DE102022118308A1

DE102022118308A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE102022118308A1
Application number: DE102022118308.4A
Authority: DE
Inventors: Reinhardt Thoms
Original assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Druckregelventil für eine Hydraulikleitung, das ein Ventilgehäuse mit einem zylindrischen Wandbereich aufweist. Das Ventilgehäuse definiert eine Längsachse, wobei ein Bodenteil das Ventilgehäuse an einem Ende verschließt. Das Druckregelventil weist weiterhin eine Ventilkörpergruppe mit einem kegelförmigen hohlen Ventilkegel auf, der mit einem Stößelkopf im Eingriff steht. Der Ventilkegel ist durch eine erste Feder so belastet, dass er mit einer inneren Dichtfläche gegen die Dichtkontur einer Hülse abdichtet. Eine Kontaktfläche am Stößelkopf stellt eine Führung zu Auflageflächen an Speichen im Inneren des Ventilkegels bereit, so dass der Ventilkegel um Achsen senkrecht zur Längsachse schwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft Druckregulierventile für Hydraulikleitungen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Ventilvorrichtungen, die ein solches Druckregelventil aufweisen, auf Hydraulikkreise mit solchen Ventilvorrichtungen und auf hydraulische Axial- oder Radialkolbeneinheiten mit Ventilvorrichtungen.
Ventilvorrichtungen sind ein wesentlicher Bestandteil vieler hydraulischer Axial- oder Radialkolbeneinheiten. Ein spezielles Anwendungsgebiet sind Hochdruckventile, die in Hochdruckleitungen der Hydraulikaggregate angeordnet sind, um Hydraulikflüssigkeit abzulassen, wenn der Druck in der Leitung über einen vordefinierten Grenzwert ansteigt. Andererseits ist es für den erfolgreichen Betrieb von Hydraulikaggregaten wichtig, dass der Druck in der Niederdruckleitung nicht unter einen bestimmten Grenzwert fällt. Zu diesem Zweck kann in der Niederdruckleitung ein Ventil mit Speisefunktion angeordnet werden, das eine Einspeise-/Ladeverbindung zu einem Hydraulikflüssigkeitsbehälter öffnet, um der Niederdruckleitung Hydraulikflüssigkeit zuzuführen. Abhängig von den Betriebsbedingungen, z.B. der Drehrichtung eines hydrostatischen Aggregats, der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs oder dessen Antriebsart, kann sich der Druck in den Druckleitungen eines Hydraulikaggregats von Hochdruck auf Niederdruck und umgekehrt ändern. Daher ist es wünschenswert, dass Ventile, die in den Hydraulikleitungen angeordnet sind, sowohl die Druckbegrenzungsfunktion als auch die Einspeisefunktion erfüllen.
Diese Ventilvorrichtungen können daher als Hochdruckbegrenzungsventil mit Einspeisefunktion betrachtet werden. Bei bekannten Ventilvorrichtungen, die diese Funktion erfüllen können, ist der Durchflussquerschnitt aus konstruktiven Gründen eingeschränkt. Gerade für die druckbegrenzende Funktion ist jedoch ein schnelles Ansprechen zwingend erforderlich, wofür relativ große Durchflussquerschnitte gewünscht werden. Auch aus thermischen Gründen sollte der Durchflussquerschnitt so wenig wie möglich eingeschränkt werden, um die Hydraulikflüssigkeit nicht zu überhitzen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssten die in der Technik bekannten Ventilvorrichtungen mit sehr großen Querschnitten ausgelegt werden. Dies ist jedoch beim Einbau in Axialkolbenmaschinen oder aus Gründen der Dimensionierung nicht möglich.
Außerdem sind die bekannten Konstruktionen aufgrund von Fertigungstoleranzen und Ungenauigkeiten anfällig für Fehlfunktionen. Daher müssen die Komponenten der Ventilvorrichtungen sowie die Teile der Hydraulikeinheiten, in die die Ventilvorrichtungen eingebaut werden, mit hoher Präzision gefertigt werden. Dies erhöht nicht nur die Kosten für die Produktion der Ventilvorrichtungen und der Hydraulikleitungen, in die die Hochdruckentlastungsventile eingebaut werden, sondern auch die Kosten für den Ersatz im Falle eines Komponentenausfalls.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Ventilvorrichtung der genannten Art zur Verfügung zu stellen, die große Durchflüsse bei geringen Druckverlusten ermöglicht, wenig Bauraum beansprucht, tolerant gegenüber Fertigungstoleranzen und Ungenauigkeiten ist, kurze Reaktionszeiten hat und unter Hoch- und Niederdruckbedingungen zuverlässig arbeitet und kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Druckregelventil nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den davon abhängigen Unteransprüchen offenbart. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Ventilvorrichtung nach Anspruch 12 und in bevorzugten Ausführungsformen gemäß den davon abhängigen Unteransprüchen. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 15 und durch eine hydraulische Axial- oder Radialkolbeneinheit nach Anspruch 16.
Erfindungsgemäß ist ein Druckregelventil für eine Hydraulikleitung vorgesehen. Das Druckregelventil weist ein Ventilgehäuse mit einem zylindrischen Wandbereich auf, das eine Längsachse definiert, die die Mittelachse der zylindrischen Wand darstellt. Ein Abschlußteil schließt das Ventilgehäuse an einem Ende ab. Das Druckregelventil weist ferner eine Ventilkörpergruppe auf, die eine hohlzylindrische Hülse aufweist, die koaxial im Ventilgehäuse beweglich angeordnet ist. Die Hülse wird von dem zylindrischen Wandabschnitt des Ventilgehäuses - zumindest von Teilen des zylindrischen Wandbereiches - gleitend geführt und kann relativ zum Ventilgehäuse in Richtung der Längsachse gleiten. Dabei ist die Mittel-/Rotationsachse der Hülse im Wesentlichen identisch mit der Längsachse des Ventilgehäuses.
Die äußere Umfangsfläche eines längs verlaufenden inneren Endbereichs der Hülse dichtet mit der inneren Umfangsfläche des Ventilgehäuses ab und bildet so mit dem Bodenbereich eine Druckkammer. Die Druckkammer erstreckt sich vom Bodenbereich des Ventilgehäuses bis zur Innenseite der Hülse. An einem in Längsrichtung äußeren Endabschnitt der Hülse, der aus dem Ventilgehäuse herausragt, befindet sich eine nach außen gerichtete Hülsendichtungskontur und ein radial nach innen gerichteter Federsitz. Der Federsitz am in Längsrichtung äußeren Endabschnitt kann zum Beispiel als Schulter ausgebildet sein, die sich in Bezug auf die Längsachse radial nach innen erstreckt.
Ein Ventilstößel ist koaxial in der Hülse angeordnet, d.h. die Achse des Ventilstö-ßels ist identisch mit der Mittelachse der Hülse und des Ventilgehäuses. Der Ventilstößel ragt mit einem ersten Ende, das einen Stößelkopf aufweist, aus dem in Längsrichtung äußeren Endabschnitt der Hülse heraus. An dem Stößelkopf ist eine konvexe Kontaktfläche zur Hülse hin ausgebildet. Wenn das in Längsrichtung äußere Ende der Hülse, wie oben beschrieben, mit einer nach innen vorstehenden Schulter versehen ist, dann weist die Schulter bevorzugt ein zentrales Durchgangsloch auf, durch das der Ventilstößelschaft hindurch geführt werden kann.
