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Die Erfindung betrifft ein Stauventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige Stau- oder Druckzuschaltventile werden beispielsweise im Hauptstrom einer Hydroanlage angeordnet und schalten bei Erreichen eines eingestellten Drucks ein zweites System, beispielsweise einen weiteren Verbraucher zu.
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Druckzuschaltventile können beispielsweise in Form von Druckbegrenzungsventilen ausgeführt sein, wie sie in dem Merkblatt RD 26 076 der Anmelderin beschrieben sind. Dabei wird ein Ventilschieber einerseits von einer Feder und andererseits vom Druck an einem Eingangsanschluss beaufschlagt. Bei Ansteigen des Drucks auf den vorbestimmten Zuschaltwert kann der Ventilschieber gegen die Kraft der Feder in eine Öffnungsstellung verschoben werden, in der der Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist und das weitere hydraulische System zugeschaltet wird.
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Die Offenlegungsschrift
DE 33 37 246 A1 zeigt ein Stauventil in Kegelsitzbauweise, dessen Schließkegel entgegen der Kraft einer Schließfeder vom Druck am Eingangsanschluss aufgesteuert wird. Dieser Druck wird dabei abgegriffen und entkoppelt von am Ventilsitz wirksamen Strömungskräften auf eine mit dem Schließkegel gekoppelte, in Öffnungsrichtung wirksame Kolbenfläche geleitet.
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Die Offenlegungsschrift
DE 34 39 192 A1 zeigt ein direkt gesteuertes Druckzuschaltventil mit integriertem, entsperrbarem Kugelsitzventil, dessen Druckmitteleingang und -ausgang zum einfachen Einbau in einen Druckmittelpfad koaxial angeordnet sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 43 34 167 A1 zeigt ein Stauventil in Kegelsitzbauweise, dessen Schließkegel ebenso entgegen der Kraft einer Schließfeder vom Druck am Eingangsanschluss aufgesteuert wird. Zusätzlich weist das Stauventil ein integriertes Drosselventil auf, über das der Ausgangsbeziehungsweise Verbraucheranschluss gedrosselt mit dem Tank verbindbar ist.
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In der
DE 42 11 551 A1 ist ein Stauventil beschrieben, das als Sitzventil ausgeführt ist. Dabei wird ein Schließkörper von einer Feder gegen einen Ventilsitz vorgespannt. Bei Erreichen des Zuschaltdrucks kann der Schließkörper gegen die Kraft der Feder vom Ventilsitz abgehoben und die Verbindung vom Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss des Sitzventils aufgesteuert werden. Dieses bekannte Druckzuschalt- oder Stauventil ist des Weiteren noch mit einer Druckbegrenzungsfunktion ausgeführt. Um eine Erhöhung der auf den Schließkörper wirkenden Schließkraft bei einem Druckaufbau am Ausgangsanschluss zu vermeiden, ist bei dieser bekannten Lösung der Schließkörper stromabwärts des Ventilsitzes mit einem Dichtbund ausgeführt, dessen Durchmesser gleich demjenigen des Ventilsitzes ist, so dass bei auf dem Ventilsitz aufsitzenden Schließkörper und bei Druckaufbau am Ausgangsanschluss keine in Schließrichtung wirksame erhöhte Druckkraftresultierende auf den Schließkörper wirkt. Diese bekannte Konstruktion ist jedoch sehr aufwendig und damit teuer.
