dahingehend erforderlich oder wünschenswert sein, dass ein hydraulischer Verbraucher nur bis zu einem vorgebbaren Druckniveau mit Fluiddruck zu beaufschlagen ist. In Anbetracht schneller Schaltwechsel der Betätigungseinrichtung zwischen verschiedenen Steuerzuständen soll eine derartige Druckbegrenzung zumindest in einem Steuerzustand in zuverlässiger Weise sichergestellt sein.
  • Die DE 10 2006 012 030 A1 beschreibt ein gattungsgemäßes Ventil umfassend ein Ventilgehäuse mit mehreren Fluidanschlüssen, die zumindest einen Versorgungsanschluss und zumindest einen Nutzanschluss umfassen, einen im Ventilgehäuse verfahrbaren Steuerkolben zur Ansteuerung der Fluidanschlüsse und eine verschiedene Steuerzustände für den Steuerkolben einnehmende Betätigungseinrichtung, wobei zumindest in einem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung mittels einer Druckbegrenzungseinrichtung der Ausgangsdruck im Nutzanschluss dem sich ändernden Eingangsdruck im Versorgungsanschluss auf ein vorgebbares Druckniveau nachfolgt, wobei der Steuerkolben in zumindest einem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung einen Fluidweg vom Versorgungsanschluss zum Nutzanschluss freigibt, und dass die Druckbegrenzungseinrichtung bei einem einen Öffnungsdruck übersteigenden Eingangsdruck zusätzlich einen weiteren Fluidweg vom Versorgungsanschluss zu einem weiteren Fluidanschluss, insbesondere einem Tankanschluss, freigibt, wobei über den weiteren Fluidweg den Öffnungsdruck übersteigende Eingangsdruckanteile abführbar sind, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung einen vorgespannten, bewegbaren Begrenzerkolben umfasst, der den weiteren Fluidweg verschließt und bei dem Öffnungsdruck entsprechenden Eingangsdruck gegen die Vorspannkraft freigibt.
  • Weitere Ventile gehen aus der DE 2 249 120 und der DE 10 2009 019 552 A1 hervor.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, in ein Ventil der eingangs genannten Art weitere Funktionen, wie eine Druckbegrenzungsfunktion, in einfacher, insbesondere bauraumsparender, Weise zu integrieren.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
  • Ein erfindungsgemäßes Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil einen Ventileinsatz aufweist, dass der Begrenzerkolben zusätzlich zum Steuerkolben in einem Kolbenraum des Ventileinsatzes angeordnet ist; und dass der Begrenzerkolben im unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung zur Freigabe des weiteren Fluidweges in Richtung auf einen Anschlag am der Betätigungseinrichtung gegenüberliegenden Ende des Kolbenraums hin bewegbar ist.
  • Es ist ferner vorgesehen, dass zumindest in einem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung mittels einer Druckbegrenzungseinrichtung der Ausgangsdruck im Nutzanschluss dem sich ändernden Eingangsdruck im Versorgungsanschluss auf ein vorgebbares Druckniveau nachfolgt.
  • Das Druckniveau wird entsprechend dem Einsatzzweck des Ventils, wie der Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers über den Nutzanschluss, vorgegeben bzw. eingestellt. Typischerweise ist das erfindungsgemäße Ventil derart eingestellt, dass bei einer Druckversorgung über den Versorgungsanschluss der Eingangsdruck zum Nutzanschluss geführt wird, so dass der Ausgangsdruck im Nutzanschluss zunächst dem Eingangsdruck im Versorgungsanschluss linear folgt und sich bei weiter steigendem Eingangsdruck dem vorgegebenen Druckniveau annähert. Übersteigt der Eingangsdruck einen vorgegebenen Öffnungsdruck bzw. Schwellenwert, wird der dem vorgegebenen Druckniveau entsprechende Eingangsdruck als Ausgangsdruck dem Nutzanschluss zugeführt und übersteigende Eingangsdruckanteile werden anderweitig abgeführt. Erfindungsgemäß wird eine degressive Kennlinie für den zumindest einen Steuerzustand dahingehend eingestellt, dass der Ausgangsdruck im Nutzanschluss zunächst dem Eingangsdruck im Versorgungsanschluss linear folgt und im weiteren Verlauf sich dem vorgebbaren Druckniveau annähert oder auf dieses abfällt.