Eine erste Feder ist koaxial im Inneren der Hülse und um den Stößelschaft herum angeordnet. Die Feder ist mit einem Ende an einem Federsitz befestigt, der an dem freien, dem Stößelkopf gegenüberliegenden Ende des Stößelschafts angeordnet ist. An ihrem anderen Ende stützt sich die Feder auf dem Federsitz am längsseitigen äußeren Teil der Hülse ab. In dieser Anordnung ist die erste Feder in der Lage, den Ventilstößel in Richtung der Hülsen-Innenseite vorzuspannen, d.h. im montierten Zustand in Richtung der Druckkammer. Nach dem Prinzip „actio = reactio“ wirkt die Vorspannkraft auf den Federsitz an der Hülse und drückt die Hülse in Richtung Stößelkopf.
Die Ventilkörpergruppe weist ferner einen hohlen, im Wesentlichen kegelförmigen Ventilkegel auf, der im Bereich des größeren Durchmessers eine innere Dichtfläche zur Abdichtung mit der Hülsendichtungskontur aufweist. Der Ventilkegel weist außerdem eine äußere Dichtfläche im unteren Durchmesserbereich auf, die sich um eine Einlassöffnung des Ventilkegels herum erstreckt, um mit einem Ventilsitz einer Hydraulikleitung abzudichten. Eine Vielzahl von radial nach innen gerichteten Speichen erstreckt sich in den Innenraum des hohlen Ventilkegels. Zumindest einige der Speichen weisen konkave Lagerflächen auf, die der Einlassöffnung zugewandt sind.
Der Stößelkopf berührt mit den Speichen des Ventilkegels, d.h. mit den konvexen Kontaktflächen des Stößelkopfes, die konkaven Anlageflächen des Ventilkegels. Dadurch wird die Vorspannkraft der ersten Feder über den Stößelkopf auf den Ventilkegel übertragen, um den Ventilkegel durch die erste Feder gegen die äußere Dichtungskontur der Hülse zu drücken. Gleichzeitig sorgt die Kontaktfläche am Stößelkopf für die Führung der Lagerflächen an den Speichen, so dass der Ventilkegel um Achsen senkrecht zur Längsachse verschwenkt und um die Längsachse gedreht werden kann.
Die größte Bewegungsfreiheit ist gegeben, wenn die Lagerflächen am Ventilkegel und die Kontaktflächen am Stößelkopf einen gemeinsamen Drehpunkt haben und damit ein Kugelgelenk mit drei Rotationsfreiheitsgraden bilden. Es soll auch zum Erfindungsumfang gehören, dass die Schwenkbewegung des Ventilkegels relativ zum Stößelkopf um eine oder zwei Achsen mit vordefinierter Ausrichtung beschränkt ist. Zum Beispiel kann eine Drehung des Ventilkegels um die Längsachse der Ventilkörpergruppe blockiert werden.
Aufgrund der Rotationsfreiheit des Ventilkegels in Bezug auf den Stößelkopf kann sich der Ventilkegel um ein Bewegungszentrum/ einen Mittelpunkt drehen, um Fehlausrichtungen zwischen der Längsachse von Komponenten des Druckregelventils und einer Achse einer Bohrung in der von der Ventilbaugruppe zu überwachenden Hydraulikleitung und/oder der Bohrung, in die das Druckregelventil eingebaut ist, auszugleichen. Diese Fehlausrichtungen können z.B. durch Fertigungstoleranzen entstehen. Auch Fertigungsungenauigkeiten der Komponenten des erfindungsgemäßen Druckregelventils können durch Kippen/Schwenken des Ventilkegels ausgeglichen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilstößel bzw. die Hülse in Richtung der Längsachse in Richtung aus dem Ventilgehäuse heraus, d.h. in Richtung vom Bodenbereich des Ventilgehäuses zum äußeren Endbereich der Hülse hin, mittels einer zweiten Feder vorgespannt, die auf das innere Ende des Ventilstößels bzw. auf den inneren Endbereich der Hülse wirkt und sich am Bodenbereich des Ventilgehäuses abstützt. Im Allgemeinen sind die vorgesehenen Vorspannkräfte der ersten Feder und der zweiten Feder voneinander verschieden, da jede Feder eine andere Funktion des erfindungsgemä-ßen Druckregelventils überwacht. Die Vorspannkraft beeinflusst den Grenzwert für die Öffnung des Ventils, der in der Regel für beide Betriebsarten, d.h. für die Druckbegrenzungsfunktion und für die Füll-/Speisefunktion, unterschiedlich ist. Da das Druckniveau für die Druckentlastung, insbesondere für die Hochdruckbegrenzung, und der Speisedruck in der Regel sehr unterschiedlich sind, ist auch die Stärke der beiden Federn sehr unterschiedlich. Ein Faktor 10 oder sogar 20 zwischen Hochdruckniveau und Speisedruckniveau ist nicht ungewöhnlich.
Alternativ kann der Ventilstößel auch mit seinem zweiten, dem Stößelkopf gegenüberliegenden Ende am Bodenbereich des Ventilgehäuses befestigt werden. In dieser Konfiguration ist nur eine Feder vorgesehen, die eine Vorspannkraft zum Schließen des Druckregelventils aufbringt. Die Vorspannkraft der Feder bestimmt den Öffnungsdruck, der sowohl für die Aktivierung der Druckbegrenzungsfunktion des Ventils als auch für die Aktivierung der Speisefunktion erforderlich ist. Wenn also ein anderer Grenzwert für die Öffnung des Ventils erforderlich sein soll, können die Bereiche, auf die der Druck einwirken kann, verändert werden, um das Betriebsverhalten des Ventils anzupassen.
In einer Ausführungsform weisen die innere Dichtfläche und die äußere Dichtfläche des Ventilkegels beide eine Kugelform auf und die Mittelpunkte der beiden kugelförmigen Dichtflächen liegen auf der Drehachse des Ventilkegels, aber in einem Längsabstand zueinander.
Das Rotationszentrum des Ventilkegels wird durch die übereinstimmenden Rotationszentren der inneren Dichtfläche des Ventilkegels und der konkaven Lagerflächen des Stifts definiert. In diesem Fall bewirkt ein Kontakt der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels mit einem Ventilsitz einer hydraulischen Leitung eine Drehung des Ventilkegels in Bezug auf sein Drehzentrum, da die Achse des Ventilsitzes der Leitung nicht mit der Längsachse des erfindungsgemäßen Regelventils übereinstimmt.
Alternativ kann der Drehpunkt des Ventilkegels durch den Drehpunkt der Lagerflächen der Speiche definiert werden und in einem Abstand zum Mittelpunkt der inneren Dichtfläche des Ventilkegels angeordnet sein. In diesem Fall wird die Ausrichtung des Ventilkegels durch den winkligen und/oder linearen Versatz zwischen der Längsachse des Ventilgehäuses und der inneren Dichtungsfläche des Ventilkegels beeinflusst, dessen Position durch die Ausrichtung der Längsachse des Ventilkegels bestimmt wird. Darüber hinaus kann der winklige und/oder lineare Versatz der Längsachse des Ventilgehäuses in Bezug auf eine Flüssigkeitsleitung, in die das Ventil eingebaut ist, die Position des Ventilkegels bestimmen, wodurch eine Dreh- oder Kippbewegung des Ventilkegels aufgrund des Längsabstands zwischen dem Mittelpunkt der Abstützflächen des Ventilkegels und dem Mittelpunkt der äußeren Dichtungsfläche entsteht. In jedem Fall wird der Drehpunkt des Ventilkegels um den Stößelkopf durch die Abstützflächen der Speichen definiert, die durch die Kontaktflächen am Stößelkopf geführt werden.
