DE10004975A1 - Mehrstufiges hydraulisches Druckbegrenzungsventil - Google Patents

Abstract

Ein Druckbegrenzungsventil (1) weist einen gegen zumindest eine Rückstellfeder (19) axial verschiebbaren Ventilkolben (9), eine den Ventilkolben (9) umgebende in einem Gehäusekörper (2) axial verschiebbare Ventilhülse (8), eine Niederdruckzuführung (4), eine Hochdruckzuführung (3) und eine Regeldruckabführung (6) auf. Dabei weist der Ventilkolben (9) eine erste Steuerkante (11) auf, die die Regeldruckabführung (6) mit der Hochdruckzuführung (3) verbindet, wenn der Druck in der Hochdruckzuführung (3) niedriger als ein Grenzdruck ist. Eine zweite Steuerkante (13) verbindet die Regeldruckabführung (6) mit der Niederdruckzuführung (4), wenn der Druck in der Hochdruckzuführung (3) höher als der Grenzdruck ist. Eine an die Ventilhülse (8) angrenzende Hilfsdruckkammer (33) wird mit einem Hilfsdruck beaufschlagt, wobei der Grenzdruck in der Schaltposition größer als in der Grundposition ist. Dabei wird die Ventilhülse (8) von der Grundposition in eine Schaltposition verschoben.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil, welches zwischen mehreren Druckstufen hin- und herschalten kann.

Druckbegrenzungsventile und Schaltventile sind als Einzelkomponenten bereits in vielfältiger Ausbildung bekannt. Z. B. ist es aus der DE 196 42 567 C1 bekannt, zur hydraulischen Ansteuerung bestimmter Aggregate einem Druckbegrenzungsventil ein Schaltventil vorzuschalten, um eine bestimmte Ansteuerkennlinie zu erreichen. Neben einem Niedrigdruckbereich, in welchem das Ventil nicht ansprechen soll, soll ein proportionaler Regelbereich sowie ein Druckbegrenzungsbereich, in welchem der Steuerdruck auf einen Maximaldruck begrenzt wird, geschaffen werden. Wird der Maximaldruck überschritten, wird zur Vermeidung einer Überlastung des Verbrauchers das Ventil über eine Entlastungsleitung entlastet. In diesem Zusammenhang ist der grundsätzliche Aufbau eines Druckbegrenzungsventils offenbart.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das zwischen verschiedenen Grenzdrücken umschaltbar ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder 3 jeweils in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

Der Erfindung liegt entsprechend Anspruch 1 der Lösungsansatz zugrunde, eine Ventilhülse in Abhängigkeit von einem Hilfsdruck zu verschieben, wobei die Ventilhülse jeweils bei Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein des Hilfsdrucks unterschiedliche Stellungen einnimmt, denen unterschiedliche Federvorspannungen der Rückstellfeder zugeordnet sind. Entsprechend Anspruch 3 liegt der Erfindung der Lösungsansatz zugrunde, den Hilfsdruck als Gegendruck einzusetzen, der dem Hochdruck entgegenwirkt.

Die Ansprüche 2 sowie 4 bis 12 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Funktionen nach Anspruch 1 und nach Anspruch 3 können entsprechend Anspruch 5 auch miteinander kombiniert werden.

Die Ausbildung einer Hochdruckkammer an einer Stufe des Ventilkolbens ermöglicht eine einfach herzustellende Angriffsfläche zur Regelung des Ventils.

Durch die Erweiterung des Ventils durch eine weitere Hilfsdruckkammer kann die Anzahl der Funktionen des erfindungsgemäßen Hydraulikventils sowie der Integrationsgrad weiter erhöht werden.

An dem Ventilkolben kann entsprechend Anspruch 6 eine erste Ringausnehmung ausgebildet sein, dessen eine Seitenkante vorteilhafterweise die erste Steuerkante bildet.

Entsprechend kann an dem Ventilkolben nach Anspruch 7 eine zweite Ringausnehmung ausgebildet sein, dessen eine Seitenkante vorteilhafterweise die zweite Steuerkante bildet.

Die mit der Niederdruckzuführung verbundene zweite Ringausnehmung und der Raum zur Aufnahme der Rückstellfeder des Ventilkörpers können über eine oder mehrere in dem Ventilkolben vorgesehene Bohrungen miteinander verbunden sein.