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In der
EP 0 437 717 B1 wird ein Sitzventil offenbart, bei dem ein Schließkörper über einen federvorgespannten Kolben gegen seinen Ventilsitz vorgespannt ist. Der Ventilsitz des Schließkörpers und der Kolben sind mit dem gleichen Durchmesser ausgeführt. Bei einem Druckaufbau am Ausgangsanschluss A wird die über den Kolben auf den Schließkörper wirkende Kraft um das gleiche Maß verringert, wie der Schließkörper vom Druck am Ausgangsanschluss gegen den Ventilsitz gepresst wird, d. h. bei dieser Lösung bleibt der Eingangsdruck unabhängig vom Druck am Ausgangsanschluss weitestgehend konstant.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, dass beim Ansteigen des Drucks am Ausgangsanschluss, eine Rückströmung von dem an den Ausgangsanschluss angeschlossenen Verbraucher zum Eingangsanschluss über ein gesondertes Rückschlagventil verhindert werden muss, das in Richtung zu diesem Verbraucher öffnet.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Stauventil zu schaffen, bei dem der Zuschaltdruck weitestgehend unabhängig vom Druck an einem Ausgangsanschluss ist und bei dem mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand eine Rückschlagfunktion realisiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Stauventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat das Stauventil einen Schließkörper, der über einen Kolben und eine an diesem angreifende Kolbenfeder in eine Schließstellung gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Der Schließkörper wird zusätzlich von einer Rückschlagventilfeder in Schließrichtung beaufschlagt. Bei Überschreiten des Zuschaltdruckes werden der Schließkörper und der Kolben gegen die Kraft der Kolbenfeder sowie der Rückschlagventilfeder verschoben, so dass der Schließkörper vom Ventilsitz abhebt. Bei dem anschließenden Druckaufbau am Ausgangsanschluss hebt der Kolben gegen die Kraft der Kolbenfeder vom Schließkörper ab, so dass dieser von der Rückschlagventilfeder in Schließrichtung beaufschlagt ist. Der Schließkörper und die Schließfeder wirken dann als Rückschlagventil, das eine Rückströmung von Druckmittel vom Ausgangsanschluss zum Eingangsanschluss zuverlässig sperrt.
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Das erfindungsgemäße Stauventil erfüllt somit auf äußerst einfache Weise die Zuschaltfunktion und des weiteren die Funktion eines Rückschlagventils.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante des Stauventils ist der Kolben mit einem Kolbenbund und einer Kolbenstange ausgeführt. Der Kolbenbund begrenzt eine Druckkammer, die von der Kolbenstange durchsetzt ist. Ein die Rückschlagventilfeder aufnehmender Rückschlagfederraum ist hydraulisch mit der Druckkammer verbunden, die ihrerseits über eine Steuerleitung mit dem Druck am Ausgangsanschluss beaufschlagt ist. D. h. auf den Schließkörper wirkt in Schließrichtung die Kraft der Rückschlagventilfeder sowie der Druck am Ausgangsanschluss, während der Kolben in Abheberichtung ebenfalls von dem Druck am Ausgangsanschluss B beaufschlagt ist.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Schließkörper abgestuft, wobei er mit einem Vorsprung geringeren Durchmessers in Anlage an den Ventilsitz bringbar ist und wobei die sich an den Vorsprung anschließende Ringstirnfläche des Schließkörpers in Öffnungsrichtung von dem Druck am Ausgangsanschluss beaufschlagt ist.
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Die Funktion des Stauventils wird weiter verbessert, wenn ein die Kolbenfeder aufnehmender rückwärtiger Federraum druckentlastet ist.
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Die Kolbenfeder ist vorzugsweise wesentlich stärker als die Rückschlagventilfeder ausgeführt, so dass der Zuschaltdruck im Wesentlichen durch die Kolbenfeder bestimmt ist, während in der Rückschlagfunktion die vergleichsweise schwache Rückschlagventilfeder wirkt.
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Der Einfluss des Drucks am Ausgangsanschluss B auf die Zuschaltfunktion lässt sich minimieren, wenn der Durchmesser des Kolbens gleich dem Ventilsitzdurchmesser ist.
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Das Stauventil ist so ausgeführt, dass der Kolben vom Schließkörper abheben kann.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt ein Funktionsschaubild eines erfindungsgemäßen Stauventils.
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Das in der Figur dargestellte Stau- oder Zuschaltventil 1 wird in hydraulischen Systemen angewendet, um bei Überschreiten eines Zuschaltdrucks an einem Eingangsanschluss A einen an einen Ausgangsanschluss B angeschlossenen Verbraucher zuzuschalten. Derartige Stauventile werden auch eingesetzt, um leichtgängige Verbraucher bei LS-Systemen anzusteuern. Kann beispielsweise ein derartiger Verbraucher mit einem Lastdruck von 0,5 bar bewegt werden, so reicht dieser Druck nicht aus, um eine LS-Pumpe des LS-Systems zu verstellen. Das Stauventil wird dann dazu eingesetzt, um den Druck vor dem Verbraucher auf ein Niveau aufzustauen, das zum Verstellen der Verstellpumpe ausreicht.