  • Der Steuerkolben gibt in zumindest einem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung einen Fluidweg vom Versorgungsanschluss zum Nutzanschluss frei und gibt die Druckbegrenzungseinrichtung oberhalb eines dem vorgebbaren Druckniveau entsprechenden Eingangsdruck zusätzlich einen weiteren Fluidweg vom Versorgungsanschluss zu einem weiteren Fluidanschluss, insbesondere einem Tankanschluss, frei. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils werden überschüssige Eingangsdruckanteile über den weiteren Fluidanschluss abgeführt, so dass eine Druckbegrenzung im Fluidweg vom Versorgungsanschluss zum Nutzanschluss erreicht ist.
  • Die Druckbegrenzungseinrichtung umfasst einen bewegbaren, vorgespannten Begrenzerkolben, der den weiteren Fluidweg verschließt und bei einem entsprechenden Eingangsdruck gegen die Vorspannkraft freigibt. Der zur Bewegung des Begrenzerkolbens gegen die Vorspannkraft bis zum Erreichen einer Endlage erforderliche Eingangsdruck und der Fluidabfluss über den weiteren Fluidweg bestimmen das vorgebbare Druckniveau des Ausgangsdrucks. Anders ausgedrückt ist das Druckniveau des Ausgangsdrucks über die Vorspannung und die Bewegung des bewegbaren Begrenzerkolbens und den weiteren Fluidweg vorgebbar bzw. einstellbar.
  • Der bewegbare Begrenzerkolben ist zusätzlich zum Steuerkolben im Kolbenraum eines Ventileinsatzes angeordnet und im unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung zur Freigabe des weiteren Fluidweges zu einem Anschlag am der Betätigungseinrichtung gegenüberliegenden Ende des Kolbenraums hin bewegbar. Im unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung verbleibt der Steuerkolben in seiner Ruhestellung und gibt einen Fluidweg vom Versorgungsanschluss zum Nutzanschluss frei. Sobald der am Versorgungsanschluss anstehende Eingangsdruck einen
  • Öffnungsdruck zur Freigabe des weiteren Fluidwegs übersteigt, wird der vorgespannte bewegbare Begrenzerkolben zum Anschlag hin aus seiner entsprechenden Ruhestellung geführt, so dass den Öffnungsdruck übersteigende Eingangsdruckanteile über den freigegebenen weiteren Fluidweg abgeführt, beispielsweise einem Tankanschluss zugeführt, werden können.
  • Die Vorspannkraft kann über ein am bewegbaren Begrenzerkolben angreifendes Federelement eingestellt und/oder mittels einer bevorzugterweise am Federelement angreifenden Stelleinrichtung, wie einer Stellschraube, veränderbar sein. Es sind jedoch auch Konstruktionen des erfindungsgemäßen Ventils vorstellbar mit einem fest eingestellten vorgegebenen Öffnungsdruck für den Begrenzerkolben und einem fest vorgegebenen Druckniveau.
  • Besonders bevorzugt umfasst erfindungsgemäß die Druckbegrenzungseinrichtung sowohl den Steuerkolben als auch den zusätzlichen bewegbaren Begrenzerkolben im Kolbenraum. Im unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung ist der zusätzliche Begrenzerkolben vom zugeordneten Anschlag beabstandet, wird bei Erreichen des Öffnungsdrucks durch den Eingangsdruck im Versorgungsanschluss zum Anschlag hin bewegt und gibt bei dieser Kolbenbewegung den weiteren Fluidweg zur Abführung überschüssiger Eingangsdruckanteile frei. In Folge dessen nähert sich bei weiter ansteigendem Eingangsdruck der Ausgangsdruck im Nutzanschluss dem vorgegebenen Druckniveau an.