Gemäß Anspruch 8 kann die axiale Verschiebbarkeit der Ventilhülse durch einen axial verschiebbaren Anschlagkörper begrenzt sein, der an einem gehäusefesten Bauteil anschlägt.

Die axiale Verschiebbarkeit der Ventilhülse ist vorteilhafterweise gemäß Anspruch 11 durch ein zweites Stellglied einstellbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen zweistufigen Druckbegrenzungsventils, wobei sich der Ventilkolben in der Grundstellung befindet und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des, erfindungsgemäßen zweistufigen bzw. vierstufigen Druckbegrenzungsventils mit einer weiteren Hilfsdruckkammer.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen zweistufigen Druckbegrenzungsventils 1. Das Druckbegrenzungsventil 1 besteht aus einem Gehäusekörper 2, welcher zwei miteinander verbundene Hochdruckanschlüsse 3 und 5, einen Niederdruckanschluß 4, sowie einen Regeldruckanschluß 6 aufweist.

In einer zylindrischen Ausnehmung 7 ist eine Ventilhülse 8 axial verschiebbar angeordnet. In der Ventilhülse 8 erstreckt sich ein Ventilkolben 9, welcher ebenfalls axial verschiebbar gelagert ist. Der Ventilkolben 9 weist eine erste Ringausnehmung 10 auf, an welcher eine erste Steuerkante 11 ausgebildet ist. Die erste Steuerkante 11 verbindet eine mit dem Regeldruckanschluß 6 verbundene Regeldruckabführung 43 in der Ventilhülse 8 mit einer mit dem Hochdruckanschluß 5 verbundenen Hochdruckzuführung 44 in der Ventilhülse 8, wenn der Druck an dem Hochdruckanschluß 3 bzw. 5 und somit in der Hochdruckzuführung 44 niedriger als ein Grenzdruck ist, welcher beliebig einstellbar ist.

Weiterhin weist der Ventilkolben 9 eine zweite Ringausnehmung 12 auf, an welcher eine zweite Steuerkante 13 ausgebildet ist. Die zweite Steuerkante 13 wirkt mit der Ventilhülse 8 so zusammen, daß die Regeldruckabführung 43 mit einer mit dem Niederdruckanschluß 4 verbundenen Niederdruckzuführung 42 verbunden wird, wenn der Druck in der Hochdruckzuführung 44 höher ist als der oben genannte Grenzdruck.

Der Ventilkolben 9 weist eine Stufe 14 auf, an welcher eine Hochdruckkammer 15 ausgebildet ist. Die Hockdruckkammer 15 ist über einen Kanal 47 mit der Hochdruckzuführung 44 verbunden.

Der Ventilkolben 9 weist an seiner einen Seite einen konischen Abschnitt 16 auf, an welchem sich eine erste Federstützhülse 17 abstützt. Zwischen der ersten Federstützhülse 17 und einer zweiten Federstützhülse 18 ist ein Rückstellfederpaket 19, welches im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel aus einer ersten Rückstellfeder 19a und einer zweiten Rückstellfeder 19b besteht, eingespannt. Der Aufbau des Rückstellfederpakets 19 aus zwei einzelnen, kurzen Rückstellfedern 19a und 19b wird zur Vermeidung zu großer Baulängen des Druckbegrenzungsventils 1 statt einer einzelnen, längeren Rückstellfeder 19 gewählt. Das Rückstellfederpaket 19 ist von einer Federraumhülse 20 umgeben, welche in den Gehäusekörper 2 einschraubbar ist und mittels eines Dichtelements 21 abgedichtet ist.

In einer Gewindebohrung 22 der Federraumhülse 20 ist ein erstes Stellglied 23 mittels eines Gewindes 24 eingeschraubt. Das erste Stellglied 23 ist über eine erste Mutter 25 sowie eine erste Kontermutter 26 einstellbar und in seiner Stellung fixierbar. Durch das erste Stellglied 23 kann das Rückstellfederpaket 19 mit einer variablen Vorspannung beaufschlagt werden.

An der dem Rückstellfederpaket 19 gegenüberliegenden Seite der Ventilhülse 8 ist ein Abschlußelement 27 ausgebildet, welches einerseits einen Anschlag für den Ventilkolben in der Ventilhülse 8 bildet und andererseits an einem zweiten Stellglied 28, welches in eine Gewindebohrung 29 im Gehäusekörper 2 mittels eines Gewindes 30 eingeschraubt ist, anschlägt. Das zweite Stellglied 28 ist über eine zweite Mutter 31 sowie eine zweite Kontermutter 32 einstellbar und in seiner Stellung fixierbar.