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Das Stauventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2, an dem ein Eingangsanschluss A, ein Ausgangsanschluss B und zwei Steueranschlüsse X, Y ausgebildet sind. Im Ventilgehäuse 2 ist eine Ventilbohrung 4 ausgebildet, in der ein Schließkörper 6 axial verschiebbar geführt ist. Dieser hat einen Kolbenbund 8 und einen axial vorspringenden Vorsprung 10, der mittels einer Rückschlagventilfeder 12 gegen einen Ventilsitz 14 vorgespannt ist. Die Rückschlagventilfeder 12 ist an einer Schulter der Ventilbohrung 4 abgestützt. Eine Stirnfläche B1 des Vorsprungs 10 ist somit durch den Druck am Eingangsanschluss A beaufschlagt, während eine Ringstirnfläche B2 bei auf dem Ventilsitz 14 aufsitzendem Schließkörper durch den Druck am Ausgangsanschluss B beaufschlagt ist.
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Im Ventilgehäuse 2 ist des weiteren eine Kammer 16 ausgebildet, die von einem Kolben 18 mit einem Kolbenbund 20 sowie einer Kolbenstange 22 in einen rückwärtigen Federraum 24 und einen von der Kolbenstange 22 durchsetzten Druckraum 26 unterteilt ist. Dieser ist über einen von der Kolbenstange 22 durchsetzten Kanal 28 mit einem die Rückschlagventilfeder 12 aufnehmenden Rückschlagfederraum 30 verbunden. Der Druck in einer an den Ausgangsanschluss B angeschlossenen Arbeitsleitung 32 wird über eine Steuerleitung 34 und den Steueranschluss X abgegriffen und in den Druckraum 26 gemeldet. Der rückwärtige Federraum 24 der Kammer 16 ist über eine Tankleitung mit dem Steueranschluss Y verbunden, an dem ein Tank T angeschlossen ist. Somit ist die Rückseite des Kolbens 18 stets druckentlastet. Im Federraum 24 ist eine Kolbenfeder 25 aufgenommen, die an einer Stirnwandung der Kammer 16 abgestützt ist und am Kolben 18 angreift, so dass dieser in Anlage an den Schließkörper 6 vorgespannt ist.
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Eine Stirnfläche A1 des Kolbenbunds 20 und der Kolbenstange 22 und eine Stirnfläche B3 des Kolbenbunds 8 sind jeweils mit dem Druck am Ausgangsanschluss B beaufschlagt. Der Durchmesser d des Kolbenbunds 20 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel größer als der Ventilsitzdurchmesser V und kleiner als der Durchmesser D des Kolbenbunds 8 des Schließkörpers 6 ausgeführt.
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Die Rückschlagventilfeder 12 ist wesentlich schwächer als die Kolbenfeder 25 ausgeführt. Bei einem Aufstauen auf einen Druck, der ausreicht, um eine LS-Verstellpumpe zu verstellen, entspricht die Kolbenfeder 25 beispielsweise einem Druck von 20 bar, während die Rückschlagventilfeder 12 einem Druck von 2 bar entspricht.