  • Im betätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung ist der Steuerkolben vom zugeordneten Steuerkolbenanschlag beabstandet, führt den zusätzlichen Begrenzerkolben gegen dessen Vorspannung an seinen Anschlag und liegt dichtend am Begrenzerkolben an, so dass der weitere Fluidweg zunächst verschlossen ist. Erreicht der Eingangsdruck im Versorgungsanschluss einen weiteren Öffnungsdruck, welcher wesentlich höher ist als der für den unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung vorgegebene Öffnungsdruck, wird der Steuerkolben gegen die von der Betätigungseinrichtung aufgebrachte Kraft in Richtung des zugeordneten Steuerkolbenanschlags bewegt und durch Beabstandung des Steuerkolbens vom zusätzlichen Begrenzerkolben wird der weitere Fluidweg zur Abführung entsprechender Eingangsdruckanteile freigegeben.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht sein. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil;
    Fig. 2
    einen schematisch vereinfachten Teilausschnitt des Ventils in unbetätigtem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung bei einem unterhalb eines Schwellenwertes liegenden Eingangsdruck;
    Fig. 3
    eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung bei einem oberhalb des Schwellenwertes liegenden Eingangsdruck;
    Fig. 4
    eine Kennlinie für das Ventil, wobei ein mit I bezeichneter Bereich den Verlauf bei dem in Fig. 2 gezeigten Betriebszustand und ein mit II bezeichneter Bereich den Verlauf bei dem Betriebszustand von Fig. 3 darstellt;
    Fig. 5
    einen den Fig. 2 und 3 entsprechenden Teilausschnitt, jedoch bei betätigtem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung und bei unterhalb eines Schwellenwertes liegendem Eingangsdruck;
    Fig. 6
    einen der Fig. 5 entsprechenden Teilausschnitt bei einem einen Schwellenwert übersteigenden, erhöhten Eingangsdruck; und
    Fig. 7
    ein Schaltsymbol für das erfindungsgemäße Ventil.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil 1 mit einem Ventilgehäuse 3, das ein in Fig. 1 links gezeigtes erstes Ventilgehäuseteil 5 und ein rechts gezeigtes zweites Ventilgehäuseteil 7 aufweist, welch letzteres als Betätigungsteil des Ventils dient. Im ersten Ventilgehäuseteil 5 sind ein Versorgungsanschluss P und ein Nutzanschluss A ausgebildet, welche jeweils radial zu einem Ventileinsatz 8 mit einem sich längs einer Achse L erstreckenden Kolbenraum 9 führen. An dem in Fig. 1 links gelegenen Ende ist der Kolbenraum 9 des Ventileinsatzes 8 mit einer Abschlussschraube 10 versehen, in der Fluiddurchgänge 12 ausgebildet sind, die den Kolbenraum 9 des Ventileinsatzes 8 mit einem Tankanschluss T am ersten Ventilgehäuseteil 5 verbinden. Im Kolbenraum 9 ist ein Steuerkolben 11 entlang der Längsachse L verfahrbar geführt. Entsprechend der Ausgestaltung des insbesondere mit Fluiddurchlässen versehenen, hohlkammerartigen Steuerkolbens 11 und dessen Lage im Kolbenraum 9 werden Fluidverbindungen zwischen den Fluidanschlüssen, dem Versorgungsanschluss P, dem Nutzanschluss A und dem Tankanschluss T, freigegeben oder gesperrt oder gedrosselt.
  • Die Lage des Steuerkolbens 11 im Kolbenraum 9 ist über eine Betätigungseinrichtung 13, welche im fortsatzartigen zweiten Ventilgehäuseteil 7 angeordnet ist, eingestellt. Die Betätigungseinrichtung 13 ist durch einen sog. "drückenden" Elektromagneten gebildet, der eine Magnetspule 15 und einen Magnetanker in Form eines längsbeweglichen Magnetkolbens 17 aufweist. Als drückender Magnet erzeugt die Betätigungseinrichtung 13 bei Bestromung der Spule 15 eine Bewegung des Magnetkolbens 17 in Fig. 1 nach links. Diese ausfahrende Bewegung überträgt eine mit dem Magnetkolben 17 verbundene Betätigungsstange 19 auf das zugewandte Ende 21 des Steuerkolbens 11 und verschiebt diesen, wobei eine Rückstellfeder 23 komprimiert wird, die zwischen einem Sprengring 25 am Steuerkolben 11 und einem Absatz 27 am Ventileinsatz 8 eingespannt ist. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung, bei der die Magnetspule 15 nicht bestromt ist, hält die Rückstellfeder 23 den Steuerkolben 11 am Polkern 29 der Betätigungseinrichtung 13.