Es ist aber auch von der Erfindung umfasst, dass die innere und/oder die äußere Dichtfläche des Ventilkegels eine konische Form anstelle einer Kugelform aufweist.
Erfindungsgemäß kann der Bodenbereich des Ventilgehäuses durch eine in den zylindrischen Wandbereich einschraubbare Endkappe gebildet werden. In dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem Bodenbereich des Ventilgehäuses und dem zylindrischen Wandbereich der hohlen Hülse einstellbar. Damit kann die Größe der Druckkammer variiert und damit die Vorspannkraft der zweiten Feder - sofern eine zweite Feder vorgesehen ist - eingestellt werden.
Es gibt jedoch auch andere Ausführungsformen, bei denen die Vorspannkraft der ersten Feder und/oder die Vorspannkraft der zweiten Feder einstellbar ist. Zum Beispiel könnte der Federsitz zur Befestigung der ersten Feder am Ventilstift, an dem dem Stößelkopf gegenüberliegenden Ende des Stößelschafts eine verstellbare Scheibe sein, die entlang der Längsachse des Stößelschafts schraubbar ist. Damit kann der Abstand zwischen dem Federsitz am äußeren Ende der Hülse und der Fixierung am Schaftende variiert und die Vorspannkraft der ersten Feder eingestellt werden. Zum Einstellen der Vorspannkraft der zweiten Feder kann der Bodenbereich des Ventilgehäuses, an dem die Feder anliegt, beweglich sein, z.B. aufgrund seiner Konstruktion als Endkappe. Der Bodenbereich kann aber auch ein bewegliches Element aufweisen, wie z.B. einen Federsitz an einem Ende einer Schraube, die in den Endbereich eingeschraubt wird und von der Außenseite des Ventilgehäuses zugänglich ist. Durch Hinein- oder Herausdrehen der Schraube kann die Längsposition des Federsitzes verändert und damit die Vorspannkraft der zweiten Feder eingestellt werden.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Kontaktflächen am Ventilstößelkopf und die Abstützflächen an den Speichen des Ventilkegels eine Kugelform mit demselben Drehpunkt auf, der sich von den Mittelpunkten der inneren Dichtfläche und der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels unterscheidet. Wie bereits erwähnt, wird in diesem Fall durch die Kontaktflächen und die Abstützflächen eine kugelförmige Verbindung gebildet, die es ermöglicht, den Ventilkegel in Bezug auf die Achse des Stiftschafts zu kippen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der gemeinsame Drehpunkt der Kontaktflächen am Stößelkopf und der Stützflächen an den Speichen sowie der Mittelpunkt der inneren Dichtfläche des Ventilkegels bzw. der Hülsendichtkontur der Hohlhülse ohne Abstand zueinander auf der Längsachse des Ventilgehäuses, d.h. auf der Längsachse des Druckregelventils. Dadurch ist das erfindungsgemäße Regelventil in der Lage, mittels des kippbaren Ventilkegels Fertigungsungenauigkeiten zwischen der inneren Dichtfläche und der äußeren Dichtfläche sowie Toleranzen der Hülsendichtkontur und Fluchtungsfehler zwischen der Längsachse des Ventilgehäuses und der Bohrung, in die das Ventilgehäuse eingebaut ist, auszugleichen.
Alternativ muss der gemeinsame Mittelpunkt der Kontaktflächen des Stößelkopfes und der Stützflächen der Speichen nicht mit dem Mittelpunkt der inneren Dichtfläche des Ventilkegels identisch sein. Von diesem Mittelpunkt kann der Mittelpunkt der äußeren Dichtfläche entlang der Längsachse beabstandet sein. Bei dieser Anordnung ist der Ventilkegel in Bezug auf den Mittelpunkt der Kontakt-/Stützflächen kippbar. Der Kontakt der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels mit einem Ventilsitz an der Öffnung der Flüssigkeitsleitung bestimmt die endgültige Ausrichtung/den Kippwinkel des Ventilkegels.
Bevorzugt werden die Mittelpunkte der inneren Dichtfläche und/oder der äußeren Dichtfläche entlang der Längsachse verschoben, wenn sich der Ventilkegel um seinen Mittelpunkt bewegt und wenn das Ventil Fluchtungsfehler ausgleicht. Da nicht alle Mittelpunkte der Stützflächen des Ventilkegels, der inneren Dichtfläche und der äußeren Dichtfläche identisch sind, bewirkt eine Schwenkbewegung des Ventilkegels um einen der Mittelpunkte eine Verschiebung der anderen Mittelpunkte in Richtung der Längsachse. Die Größe der Kraft, die für die Bewegung des Ventilkegels erforderlich ist, und die Länge des Weges, den die Mittelpunkte entlang der Längsachse zurücklegen, werden durch den anfänglichen linearen und/oder winkligen Versatz bestimmt, der kompensiert werden muss.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilkegel zumindest drei Speichen mit jeweils einer konkaven Stützfläche auf. Im Allgemeinen beeinflussen die Anzahl der Speichen und der Querschnitt der Speichen die Stabilität des Ventilkegels und den Durchflussquerschnitt, insbesondere das Ausmaß des freien Durchflusses. Wenn, wie oben erwähnt, jede Speiche eine konkave Stützfläche aufweist und die entsprechenden Stützflächen am Stößelkopf eine komplementäre konvexe Form aufweisen, bilden die Stützflächen in Verbindung mit den Kontaktflächen ein sphärisches Lager. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass Druckbegrenzungsventile einen großen Querschnitt für die Flüssigkeitsströmung aufweisen.
Erfindungsgemäß kann die Drehposition des Ventilkegels um die Längsachse in Bezug auf den Ventilstößel fixiert werden. Dies erleichtert den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Druckregelventils und die Montage an einer Hydraulikleitung oder einem Hydraulikaggregat. Außerdem wird dadurch ein zuverlässiger Betrieb des Ventils gewährleistet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Federkraft der ersten Feder unterschiedlich zur Federkraft der zweiten Feder. Wie bereits erwähnt, beeinflusst die Federrate die Vorspannkraft der Federn und damit die Grenzkraft, die zum Zusammendrücken der Federn erforderlich ist, damit das Druckbegrenzungsventil seine Funktion erfüllen kann. In einer Ausführungsform der Erfindung definiert die erste Feder die Öffnungsdruckdifferenz der (hohen) Druckbegrenzungsfunktion des Druckregelventils. Die zweite Feder definiert die Öffnungsdruckdifferenz für die Speisfunktion des Ventils. Da die Druckbegrenzungsfunktion in einer Hochdruckleitung benötigt wird und die Einspeisefunktion einer Niederdruckleitung eines Hydraulikaggregats zur Verfügung gestellt wird, kann die Federkraft der ersten Feder vorzugsweise höher sein als die Federkraft der zweiten Feder. Wenn die Federn zusammengedrückt sind, können sich Teile, die zur Erfüllung der Druckbegrenzungsfunktion oder der Speisefunktion des Druckregelventils erforderlich sind, gegeneinander bewegen. Folglich ist die Federkraft der Federn einer der Parameter, der sich auf die Ansprechgrenzwert für die Druckbegrenzungsfunktion und die Einspeisefunktion auswirkt.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil kann in eine Ventilvorrichtung integriert werden. Da das Ventilgehäuse so gestaltet werden kann, dass es den in Hydraulikaggregaten verwendeten Standardabmessungen entspricht, kann das erfindungsgemäße Druckregelventil auch als Ersatzteil zum Austausch von Druckregelventilen nach dem Stand der Technik bereitgestellt werden.
Eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung weist z.B. eine erste Durchflussbohrung auf, die in eine zweite Durchflussbohrung mündet. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Durchflussbohrung senkrecht zur ersten Durchflussbohrung ausgerichtet sein. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Durchflussbohrung schräg zur ersten Durchflussbohrung ausgerichtet sein. In der Verlängerung der ersten Durchflussbohrung befindet sich eine Ventilmontageöffnung. Ein erfindungsgemäßes Druckregelventil wird so in die Ventilmontagebohrung eingesetzt, dass die äußere Dichtfläche des Ventilkegels mit einem Ventilsitz abdichtet, der an der Innenseite der ersten Durchflussbohrung, d.h. der der zweiten Durchflussbohrung zugewandten Seite, ausgebildet ist. Damit wird über die Einlassöffnung im Ventilkegel eine Fluidverbindung zwischen der ersten Durchflussbohrung und dem Druckraum im Druckregelventil ermöglicht. Die zweite Durchflussbohrung verbindet das Druckregulierventil seitlich mit dem äußeren Endabschnitt der Hülse. In diesem Ausgangszustand ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen der ersten Durchflussbohrung und der zweiten Durchflussbohrung durch den Kontakt der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels mit dem Ventilsitz blockiert. Wie bereits erwähnt, weist die Achse der Ventilaufnahmebohrung und die Achse der ersten Durchflussbohrung aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten oder -toleranzen oft einen linearen und/oder winkligen Versatz auf, d.h. sie sind nicht identisch. Das heißt, die Achsen der Ventilaufnahmebohrung und der ersten Durchflussbohrung sind nicht parallel zueinander, d.h. die Achsen schließen einen Winkel β ein, der von 180° abweicht, und/oder die Achse der Ventilaufnahmebohrung weist einen linearen Versatz zur Achse der ersten Durchflussbohrung in Richtung senkrecht zur Längsachse des erfindungsgemäßen Druckregelventils auf.
In den meisten Betriebszuständen der Ventilvorrichtung ist der Druck in der ersten Durchflussbohrung und in der zweiten Durchflussbohrung unterschiedlich. Die Ventilvorrichtung befindet sich in ihrer Ausgangsstellung, wenn weder die Druckentlastungsfunktion noch die Speisefunktion aktiviert sind. In einer typischen Konfiguration wirkt der Druck in der ersten Durchflussbohrung auf den Teil der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels, der benachbart zur ersten Durchflussbohrung liegt, und wird durch den verbleibenden Bereich der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels innerhalb der Kontaktlinie/- fläche des Ventilsitzes der ersten Durchflussbohrung mit der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels begrenzt. Der Druck der ersten Durchflussbohrung wird über die Einlassöffnung des Ventilkegels in den Hohlraum im Inneren des Ventilkegels geleitet und wird ferner über den Innenraum der Hülse in die Druckkammer neben dem Bodenbereich des Ventilgehäuses geleitet. Der Druck der zweiten Durchflussbohrung liegt an dem Teil der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels an, der benachbart zur zweiten Durchflussbohrung liegt und wird außerhalb der Kontaktfläche zwischen der äußeren Dichtfläche des Ventilkegels und dem Ventilsitz der ersten Durchflussbohrung begrenzt. Folglich wird die äußere Dichtfläche des Ventilkegels durch den Ventilsitz an der ersten Durchflussbohrung in einen inneren Bereich, in dem ein (hoher) Druck in der ersten Durchflussbohrung herrscht, und in einen äußeren Bereich, in dem der Druck in der zweiten Durchflussbohrung herrscht, unterteilt.
Wenn ein hydraulischer Druck an der Einlassöffnung des Ventilkegels, d.h. ein hydraulischer Druck in der ersten Durchflussbohrung, eine Kraft auf die Stirnfläche(n) des äußeren Endbereichs der Hülse erzeugt, die hoch genug ist, um die erste Feder zusammenzudrücken, wird die Druckbegrenzungsfunktion des Ventils aktiviert. Dabei wird die Hülse vom Ventilkegel abgehoben und in Richtung des Bodenbereichs des Ventilgehäuses bewegt. Ein Endanschlag oder der Boden der Druckkammer kann die Bewegung der Hülse entlang der Längsachse begrenzen, um eine Beschädigung der ersten Feder zu vermeiden. Bei der Druckbegrenzungsfunktion wird über die Einlassöffnung, den Hohlraum im Ventilkegel und den Abstand zwischen der inneren Dichtfläche des Ventilkegels und der Dichtfläche der Hülse, die an die zweite Durchflussbohrung angrenzt, eine Hydraulikflüssigkeitsverbindung von der ersten Durchflussbohrung zur zweiten Durchflussbohrung hergestellt. Ein zu hoher Druck aus der ersten Flüssigkeitsbohrung wird so lange in die zweite Flüssigkeitsbohrung geleitet, bis die durch den hydraulischen Druck in der ersten Flüssigkeitsbohrung erzeugte Kraft niedriger ist als der von der ersten Feder definierte Grenzwert. In dieser Situation bewegt sich der Ventilkegel aufgrund der Rückstellkraft der ersten Feder in Richtung der inneren Dichtfläche des Ventilkegels, bis der Kontakt zwischen der inneren Dichtfläche des Ventilkegels und der Dichtkontur des Ventilkegels wiederhergestellt ist.
Wenn ein hydraulischer Druck in der zweiten Bohrung höher ist als ein hydraulischer Druck in der ersten Durchflussbohrung und wenn die Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck in der zweiten Bohrung und dem Druck in der ersten Durchflussbohrung hoch genug ist, um eine Kraft zu erzeugen, die die zweite Feder zusammendrücken kann, wird die Einspeisefunktion aktiviert. In diesem Fall sind die Druckkräfte, die den Ventilkegel vom Ventilsitz abheben, höher als die Federkräfte, und es wird eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der zweiten Durchflussbohrung und der ersten Durchflussbohrung hergestellt, indem die gesamte Ventilkörpergruppe in Richtung des Bodenbereichs des Ventilgehäuses bewegt wird. Dann kann Hydraulikflüssigkeit von der zweiten Durchflussbohrung zur ersten Durchflussbohrung durch den Spalt zwischen dem Ventilkegel und dem Ventilsitz an der ersten Durchflussbohrung geleitet werden. Dadurch verringert sich die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der zweiten Durchflussbohrung und dem Druck in der ersten Durchflussbohrung, bis die durch die Druckdifferenz erzeugte Kraft zu gering ist, um die zweite Feder zusammenzudrücken. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird die Ventilkörpergruppe von der zweiten Feder in Richtung Ventilsitz gedrückt und das Ventil kehrt automatisch in seine Ausgangsstellung zurück, in der die Fluidverbindung zwischen der ersten Durchflussbohrung und der zweiten Durchflussbohrung gesperrt ist.
Eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung kann in hydraulischen Kreisläufen des offenen oder geschlossenen Typs verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung kann z.B. in hydraulische Axial- oder Radialkolbeneinheiten integriert werden.