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Es sei angenommen, dass am Ausgangsanschluss B zunächst kein Druck anliegt und der Druck am Eingangsanschluss A unterhalb des eingestellten Stau- oder Zuschaltdrucks ist. In diesem Betriebszustand wird der Schließkörper 6 durch die Kraft der Rückschlagventilfeder 12 und durch die Kraft der Kolbenfeder 25, die über den Kolben 18 auf den Schließkörper 6 wirkt, in Schließrichtung beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wirkt auf die Stirnfläche B1 der Druck am Eingangsanschluss A. Die Stirnflächen A1, B2 und B3 sind mit dem Druck am Ausgangsanschluss B beaufschlagt, der zunächst vernachlässigbar ist. D. h. in Schließrichtung wirkt die Kraft der beiden Federn 25, 12, die einem Druck von etwa 22 bar entspricht. In Gegenrichtung wirkt die Kraft, die dem Produkt aus der Fläche B1 und dem Druck am Eingangsanschluss A entspricht. Wenn der Druck am Arbeitsanschluss A auf 22 bar angestiegen ist, hebt der Schließkörper 6 vom Ventilsitz 14 gegen die Kraft der Rückschlagventilfeder 12 (2 bar) ab und nimmt dabei den Kolben 18 gegen die Kraft der Kolbenfeder 25 mit. Die Arbeitsleitung 32 wird mit Druckmittel versorgt. Ein Druck am Ausgangsanschluss B wirkt in Schließrichtung auf die Stirnfläche B3 – B2 des Kolbenbunds 8 und im Sinne einer Verringerung der Kraft der Kolbenfeder 25 auf die Stirnfläche A1 des Kolbens 18. Wenn der Druck am Ausgangsanschluss B und damit im Druckraum 26 einen von der Größe der Fläche A1 abhängigen Wert überschritten hat, wird der Kolben 18 gegen die Kraft der Kolbenfeder 25 abgehoben, wobei der Schließkörper 6 nicht folgt, da er mit einer Kraft in Schließrichtung beaufschlagt ist, die der Differenz der Flächen B3 – B2 = V multipliziert mit dem Druck im Rückschlagfederraum 30 entspricht.
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Der Einfluss des Drucks am Ausgangsanschluss B auf den eingestellten Staudruck des Stauventils 1 ist minimal, wenn der Durchmesser d des Kolbenbunds 20 – wie gestrichelt in der Figur angedeutet – gleich dem Ventilsitzdurchmesser V ist. D. h. in diesem Fall entspricht die Stirnfläche A1 des Kolbens 18 der Stirnfläche B1 des Vorsprungs 10 – der Staudruck, d. h. der Druck am Arbeitsanschluss A ist dann unabhängig vom Druck in der Arbeitsleitung 32 (bis PA ≈ PB).
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Bei den in der Figur dargestellten geometrischen Verhältnissen würde der wirksame Staudruck durch den auf die Stirnfläche A1 des Kolbens 18 wirkenden Druck verringert, so dass das Stauventil früher öffnen würde.
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Sobald der Kolben 18 vom Schließkörper 6 abgehoben ist, wird der Schließkörper 8 nur noch von der Kraft der Rückschlagventilfeder 12 und dem Druck am Ausgangsanschluss B auf die rückwärtige Stirnfläche B3 in Schließrichtung und von dem auf die Ringstirnfläche B2 wirkenden Druck am Ausgangsanschluss B sowie dem auf die Stirnfläche B1 wirkenden Druck am Eingangsanschluss A in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Bei abgehobenem Schließkörper 6 entspricht der Durchflusswiderstand dann – abgesehen von dynamischen Widerstandskräften – der Kraft der Rückschlagfeder 12, d. h. etwa 2 bar. In diesem Betriebszustand wirkt der Schließkörper 6 als Rückschlagventil, dessen Funktion durch die schwache Rückschlagventilfeder 12 bestimmt ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist äußerst kompakt und preiswert ausführbar und ist somit den eingangs beschriebenen Lösungen überlegen.
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Offenbart ist ein Stau- oder Druckzuschaltventil mit einem Schließkörper, der über einen Kolben und eine am Kolben angreifende Kolbenfeder in eine Schließstellung gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist, so dass eine Verbindung von einem Eingangsanschluss A mit einem Ausgangsanschluss B geschlossen ist. Erfindungsgemäß wird der Schließkörper über eine Rückschlagventilfeder zusätzlich in seine Schließstellung vorgespannt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stauventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Ventilbohrung
- 6
- Schließkörper
- 8
- Kolbenbund
- 10
- Vorsprung
- 12
- Rückschlagventilfeder
- 14
- Ventilsitz
- 16
- Kammer
- 18
- Kolben
- 20
- Kolbenbund
- 22
- Kolbenstange
- 24
- Federraum
- 25
- Kolbenfeder
- 26
- Druckraum
- 28
- Kanal
- 30
- Rückschlagfederraum
- 32
- Arbeitsleitung
- 34
- Steuerleitung
- 36
- Tankleitung