In der Ausnehmung 7 ist zwischen dem Abschlußelement 27, der Ventilhülse 8 und dem Gehäusekörper 2 eine Hilfsdruckkammer 33 ausgebildet. Ein Anschlagkörper 35 ist hülsenförmig ausgebildet und umgibt die Ventilhülse 8 im Bereich zwischen der Hochdruckzuführung 44 und dem Ende des Ventilkolbens 9. Der Anschlagkörper 35 ist wie die Ventilhülse 8 und der Ventilkolben 9 axial verschiebbar angeordnet.

Der Ventilkolben 9 weist eine axiale Längsbohrung 36 und eine radiale Querbohrung 37 auf, durch welche die zweite Ringausnehmung 12 mit einem in der Federraumhülse 20 ausgebildeten Federraum 38 verbunden ist, so daß der Federraum 38 mit dem Niederdruckanschluß 4 in Verbindung steht. Eine Entlastungsbohrung 39 in der Ventilhülse 8 an dem dem Abschlußelement 27 zugewandten Ende der Ventilhülse 8 steht ebenfalls mit der Niederdruckanschluß 4 in Verbindung.

Zum Einstellen des Druckbegrenzungsventils 1 wird zunächst ohne Hilfsdruck das zweite Stellglied 28 in die Gewindebohrung 29 hineingeschraubt, bis die Ventilhülse 8 über dem Anschlagkörper 35 an der Federraumhülse 20 anschlägt. Nun wird mittels Hineindrehen bzw. Herausdrehen des ersten Stellglieds 23 in der Gewindebohrung 22 die Vorspannung des Rückstellfederpakets 19 eingestellt, so daß der Grenzdruck einer ersten, höheren Druckstufe fest eingestellt wird. Das erste Stellglied 23 wird über die erste Mutter 25 sowie die erste Kontermutter 26 in der eingestellten Lage fixiert.

Durch Herausdrehen des zweiten Stellglieds 28 wird die Ventilhülse 8 durch den Druck des Rückstellfederpakets 19 in Richtung des zweiten Stellglieds 28 gedrückt. Dadurch wird der Grenzdruck einer zweiten, niedrigeren Druckstufe fest eingestellt. Das zweite Stellglied 28 wird durch die zweite Mutter 31 sowie die zweite Kontermutter 32 in seiner Position fixiert.

Wird das Druckbegrenzungsventil 1 über den Hochdruckanschluß 3 mit einem Druck belastet, übt das Hydraulikmedium über die Stufe 14 des Ventilkolbens 9 in der Hochdruckkammer 15 eine Kraft auf den Ventilkolben 9 aus, welche den Ventilkolben 9 in Richtung auf das erste Stellglied 23 bewegt. Diese Bewegung hält solange an, bis die zweite Steuerkante des Ventilkolbens 9 in den Bereich der Regeldruckabführung 43 kommt und den Regeldruckanschluß 6 zum Niederdruckanschluß 4 öffnet. Damit ist die niedrigere Druckstufe erreicht. Dies geschieht ohne Hilfsdruck in der ersten Hilfsdruckkammer 33. Das Druckbegrenzungsventil 1 befindet sich somit in einem Betriebszustand, in welchem ein an der Regeldruckabführung 6 angeschlossener Verbraucher unter einem bestimmten Druck, der kleiner ist als ein Grenzdruck, betrieben wird und der Druck an dem Regeldruckanschluß 6 auf einen ersten Grenzdruck begrenzt wird.

Wird die erste Hilfsdruckkammer 33 mit Hilfsdruck beaufschlagt, wird die Ventilhülse 8 verschoben, bis der Anschlagkörper 35 an der Federraumhülse 20 anliegt. Das Druckbegrenzungsventil 1 wird dadurch in die höhere Druckstufe geschaltet. Dadurch ist ein Betriebszustand des Druckbegrenzungsventils 1 erreicht, in welchem der an der Regeldruckabführung 6 angeschlossene Verbraucher unter einem höheren Druck als in der niedrigen Druckstufe betrieben wird und der Druck an dem Regeldruckanschluß 6 auf einen gegenüber dem ersten Grenzdruck höheren zweiten Grendruck begrenzt wird.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils in einer Schnittdarstellung dargestellt.