Anhand der beigefügten Figuren werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Druckregelventils und einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung näher erläutert, um das Verständnis des Grundgedankens der Erfindung zu verbessern. Die vorliegenden Ausführungsformen schränken den Umfang der erfinderischen Idee der Erfindung nicht ein, sondern stellen lediglich eine mögliche Ausführungsvariante dar, an der im Rahmen der Kenntnisse einer Person mit Kenntnissen auf dem einschlägigen Gebiet Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Daher sind alle diese Modifikationen und Änderungen durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil;
2 zeigt einen Ventilkegel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils;
3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ventilkegels eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils;
4 zeigt einen Ventilstößel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils;
5 zeigt eine Detailaufnahme eines Stößelkopfes eines Ventilstößels eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils;
6 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung.

1 zeigt ein Druckbegrenzungsventil 1 gemäß der Erfindung. Das Druckbegrenzungsventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem zylindrischen Wandbereich 5 auf. Die Mittelachse des zylindrischen Wandbereichs 5 definiert eine Längsachse 3 des Druckbegrenzungsventils 1. Das Ventilgehäuse 2 ist an einer Seite durch einen Bodenbereich 4 geschlossen. In einigen Ausführungsformen ist der Bodenbereich 4 in Richtung der Längsachse 3 in Bezug auf den zylindrischen Wandbereich 5 des Ventilgehäuses 2 beweglich. Der Bodenbereich 4 kann als Endkappe 6 ausgebildet sein, die beispielsweise durch Verschraubung mit dem zylindrischen Wandbereich 5 verbunden ist.
Eine Ventilkörpergruppe 8 ist im Inneren des hohlzylindrischen Wandbereichs 5 des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Die Ventilkörpergruppe 8 weist eine hohlzylindrische Hülse 10 auf, die in dem zylindrischen Wandbereich 5 des Ventilgehäuses 2 verschiebbar untergebracht ist. Ein in Längsrichtung innerer Endbereich 13 der Hülse 10 dichtet gegen die innere Umfangsfläche des Ventilgehäuses 2 ab. Ein in Längsrichtung äußerer Endabschnitt 12 der Hülse 10 ragt in Längsrichtung aus dem Ventilgehäuse 2 heraus. An dem vom Bodenbereich 4 abgewandten Ende der Hülse 10 weist der äußere Endabschnitt 12 eine Hülsendichtungskontur 14 auf. Der äußere Endabschnitt 12 weist ferner eine Schulter auf, die sich von der Außenfläche der Hülse 10 radial nach innen erstreckt und einen Federsitz 16 bildet. Die Schulter erstreckt sich nicht bis zur Längsachse, sondern weist einen zentralen Hohlraum auf, der z.B. als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und von einem Ventilstößel 20 durchdrungen wird, der koaxial im Inneren der Hülse 10 angeordnet ist. Der Ventilstößel 20 weist an seinem aus der Hülse 10 herausragenden Ende einen pilzförmigen Stößelkopf 22 auf. Am gegenüberliegenden Stößelschaftende 24 ist ein Gewinde angeordnet, über das ein Federspannelement 17 an einem Stößelschaft 25 des Ventilstößels 20 befestigt ist.
Der Stößelkopf 22 weist an seinem der Hülse bzw. dem zum Bodenbereich 4 des Ventilgehäuses 2 Stößelschafts 25 zugewandten Ende konvexe Kontaktflächen 23 auf. Diese Kontaktflächen 23 stehen in Kontakt mit den konkaven Stützflächen 36 eines Ventilkegels 30. Der Ventilkegel 30 weist die allgemeine Form eines hohlen Kegelstumpfes auf, der an der dem Bodenbereich 4 abgewandten Seite eine Einlassöffnung 37 an seinem kleineren Durchmesser aufweist. Mehrere Speichen 33 erstrecken sich von der Außenfläche radial nach innen in einen Hohlraum des Ventilkegels. An den radial inneren Enden der Speichen 33 sind Stützflächen 36 ausgebildet, die komplementär zu den Kontaktflächen 23 am Stößelkopf 22 geformt sind. Die Kombination aus konvexen Kontaktflächen 23 und konkaven Stützflächen 36 bildet eine Art Kugelgelenk mit zumindest einem Freiheitsgrad in Drehrichtung. Bevorzugt sind die Kontaktflächen 23 und die komplementären konkaven Stützflächen 36 so gestaltet, dass sie ein Kugelgelenk mit zwei Dreh-Freiheitsgraden bilden. Der dritte Freiheitsgrad, d.h. die Drehung um die Längsachse, wird durch die Positionierungsflächen 27 am Stößelkopf 22 gegenüber den radialen inneren Enden der Speiche blockiert (siehe auch 4 und 5). Dadurch kann der Ventilkegel 30 in Bezug auf den Mittelpunkt des Kugelgelenks gekippt werden. Dies ermöglicht es dem Druckbegrenzungsventil 1 mittels des kippbaren Ventilkegels 30, Toleranzen und Ungenauigkeiten zwischen den verschiedenen Komponenten des Druckbegrenzungsventils 1 auszugleichen, die die Funktionsfähigkeit des Ventils 1 negativ beeinflussen könnten, und Fehlausrichtungen zwischen der Längsachse 3 des Druckbegrenzungsventils 1 und einer Achse der Hydraulikflüssigkeitsbohrung, die vom erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil 1 überwacht werden soll, zu kompensieren.
Der hohle, konische Ventilkegel 30, der eine Rotationssymmetrie in Bezug auf eine Rotationsachse 35 aufweist, weist ferner eine äußere Dichtfläche 34 und eine innere Dichtfläche 32 auf.
Im montierten Zustand wird der Ventilkegel 30 von einer ersten Feder 40, die radial innerhalb der Hülse 10 zwischen dem Federsitz 16 und dem Federspannelement 17 um den Ventilstößel 20 angeordnet ist, in Richtung des Bodenbereichs 4 gegen die Hülsendichtkontur 14 herangezogen. Damit wird der Kontakt zwischen der inneren Dichtfläche 32 und der Hülsendichtfläche 14 gewährleistet. Die Vorspannkraft der ersten Feder 40 kann z.B. durch Verstellen der Längsposition des Federspannelements 17 eingestellt werden. Wenn der Ventilkegel 30 durch eine beliebige Kraft in seiner Position gehalten wird, die z.B. durch einen hohen Druck erzeugt wird, der auf den Ventilkegel 30 am Ende der Stirnfläche(n) 15 der Hülse einwirkt, bestimmt die Vorspannkraft der ersten Feder 40 die Kraft, die erforderlich ist, um die Hülse 10 mit der Hülsendichtkontur 14 von der inneren Dichtfläche 32 des Ventilkegels 30 abzuheben.
In einigen Ausführungsformen ist der Mittelpunkt der inneren Dichtfläche 32 des Ventilkegels 30 identisch mit dem Mittelpunkt, der durch die Kombination der konkaven Stützflächen 36 an den Speichen 33 des Ventilkegels 30 und den konvexen Kontaktflächen 23 am Stößelkopf 22 definiert ist. In diesem Fall ist der Ventilkegel 30 auch nach dem Zusammenbau des Druckbegrenzungsventils 1 in der Lage, in Bezug auf den gemeinsamen Mittelpunkt zu kippen oder gekippt zu werden.
Eine zweite Feder 45 ist zwischen dem Bodenbereich 4 des Ventilgehäuses und dem dem Stößelkopf 22 gegenüberliegenden Stößelschaftende 24 auf dem Stößelschaft 25 angeordnet. Die zweite Feder 45 ist ebenfalls vorgespannt. Die Vorspannkraft der zweiten Feder 45 bestimmt die Kraft, die erforderlich ist, um die gesamte Ventilkörpergruppe 8 in Bezug auf das Ventilgehäuse 2 in Längsrichtung zu bewegen und bestimmt den Anpressdruck der äußeren Dichtfläche 34 des Ventilkegels auf einen Ventilsitz.