  • In Fig. 2 und 3 ist der unbetätigte Steuerzustand, d.h. der Zustand bei fehlender Bestromung der Spule 15 deutlicher dargestellt, wobei die Fig. 3 einen Zustand zeigt, bei dem am Versorgungsanschluss P ein höherer Druck anliegt, als dies beim Zustand von Fig. 2 der Fall ist. Während bei dem Zustand von Fig. 2 eine Druckbegrenzungseinrichtung 31 unwirksam ist, ist bei dem Zustand von Fig. 3 die Druckbegrenzungseinrichtung 31 aktiv, d.h. wirksam. Die Druckbegrenzungseinrichtung 31 weist einen bewegbaren Begrenzerkolben 33 auf, der im Steuerkolben 11 koaxial bewegbar ist und in eine in Fig. 2 gezeigte Schließstellung vorgespannt ist. In dieser Stellung dichtet der Begrenzerkolben 33 an einer Sitzfläche 35 des Steuerkolbens 11 ab, so dass keine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 37 des Steuerkolbens 11 und dem Tankanschluss T vorhanden ist. Dem Versorgungsanschluss P mit einem Eingangsdruck zugeführtes Fluid, das durch ein Sieb 39 und einen Fluiddurchlass 41 in den Innenraum 37 des Steuerkolbens 11 gelangt, kann dadurch nahezu ungehindert über einen weiteren Fluiddurchlass 43 zum Nutzanschluss A gelangen, d.h. der Druck am Anschluss A folgt dem Eingangsdruck am Versorgungsanschluss P.
  • Fig. 3 unterscheidet sich von der Fig. 2 dadurch, dass der über den Versorgungsanschluss P zugeführte Eingangsdruck ausreicht, um den bewegbaren Begrenzerkolben 33 gegen die Kraft eines Federelements 45 in Richtung auf eine Anschlagfläche 47 hin an der Abschlussschraube 10 zu bewegen, siehe Pfeil 49 in Fig. 3. Dadurch ist über einen Durchlass 52 dem Steuerkolben 11 eine Verbindung zwischen dem Innenraum 37 des Steuerkolbens 11 und der Abschlussschraube 10 und durch deren Durchgänge 12 hindurch zum Tankanschluss T gebildet. Dadurch folgt der Druck am Nutzanschluss A dem Versorgungsdruck P nicht weiter linear, sondern es wird der in Fig. 4 gezeigte Kennlinienverlauf gebildet, bei dem sich an den linearen Abschnitt I ein degressiv verlaufender Abschnitt II anschließt. Der Begrenzerkolben 33 weist an einem Absatz 51 einen größeren Durchmesser als der Sitzdurchmesser s (Fig. 2) auf. In Verbindung mit einer leichten Drosselung zwischen dem Absatz 51 und dem Tankanschluss T ist dadurch eine Hubhilfe für das Ansprechen der Druckbegrenzerfunktion des Begrenzerkolbens 33 gebildet.
  • Die dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung 13 entsprechende Kennlinie, welche die Abhängigkeit des Ausgangsdrucks p_Aktuator in der Einheit [bar] vom Eingangsdruck p_Eingang in der Einheit [bar] zeigt, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Spule 15 der Betätigungseinrichtung 13 ist unbestromt (I = 0 A). In einem ersten Abschnitt I, welcher der Darstellung von Fig. 2 entspricht, folgt der Ausgangsdruck p_Aktuator linear dem Eingangsdruck p_Eingang, wobei die Steigung der Drosselung des Fluidstroms vom Versorgungs- zum Nutzanschluss entspricht. In einem sich anschließenden zweiten Abschnitt II, welcher der Darstellung von Fig. 3 entspricht, folgt der Ausgangsdruck p_Aktuator mit abnehmender Steigung dem Eingangsdruck p_Eingang und nähert sich mit zunehmendem Eingangsdruck p_Eingang einem vorgegebenen Druckniveau p an. Der erste Abschnitt I wird verlassen, sobald der Öffnungsdruck erreicht ist und der bewegbare Begrenzerkolben 33 eine Kolbenbewegung (Pfeil 49) durchführt, anders ausgedrückt das Federelement 45 der Druckbegrenzungseinrichtung 31 durch den zugeführten Eingangsdruck p_Eingang komprimiert wird. Sobald der Kolben 33 gegen die Anschlagfläche 47 hin bewegt ist, ist der vom Versorgungsanschluss P über einen Fluidweg 41, 43 zum Nutzanschluss A und über einen weiteren Fluidweg 52, 12 zum Tankanschluss T führbare Fluiddruck insgesamt begrenzt.