Der Aufbau ist im wesentlichen mit dem des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels identisch. Gleiche Bauteile wurden mit identischen Bezugszeichen versehen. Auf eine wiederholende Beschreibung wird insoweit verzichtet.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das in Fig. 2 dargestellte Druckbegrenzungsventil im Ventilkolben 9 nurmehr eine axiale Längsbohrung 36 auf, während die in Fig. 1 vorhandene radiale Querbohrung 37 wegfällt.

Statt dessen ist eine erste Hilfsdruckkammer 34 im Bereich der ersten Stirnfläche 45 des Ventilkolbens 9 vorgesehen, welche mit einem weiteren Anschlußstutzen 40, welcher vorzugsweise im Bereich des Federraums 38 angeordnet ist, korrespondiert. Eine zweite Hilfsdruckkammer 41 befindet sich an der gegenüberliegenden Stirnfläche 46 des Ventilkolbens 9 und ist mit der ersten Hilfsdruckkammer 34 über die axiale Längsbohrung 36 verbunden. Die bereits beschriebene dritte Hilfsdruckkammer 33 an dem Abschlußelement 27 der Ventilhülse 8 ist ebenfalls vorhanden.

Auch im zweiten Ausführungsbeispiel wird zunächst über das erste Stellglied 23 die höhere Druckstufe eingestellt. Eine höhere Druckstufe kann erreicht werden, indem man den Federraum 38 bzw. die erste Hilfsdruckkammer 34 und die zweite Hilfsdruckkammer 41 mit einem Hilfsdruck beaufschlagt. Die erste Hilfsdruckkammer 34 korrespondiert über die axiale Längsbohrung 36 mit der zweiten Hilfsdruckkammer 41. Dabei ist der Hilfsdruck so groß wie die Differenz zwischen der höheren und der niedrigeren Druckstufe. Dies ist durch die Flächenverhältnisse bedingt, da die für den Hochdruck an der Stufe 14 wirksame Fläche der Flächendifferenz zwischen der ersten Stirnfläche 45 und der zweiten Stirnfläche 46 entspricht.

Durch eine Kombination der in den beiden Ausführungsbeispielen beschriebenen zweistufigen Druckbegrenzungsventile 1 kann ein Druckbegrenzungsventil 1 mit vier Schaltzuständen gestaltet werden, indem die dritte Hilfsdruckkammer 33 mit einem zweiten Hilfsdruck unabhängig von dem in der ersten und zweiten Hilfsdruckkammer 34, 41 herrschenden ersten Hilfsdruck beaufschlagt wird. Dieses kann dabei folgende Schaltzustände einnehmen: Betrieb ohne Hilfsdruck, Betrieb bei Beaufschlagen nur der ersten und zweiten Hilfsdruckkammer 33, 41 mit dem ersten Hilfsdruck, Betrieb bei Beaufschlagen nur der dritten Hilfsdruckkammer 33 mit dem zweiten Hilfsdruck sowie Betrieb mit Hilfsdruck sowohl in der ersten und zweiten Hilfsdruckkammer 34 und 41 als auch in der dritten Hilfsdruckkammer 33. Auf diese Weise läßt sich das Druckbegrenzungsventil 1 zwischen insgesamt vier Grenzdrücken umschalten.

Claims (12)

1. Druckbegrenzungsventil (1) mit
einem gegen zumindest eine Rückstellfeder (19a) axial verschiebbaren Ventilkolben (9),
einer den Ventilkolben (9) umgebenden, in einem Gehäusekörper (2) axial verschiebbaren Ventilhülse (8), die eine Niederdruckzuführung (42), eine Hochdruckzuführung (44) und eine Regeldruckabführung (43) aufweist, wobei der Ventilkolben (9) eine erste Steuerkante (11), die die Regeldruckabführung (43) mit der Hochdruckzuführung (44) verbindet, wenn der Druck in der Hochdruckzuführung (44) niedriger als ein Grenzdruck ist, und eine zweite Steuerkante (13) aufweist, die die Regeldruckabführung (43) mit der Niederdruckzuführung (42) verbindet, wenn der Druck in der Hochdruckzuführung (44) höher als der Grenzdruck ist,
und einer an die Ventilhülse (8) angrenzende Hilfsdruckkammer (33), wobei die Ventilhülse (8) von einer Grundposition in eine Schaltposition verschoben wird, wenn die Hilfsdruckkammer (33) mit einem Hilfsdruck beaufschlagt wird, wobei der Grenzdruck in der Schaltposition größer als in der Grundposition ist.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (9) eine Stufe (14) aufweist, an welcher zwischen dem Ventilkolben (9) und der Ventilhülse (8) eine Hochdruckkammer (15) ausgebildet ist, die mit der Hochdruckzuführung (44) verbunden ist.