Um die Ventilkörpergruppe 8 in Längsrichtung am Ventilgehäuse 2 zu befestigen und um zu verhindern, dass die vorgespannte zweite Feder 45 die Ventilkörpergruppe 8 aus dem Ventilgehäuse 2 herausdrückt, kann ein Sicherungsring 7 vorgesehen werden. Der Sicherungsring 7 weist z.B. gabelförmige Enden auf, die das Gehäuse 2 in radialer Richtung durchdringen und mit einer Nut in der äußeren Umfangsfläche der Hülse 10 (nicht dargestellt) zusammenwirken. Das Zusammenspiel zwischen der Nut und den Enden des Sicherungsrings 7 setzt der Beweglichkeit der Hülse 10 in Bezug auf das Ventilgehäuse 2 vordefinierte Grenzen, so dass zumindest der innere Endbereich 13 der Hülse 10 im Inneren des Ventilgehäuses 2 verbleibt, auch wenn das Druckbegrenzungsventil bspw. nicht in einer Ventilvorrichtung installiert ist.
2 zeigt einen Ventilkegel 30 eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 1 in einer Detailansicht. 3 ist eine Schnittdarstellung des in 2 gezeigten Ventilkegels 30. Der Ventilkegel 30 weist beispielhaft drei Speichen 33 auf, die äquidistant um die Umfangsfläche des den Ventilkegel 30 darstellenden Kegelstumpfes verteilt sind. In der Schnittdarstellung sind aufgrund der gewählten Perspektive nur zwei der drei Speichen 33 sichtbar. In der dargestellten Ausführungsform weisen alle drei Stützflächen 36 an ihren radial inneren Enden eine konkave Stützfläche mit einem gemeinsamen Mittelpunkt auf und sind der Einlassöffnung 37 zugewandt.
Die äußere Dichtfläche 34 ist im vorderen Bereich, dem Bereich mit dem kleineren Durchmesser des Kegelstumpfs, nahe der Einlassöffnung 37 angeordnet, durch die Hydraulikflüssigkeit in den Hohlraum im Inneren des Ventilkegels 30 eintreten kann. Die eintretende Hydraulikflüssigkeit kann durch den Ventilkegel durch den Raum zwischen den Speichen 33 zur Auslassöffnung 38 in der Bodenfläche des Ventilkegels 30 geleitet werden. Die innere Dichtfläche 32 des Ventilkegels 30 ist im Bereich des größeren Durchmessers des kegelstumpfförmigen Ventilkegels 30 an der inneren Umfangsfläche angeordnet. Die innere Dichtfläche 32 weist eine kugelförmige Gestalt auf, z.B. mit einem Mittelpunkt auf der Längsachse 3. Dieser Mittelpunkt kann vom Mittelpunkt der äußeren Dichtfläche 34 entfernt oder an derselben Stelle angeordnet sein. Der Mittelpunkt der konkaven Stützflächen 36 sollte in der gleichen Längsposition angeordnet sein, wie der Mittelpunkt der inneren Dichtfläche 32, um eine gleich große und gleich ausgerichtete Dichtkontur für die Hülsendichtkontur 14 zu schaffen, wenn der Ventilkegel aus seiner Ausgangsposition gekippt wird, in der die Drehachse 35 des Ventilkegels mit der Längsachse 3 des Ventilgehäuses 2 ausgerichtet ist.
4 zeigt einen Ventilstößel 20 eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 1. 5 zeigt eine Detailansicht des Stößelkopfes 22 des Ventilstößels 20 gemäß 4. Der Ventilstößel 20 ist rotationssymmetrisch in Bezug auf die Längsachse 3. Der Stößelkopf 22 weist konvexe Kontaktflächen 23 auf. Die konvexe Form der Kontaktflächen 23 entspricht der konkaven Form der Stützflächen 36, d.h. sie sind vorzugsweise komplementär. Ferner weist der Stößelkopf 22 flache Positionierflächen 27 auf, die bei der Montage des Druckbegrenzungsventils 1 mit flachen Flächen an der Innenseite der Speichen 33 des Ventilkegels 30 zusammenwirken können. Daher ist in der dargestellten Ausführungsform die Drehposition des Ventilkegels 30 um die Längsachse 3 des Ventilstößels 20 festgelegt. Vom Stößelkopf 22 aus erstreckt sich ein Stößelschaft 25 in Längsrichtung. An dem dem Stößelkopf 22 gegenüberliegenden Ende 24 des Stößelschafts 25 ist ein Gewinde vorgesehen, z.B. zur Befestigung eines Federspannelements 17.
6 zeigt eine Ventilvorrichtung 100 mit einem Druckbegrenzungsventil 1. Die Ventilvorrichtung 100 weist eine erste Durchflussbohrung 110 mit einer ersten Durchflussbohrungsachse 113 auf. Eine zweite Durchflussbohrung 120 ist senkrecht zur ersten Durchflussbohrung 110 angeordnet. Gegenüber der ersten Durchflussbohrung 110 ist eine Ventilaufnahmebohrung 130 mit einer Ventilaufnahmebohrungsachse 133 zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 1 vorgesehen. Die Öffnung der ersten Durchflussbohrung 110 in die zweite Durchflussbohrung 120 definiert einen Ventilsitz 140, der zum Zusammenwirken mit der äußeren Dichtkontur 34 des Ventilkegels 30 des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 1 ausgebildet ist.
Ein Druckbegrenzungsventil 1 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird in der Ventilaufnahmebohrung 130 fixiert, z.B. durch Verschrauben. Die zweite Feder 45 drückt den beweglichen Ventilkörper 8 gegen den Ventilsitz 140, um die erste Durchflussbohrung 110 von der zweiten Durchflussbohrung 120 fluidisch zu trennen. Dabei wirkt der Druck in der ersten Durchflussbohrung 110 auf den Teil der Außenfläche des Ventilkegels 30, der durch die Kontaktfläche der äußeren Dichtfläche 34 mit dem Ventilsitz 140 begrenzt ist. Die Flüssigkeit aus der ersten Durchflussbohrung 110 kann über die Einlassöffnung 37 in die Ventilkörpergruppe 8 eintreten. Infolgedessen herrscht im Inneren der Ventilkörpergruppe 8 und in der Druckkammer 9 dieser oder ein reduzierter Druck. Der Druck in der zweiten Durchflussbohrung 120 wirkt auf den Teil der Außenfläche des Ventilkegels 30, der sich außerhalb der Kontaktfläche am Ventilsitz 140 befindet und der mit die zweiten Durchflussbohrung 120 in Fluidverbindung steht.