  • Die Vorspannung des bewegbaren Begrenzerkolbens 33 und damit der Schwellenwert, bei dem die Druckbegrenzerfunktion beginnt, ist beim vorliegenden Beispiel mittels einer Einstellschraube 53 vorgebbar, die in die Abschlussschraube 10 eingeschraubt ist. Wenn auf die Verstellmöglichkeit verzichtet wird, kann auch ein einfacher Federsitz vorgesehen und die Einstellschraube 53 weggelassen sein.
  • Die Fig. 5 und 6 zeigen den betätigten Zustand der Betätigungseinrichtung 13, d.h. den Zustand, bei dem an der Magnetspule 15 eine Bestromung I = 0,5 A vorgesehen ist. Die dadurch erzeugte Magnetkraft bewirkt über die Betätigungsstange 19 eine Betätigungsbewegung S des Steuerkolbens 11 und durch Mitnahme des Begrenzerkolbens 33 eine Kolbenbewegung K für diesen.
  • Durch die Betätigungsbewegung S ist der Steuerkolben 11 von seinem Anschlag am Polkern 29 beabstandet, und entsprechend ist die am Steuerkolben 11 angreifende Rückstellfeder 23 komprimiert. Durch die Kolbenbewegung K liegt der Begrenzerkolben 33 an seinem Anschlag 47 an. Durch eine dichtende Aneinanderlage von Begrenzerkolben 33 und Sitzfläche 35 am Steuerkolben 11 ist ein Fluidweg zum Tankanschluss T in der in Fig. 5 gezeigten Stellung verschlossen. Am Versorgungsanschluss P zugeführter Eingangsdruck wird durch Fluiddurchlässe 41 ins Innere 37 des hohlkammerartigen Steuerkolbens 11 und von dort durch einen weiteren Fluiddurchlass 43 zum Nutzanschluss A geführt. In der in Fig. 5 gezeigten Stellung sind die Druckverhältnisse derart, dass der Ausgangsdruck im Nutzanschluss A dem Eingangsdruck im Versorgungsanschluss P linear folgt.
  • In der in Fig. 6 gezeigten Darstellung reicht der am Versorgungsanschluss P zugeführte Eingangsdruck aus, um den Steuerkolben 11 gegen die Magnetkraft der bestromten Betätigungseinrichtung 13 entsprechend einer Rückstellbewegung R zu bewegen. Durch die Rückstellbewegung R des Steuerkolbens 11 wird die Sitzfläche 35 des Steuerkolbens 11 vom in seiner Lage unveränderten Begrenzerkolben 33 beabstandet und der Fluiddurchlass 52 als weiterer Fluidweg zum Tankanschluss T freigegeben. Die Darstellung der Fig. 6 entspricht insoweit der Darstellung von Fig. 3, wobei im in Fig. 6 gezeigten betätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung 13 der weitere Fluidweg bzw. der Fluiddurchlass 52 durch eine Rückstellbewegung R des Steuerkolbens 11 und im in Fig. 3 gezeigten unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung 13 der weitere Fluidweg zum Tankanschluss T bzw. der entsprechende Fluiddurchlass 52 durch eine Bewegung (Pfeil 49) des Begrenzerkolbens 33 freigegeben bzw. geöffnet wird. Da die Kraft des Magnetkolbens 17 der Betätigungseinrichtung 13 größer als die vom Federelement 45 am Begrenzerkolben 33 bewirkte Vorspannkraft ist, ist der zur Rückstellbewegung R des Steuerkolbens 11 erforderliche Öffnungsdruck wesentlich höher als der für die in Fig. 3 gezeigte Kolbenbewegung des Begrenzerkolbens 33 erforderliche Öffnungsdruck.
  • Fig. 7 zeigt ein Schaltsymbol für das Ventil 1. Das Ventil 1 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet und umfasst drei Fluidanschlüsse, den Versorgungsanschluss P, den Nutzanschluss A und den Tankanschluss T. Das Ventil 1 ist mittels der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 13 zwischen Schaltstellungen schaltbar und über die Rückstellfeder 23 zurück in die Ruhestellung entsprechend einer ersten Schaltstellung führbar. Im unbetätigten Steuerzustand (I= 0 A) der Betätigungseinrichtung 13 ist entsprechend der ersten Schaltstellung, wie in den Fig. 2, 3 und 6 veranschaulicht, ein Fluidweg vom Versorgungsanschluss P zum Nutzanschluss A freigegeben, wobei der vom Versorgungsanschluss P zum Nutzanschluss A geführte Druck über eine Drosselung D begrenzt sein kann. Über ein federbelastetes Rückschlagventil, welches insoweit dem vom Federelement 45 beaufschlagten bewegbaren Begrenzerkolben 33 entspricht, wird zusätzlich ein weiterer Fluidweg zum Tankanschluss T freigegeben.