3. Druckbegrenzungsventil mit
einem gegen zumindest eine Rückstellfeder (19a) axial verschiebbaren Ventilkolben (9),
einer den Ventilkolben (9) umgebenden, in einem Gehäusekörper (2) axial verschiebbaren Ventilhülse (8), die eine Niederdruckzuführung (42), eine Hochdruckzuführung (44) und eine Regeldruckabführung (43) aufweist, wobei der Ventilkolben (9) eine erste Steuerkante (11), die die Regeldruckabführung (43) mit der Hochdruckzuführung (44) verbindet, wenn der Druck in der Hochdruckzuführung (3) niedriger als ein Grenzdruck ist, und eine zweite Steuerkante (13) aufweist, die die Regeldruckabführung (43) mit der Niederdruckzuführung (42) verbindet, wenn der Druck in der Hochdruckzuführung (44) höher als der Grenzdruck ist, zumindest einer an den Ventilkolben (9) angrenzenden Hochdruckkammer (15) die mit der Hochdruckzuführung (44) verbunden ist,
und zumindest einer an den Ventilkolben (9) angrenzende erste Hilfsdruckkammer (34), wobei der Ventilkolben (9) mit dem Hochdruck an der Hochdruckkammer (15) und mit einem Hilfsdruck in der zumindest einen Hilfsdruckkammer (34) beaufschlagbar ist, so daß der Grenzdruck von der Beaufschlagung mit dem Hilfsdruck abhängig ist.

4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkolben (9) eine Stufe (14) aufweist, an welcher zwischen dem Ventilkolben (9) und der Ventilhülse (8) die Hochdruckkammer (15) ausgebildet ist, und
daß an einer ersten Stirnfläche (45) des Ventilkolbens (9) die erste Hilfsdruckkammer (34) und an einer zweiten Stirnfläche (46) des Ventilkolbens (9) eine zweite Hilfsdruckkammer (41) vorgesehen sind und der Flächenunterschied zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche (45, 46) einer für den Hochdruck wirksamen Fläche an der Stufe (14) des Ventilkolbens (9) entspricht.

5. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Ventilhülse (8) angrenzende dritte Hilfsdruckkammer (33) vorgesehen ist und daß die Ventilhülse (8) von einer Grundposition in eine Schaltposition verschoben wird, wenn die dritte Hilfsdruckkammer (33) mit einem Hilfsdruck beaufschlagt wird, wobei der Grenzdruck in der Schaltposition größer als in der Grundposition ist.

6. Druckbegrenzungsventil nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (9) eine erste Ringausnehmung (10) aufweist, die sich von der ersten Steuerkante (11) bis zu der Hochdruckzuführung (44) erstreckt.

7. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (9) eine zweite Ringausnehmung (12) aufweist, die sich von der zweiten Steuerkante (13) bis zu der Niederdruckzuführung (42) erstreckt.

8. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebbarkeit der Ventilhülse (8) durch einen axial verschiebbaren Anschlagkörper (35) begrenzt ist, der an einem gehäusefestem Bauteil (20) anschlägt.

9. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagkörper (35) die Ventilhülse (8) ringförmig umgibt.

10. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1, 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzdruck in der Schaltposition durch ein erstes Stellglied (23) einstellbar ist, das die Vorspannung der mindestens einen Rückstellfeder (19) verändert.

11. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Grundposition gegenüber der Schaltposition verminderte Grenzdruck durch ein zweites Stellglied (28) einstellbar ist, das die maximale axiale Verschiebbarkeit der Ventilhülse (8) verändert.

12. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Stellglied (28) einen Anschlag für die Ventilhülse (8) an der der Rückstellfeder (19) gegenüberliegenden Seite bildet.