In der Praxis weist die Achse 133 der Ventilbefestigungsbohrung einen winkligen und/oder linearen Versatz zur Achse der ersten Durchflussbohrung 113 auf, bedingt durch Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Einzelteile oder Öffnungen oder durch inhomogene Materialeigenschaften, wie z.B. abweichende Wärmeausdehnungskoeffizienten. Erfindungsgemäß ist der Ventilkegel 30 gegenüber dem durch die Kombination der konkaven Stützflächen 36 mit den konvexen Anlageflächen 23 am Stößelkopf 22 definierten Mittelpunkt kippbar. Durch den winkligen und/oder linearen Versatz zwischen der Achse der ersten Durchflussbohrung 113 und/oder der Achse der Ventilbefestigungsbohrung 133 und/oder der Längsachse des Ventilgehäuses 3 kann die Dichtfunktion des Ventils negativ beeinflusst werden. Die Kippbewegung des Ventilkegels kann diese Unzulänglichkeiten ausgleichen, um eine zuverlässige Ventilvorrichtung 100 mit weniger strengen Anforderungen an die Fertigungsqualität bereitzustellen. Dabei erlaubt das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 1 nicht nur die Kippbewegung des Ventilkegels 30, um die Ventilkegelausrichtung, d.h. die Ausrichtung der Ventilkegel-Drehachse 35 zur versetzten ersten Durchflussbohrungsachse 113 anzupassen, damit die Drehachse 35 des Ventilkegels 30 sowohl die erste Durchflussbohrungsachse 113 als auch die Längsachse 3 des Ventilgehäuses 2 schneidet. Da die äußeren und auch die inneren Dichtflächen 34 und 14 vorzugsweise eine kugelförmige Kontur aufweisen, ist ein guter Dichtkontakt mit einem zylindrischen Ventilsitz, z.B. dem Ventilsitz 140 an der ersten Durchflussbohrung 110 oder der Dichtkontur 14 an der Stirnseite der Hülse 10, auch dann gewährleistet, wenn die Drehachse 35 des Ventilkegels 30 gegenüber einer oder beiden der zuvor genannten Achsen geneigt ist.
In einer Druckbegrenzungsfunktion, d.h. wenn der Druck im ersten Strömungskanal 110 höher ist als der Druck im zweiten Strömungskanal 120 und die Differenz zwischen dem Druck im ersten Strömungskanal 110 und dem Druck im zweiten Strömungskanal 120 höher ist als ein vordefinierter Grenzwert, wird die Hülsendichtkontur 14 von der inneren Dichtfläche 32 des Ventilkegels 30 abgehoben und eine Fluidverbindung zwischen den beiden Strömungsbohrungen 110, 120 hergestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Grenzwert durch die Vorspannkraft der ersten Feder 40 und durch die Flächen am Ventilkegel 30 und an der Hülse 10 beeinflusst, auf die der in den Durchflussbohrungen 110, 120 herrschende Druck wirken kann. Der Ventilkegel 30 wird durch die Kraft, die der Druck erzeugt, der in der ersten Durchflussbohrung 110 herrscht, in seiner Position in Kontakt mit dem Ventilsitz 140 gehalten. Dabei bleibt der Ventilkegel 30 in seiner Drehposition, die eine Abdichtung des Ventilsitzes 140 gewährleistet, auch wenn die Hülse 10 nicht in Kontakt mit dem Ventilkegel 30 ist. Da sich die Hülse 10 jedoch lediglich entlang der Längsachse 3 bewegt, wird der abdichtende Kontakt zwischen der inneren Dichtfläche 32 und der Hülsendichtungskontur 14 wiederhergestellt, wenn die Hülse 10 in ihre Ausgangsposition zurückkehrt. Außerdem wird eine Kippbewegung des Ventilkegels 30 während der Druckbegrenzung korrigiert, wenn die Hülse 10 auf die innere Dichtfläche 32 des Ventilkegels 30 zurückkehrt.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform trägt die zweite Feder 45, die zwischen dem Boden 4 und der Hülse 10 angeordnet ist, mit ihrer Vorspannkraft ebenfalls zu dem Grenzwert bei, der von der durch die Druckdifferenz erzeugten Kraft überschritten werden muss, um die Druckbegrenzungsfunktion zu aktivieren.
Die Ventilvorrichtung 100 ist auch in der Lage, eine Speisefunktion zu erfüllen. Dabei ist der Druck in der zweiten Durchflussbohrung 120 höher als der Druck in der ersten Durchflussbohrung 110 und die Differenz zwischen den Drücken ist höher als ein zweiter Grenzwert. Der Grenzwert wird durch die Vorspannkraft der zweiten Feder und die Flächen am Ventilkegel 30 und der Hülse 10 beeinflusst, auf die der Druck wirken kann. Bevorzugt ist die Federrate der ersten Feder 40 höher als die Federrate der zweiten Feder 45. Daher kann der Ventilkörper 8 in diesem Fall annähernd als starres Bauteil betrachtet werden. Wenn der Grenzwert überschritten wird, wird die gesamte Ventilkörpergruppe 8 vom Ventilsitz 140 abgehoben und Flüssigkeit aus der zweiten Durchflussbohrung 120 kann in die erste Durchflussbohrung 110 eintreten. Wenn die Ventilkörpergruppe 8 in ihre Ausgangsposition zurückkehrt, gleitet der Ventilkegel 30 wieder in den Ventilsitz 140, indem er eine Kippbewegung in Bezug auf den Mittelpunkt der Stützflächen 36 ausführt, falls der Ventilkegel 30 während der Einspeisefunktion in seiner Ausrichtung bewegt wurde.
Wie sich aus der obigen Offenbarung, den beigefügten Figuren und Ansprüchen ergibt, bieten das erfindungsgemäße Druckregel-/Überdruckventil 1 mit Einspeisefunktion und die Ventilvorrichtung 100 viele Möglichkeiten und Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Der Fachmann erkennt ferner, dass an einem erfindungsgemäßen Druckregelventil 1 und einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 100 weitere Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher fallen alle diese Modifikationen und Änderungen in den Anwendungsbereich der Ansprüche und werden von diesen abgedeckt. Es sollte ferner verstanden werden, dass die oben beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen oder Kombinationen von Ausführungsformen, die einem Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet bekannt sind, zum Wesen und Geltungsbereich der vorliegenden Anmeldung gehören.