  • Im betätigten Steuerzustand (I = 0,5 A) der Betätigungseinrichtung 13 ist entsprechend einer zweiten Schaltstellung, wie in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht, ein Fluidweg vom Versorgungsanschluss P zum Nutzanschluss A freigegeben. Ein weiterer Fluidweg zum Tankanschluss T ist über zwei unbelastete Rückschlagventile, welche insoweit dem Steuerkolben 11 entsprechen, freigebbar. In der zweiten Schaltstellung ist das Ventil 1 ein direkt wirkendes Druckbegrenzungsventil, dessen Druckbegrenzung unter anderem über die Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung 13, die Rückstellfeder 23 und den Sitzdurchmesser s des Sitzes 35 am Steuerkolben 11 für den Begrenzerkolbens 33 vorgegeben wird.

Claims (3)

  1. Ventil (1) umfassend:
    - ein Ventilgehäuse (3) mit mehreren Fluidanschlüssen (A, P, T), die zumindest einen Versorgungsanschluss (P) und zumindest einen Nutzanschluss (A) umfassen,
    - einen im Ventilgehäuse (3) verfahrbaren Steuerkolben (11) zur Ansteuerung der Fluidanschlüsse (A, P, T) und
    - eine verschiedene Steuerzustände für den Steuerkolben (11) einnehmende Betätigungseinrichtung (13),
    wobei zumindest in einem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung (13) mittels einer Druckbegrenzungseinrichtung (31) der Ausgangsdruck (p_Aktuator) im Nutzanschluss (A) dem sich ändernden Eingangsdruck (p_Eingang) im Versorgungsanschluss (P) auf ein vorgebbares Druckniveau (p, p') nachfolgt, wobei der Steuerkolben (11) in zumindest einem Steuerzustand der Betätigungseinrichtung (13) einen Fluidweg vom Versorgungsanschluss (P) zum Nutzanschluss (A) freigibt, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung (31) bei einem einen Öffnungsdruck übersteigenden Eingangsdruck (p_Eingang) zusätzlich einen weiteren Fluidweg (52) vom Versorgungsanschluss (P) zu einem weiteren Fluidanschluss, insbesondere einem Tankanschluss (T), freigibt, wobei über den weiteren Fluidweg (52) den Öffnungsdruck übersteigende Eingangsdruckanteile abführbar sind, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung (31) einen vorgespannten, bewegbaren Begrenzerkolben (33) umfasst, der den weiteren Fluidweg (52) verschließt und bei dem Öffnungsdruck entsprechenden Eingangsdruck (p_Eingang) gegen die Vorspannkraft freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) einen Ventileinsatz (8) aufweist, dass der Begrenzerkolben (33) zusätzlich zum Steuerkolben (11) in einem Kolbenraum (9) des Ventileinsatzes (8) angeordnet ist, und dass der Begrenzerkolben (33) im unbetätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung (13) zur Freigabe des weiteren Fluidweges (52) in Richtung auf einen Anschlag (47) am der Betätigungseinrichtung (13) gegenüberliegenden Ende des Kolbenraums (9) hin bewegbar ist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft über ein am Begrenzerkolben (33) angreifendes Federelement (45) eingestellt und/oder mittels einer bevorzugterweise am Federelement (45) angreifenden Stelleinrichtung, wie einer Stellschraube (53), veränderbar ist.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (31) den Steuerkolben (11) und den zusätzlichen Begrenzerkolben (33) im Kolbenraum (9) umfasst, wobei im betätigten Steuerzustand der Betätigungseinrichtung (13) der Begrenzerkolben (33) durch den Steuerkolben (11) zum Anschlag (47) geführt ist und zur Freigabe des weiteren Fluidweges (52) der Steuerkolben (11) gegen die Kraft der Betätigungseinrichtung (13) vom Begrenzerkolben (33) beabstandbar ist.
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