Bezugszeichenliste

1: Druckbegrenzungsventil
2: Ventilgehäuse
3: Längsachse
4: Bodenbereich
5: Zylindrischer Wandbereich
6: Endkappe
7: Sicherungsring
8: Ventilkörpergruppe
9: Druckkammer
10: Hülse
12: Äußerer Endabschnitt
13: Innerer Endabschnitt
14: Dichtkontur Hülse
15: Stirnfläche Hülse
16: Federsitz
17: Federspannelement
20: Ventilstößel
22: Stößelkopf
23: Konvexe Kontaktflächen
24: Stößelschaftende
25: Stößelschaft
27: Positionierungsfläche
30: Ventilkegel
32: Innere Dichtfläche
33: Speiche(n)
34: Äußere Dichtfläche
35: Rotationsachse Ventilkegel
36: Konkave Stützfläche
37: Einlassöffnung
38: Auslassöffnung
40: Erste Feder
45: Zweite Feder
100: Ventilvorrichtung
110: Erste Durchflussbohrung
113: Achse der ersten Durchflussbohrung
120: Zweite Durchflussbohrung
130: Ventilmontagebohrung
133: Achse der Ventilmontagebohrung
140: Ventilsitz

Claims

Druckbegrenzungsventil (1) für eine Hydraulikleitung, das ein Ventilgehäuse (2) mit einem inneren zylindrischen Wandbereich (5), der eine Längsachse (3) definiert, und einen Bodenbereich (4) aufweist, der das Ventilgehäuse (2) an einem Ende verschließt, wobei der zylindrische Wandbereich (5) eine Ventilkörpergruppe (8) aufnimmt, die aufweist: ◯ eine hohlzylindrische Hülse (10), die koaxial innerhalb des Ventilgehäuses (2) beweglich angeordnet ist, wobei ein in Längsrichtung innerer Endbereich (13) der Hülse (10) mit dem Gehäuse (2) abdichtet und dadurch mit dem Bodenbereich (4) eine Druckkammer (9) bildet, und wobei an einem in Längsrichtung äußeren Endbereich (12), der aus dem Ventilgehäuse (2) herausragt, eine nach außen weisende Hülsendichtkontur (14) und ein radial nach innen gerichteter Federsitz (16) angeordnet ist; ◯ einen Ventilstößel (20), der koaxial in der Hülse (10) angeordnet ist und aus dem äußeren Endabschnitt (12) der Hülse (10) herausragt, wobei ein erstes Ende einen Stößelkopf (22) aufweist, an dem eine konvexe Kontaktfläche (23) ausgebildet ist, die dem zweiten Ende eines Stößelschafts (25) zugewandt ist; ◯ eine erste Feder (40), die koaxial innerhalb der Hülse (10) und um den Ventilstößelschaft (25) herum angeordnet ist, mit einem Ende an dem freien Ventilstößelende (24) befestigt ist und sich mit dem anderen Ende an dem Federsitz (16) am äußeren Teil der Hülse (10) abstützt, so dass die erste Feder (40) den Ventilstößel (20) in Richtung der Druckkammer (9) vorspannen kann; und ◯ einen kegelförmigen, hohlen Ventilkegel (30) mit einer inneren Dichtfläche (32) zum Abdichten mit der Hülsendichtkontur (14), einer äußeren Dichtfläche (34), um eine Einlassöffnung (37) des Ventilkegels (30) herum, zum Abdichten mit einem Ventilsitz (140) einer Hydraulikleitung, und einer Vielzahl von radial nach innen gerichteten Speichen (33) mit konkaven Stützflächen (36), die der Einlassöffnung (37) zugewandt sind; wobei der Stößelkopf (22) mit den Speichen (33) des Ventilkegels (30) in Kontakt gebracht werden kann und der Ventilkegel (30) mittels der ersten Feder (40) gegen die äußere Dichtungskontur (14) der Hülse (10) gezogen wird, um mit der inneren Dichtfläche (32) abzudichten; und wobei die Kontaktfläche (23) am Stößelkopf (22) die Stützflächen (36) an den Speichen (33) so führt, dass der Ventilkegel (30) um Achsen senkrecht zur Längsachse (3) geschwenkt werden kann.
Druckbegrenzungsventil (1) nach Anspruch 1, wobei der Ventilstößel (20) oder die Hülse (10) mittels einer zweiten Feder (45), die auf das innere Ende (24) des Ventilstößels (20) oder den inneren Abschnitt (13) der Hülse (10) wirkt und sich am Bodenbereich (4) des Ventilgehäuses (2) abstützt, in Richtung der Längsachse (3) nach außen des Ventilgehäuses (2) vorgespannt ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach Anspruch 1, wobei der Ventilstößel (20) mit seinem zweiten Ende (24), das dem Stößelkopf (22) gegenüberliegt, am Bodenbereich (4) des Ventilgehäuses (2) befestigt ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die innere Dichtfläche (32) und die äußere Dichtfläche (34) des Ventilkegels (30) eine Kugelform aufweisen, und wobei die Mittelpunkte der kugelförmigen Dichtflächen (32, 34) auf der Drehachse (35) des Ventilkegels (30) liegen, jedoch in einem Längsabstand zueinander.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bodenbereich (4) des Ventilgehäuses (2) durch eine in den zylindrischen Wandbereich (5) einschraubbare Endkappe (6) gebildet ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkraft der ersten Feder (40) und/oder die Vorspannkraft der zweiten Feder (45) einstellbar ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktflächen (23) am Ventilstößelkopf (22) und die Anlageflächen (36) an den Speichen (33) des Ventilkegels (30) eine Kugelform mit demselben Drehpunkt aufweisen, der gleich dem Mittelpunkt der inneren Dichtfläche (32) des Ventilkegels (30) ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach Anspruch 7, wobei der Mittelpunkt der äußeren Dichtfläche (34) des Ventilkegels (30) von dem Mittelpunkt der inneren Dichtfläche (34) des Ventilkegels (30) verschieden ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Mittelpunkte der äußeren Dichtfläche (34) und der inneren Dichtfläche (34) des Ventilkegels (30) sowie die Mittelpunkte der Kontaktflächen (23) am Ventilstößelkopf (22) und der Stützflächen (36) an den Speichen (33) des Ventilkegels (30) in Richtung der Längsachse (3) verschoben werden, wenn der Ventilkegel (30) durch eine auf die äußere Dichtfläche (34) wirkende Kraft gekippt wird.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkegel (30) mindestens drei Speichen (33) aufweist, die jeweils eine konkave Stützfläche (36) haben.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehposition des Ventilstößels (20) um die Längsachse (3) in Bezug auf den Ventilkegel (30) festgelegt ist.
Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 11, wobei die Federkraft der ersten Feder (40) höher ist als die Federkraft der zweiten Feder (45).
Ventilvorrichtung (100) mit einer ersten Durchflussbohrung (110), die in eine zweite Durchflussbohrung (120) mündet, wobei in einer Ventilbefestigungsbohrung (130) in Verlängerung der ersten Durchflussbohrung (110) ein Druckbegrenzungsventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche derart eingesetzt ist, dass die äußere Dichtfläche (34) des Ventilkegels (30) mit einem an der Innenseite der ersten Durchflussbohrung (110) ausgebildeten Ventilsitz (140) abdichtet, wodurch eine Fluidverbindung zwischen der ersten Durchflussbohrung (110) und dem Druckraum (9) über die Einlassöffnung (37) des Ventilkegels (30) ermöglicht wird, und wobei die zweite Durchflussbohrung (120) das Druckbegrenzungsventil (1) am äußeren Endabschnitt (12) der Hülse (10) seitlich angeschlossen ist, und die Achse (133) der Ventilbefestigungsbohrung (130) und die Achse (113) der ersten Durchflussbohrung (110) einen linearen und/oder winkelmäßigen Versatz aufweisen.
Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei die Hülse (10) von dem Ventilkegel (30) abgehoben und in Richtung des Bodenbereichs (4) bewegt werden kann, wodurch eine Flüssigkeitsverbindung von der ersten Durchflussbohrung (110) zu der zweiten Durchflussbohrung (120) ermöglicht wird, wenn ein hydraulischer Druck an der Einlassöffnung (37) eine Kraft auf die vordere(n) Fläche(n) (15) des äußeren Endbereichs (12) der Hülse (10) erzeugt, die hoch genug ist, um die erste Feder (40) oder sowohl die erste Feder (40) als auch die zweite Feder (45) zusammenzudrücken.
Ventilvorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei eine Fluidverbindung von der zweiten Strömungsbohrung (120) zur ersten Strömungsbohrung (110) hergestellt wird, wenn ein hydraulischer Druck in der zweiten Bohrung (120) höher ist als ein hydraulischer Druck in der ersten Strömungsbohrung (110), wodurch die Ventilkörpergruppe (8) in Richtung des Bodenbereichs (4) bewegt wird, wenn die auf den Ventilkegel (30) in einem Bereich außerhalb des Ventilsitzes (140) wirkende Druckkraft hoch genug ist, um eine Kraft zu erzeugen, die die zweite Feder (45) zusammendrücken kann.
Hydraulischer Kreislauf des offenen oder geschlossenen Typs mit einer Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15.
Hydraulische Axial- oder Radialkolbeneinheit mit einer Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15.