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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Einstellen des Öffnungsdruckes eines Ventils mit einem einen Ventileinlass und einen Ventilauslass aufweisenden Ventilgehäuse, an dem ein Ventilsitz ausgeformt und in dem sich ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkender, gegenüber dem Ventilsitz bewegbarer Ventilschließkörper befindet, und mit einer Ventilfeder, die den Ventilschließkörper in einem das Ventil schließenden Sinne belastet und dazu an einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen Gegenlager abgestützt ist.
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Ein derartiges Ventil ist in der
DE 10 2013 202 588 A1 beschrieben. Es handelt sich dabei um ein Druckbegrenzungsventil, dessen Öffnungsdruck im Wesentlichen von der eingestellten Vorspannkraft der Ventilschließfeder bestimmt wird. Zu den Druckbegrenzungsventilen gehören im Sinn der Erfindung auch Rückschlagventile, bei denen die Vorspannungskraft der Ventilfeder klein ist bzw. bei Null liegt.
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Bei geöffnetem Ventil stellt sich ein Druckmitteldurchfluss durch das Ventil ein. Das Druckmittel fließt dabei durch einen Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem vom Ventilsitz abgehobenen Ventilschließkörper.
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Der Öffnungsdruck des Ventils wird bestimmt durch die Vorspannung der Feder, die wiederum bestimmt wird durch die Lage des Gegenlagers in Bezug zum Ventilsitz im Ventilgehäuse.
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Gemäß der
DE 10 2013 202 588 A1 wird das Gegenlager gebildet vom Boden einer Ventilhülse, die gegenüber einem Grundkörper des Ventilgehäuses, an dem der Ventilsitz ausgebildet ist, befestigt wird. Das Ventilgehäuse besitzt einen Fortsatz mit einer umlaufenden Rastnut, während die Ventilhülse mehrere nach innen ragende Rastnasen aufweist, die beim Aufschieben der Ventilhülse auf den Fortsatz in die Rastnut einschnappen.
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Die Lage der Ventilhülse im Bezug zum Ventilsitz und damit der Öffnungsdruck des Ventils ist somit durch die Lage der Rastnase an der Ventilhülse vorbestimmt.
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Allerdings ist die Lage der Rastnase an der Ventilhülse Toleranzen unterworfen, so dass ein bestimmter Öffnungsdruck bei dieser Montageweise nicht gewährleistet werden kann. Hinzu kommt, dass weitere toleranzbehaftete Parameter, wie Lage der Rastnut am Fortsatz, Größe des Öffnungsquerschnitts des Ventilsitzes und Federkonstante der Ventilfeder den Öffnungsdruck beeinflussen. Dies hat zur Folge, dass insbesondere bei kompakt bauenden Druckbegrenzungsventilen der Ist-Öffnungsdruck um bis zu 20% vom Soll-Öffnungsdruck abweichen kann. Würde dieser z. B. 150 bar betragen, so können tatsächliche Werte vorliegen, die zwischen 120 und 180 bar liegen. Für eine Vielzahl von Anwendungen von Druckbegrenzungsventilen ist eine solche Toleranzbreite nicht akzeptabel.
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Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, bei dem der Öffnungsdruck des Ventils möglichst exakt auf den Soll-Öffnungsdruck eingestellt werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass zur Einstellung des Öffnungsdrucks des Ventils der Ventileinlass mit einer Druckmittelquelle verbunden wird, das Druckmittel zum Ventileinlass fördert, dass das Gegenlager zur Beeinflussung der Vorspannung der Ventilfeder verschoben wird, während der Druck des am Ventileingang anliegenden Druckmittels gemessen wird und dass eine feste Verbindung des Gegenlagers mit dem Ventilgehäuse erst hergestellt wird, wenn der gemessene Druck den gewünschten Soll-Öffnungsdruck des Ventils erreicht hat.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit die Lage des Gegenlagers der Ventilfeder nicht von vorneherein festgelegt. Vielmehr wird zur Einstellung der Vorspannung der Feder das Ventil von einem Druckmittel durchströmt, wobei sich am Ventileinlass ein Staudruck einstellt, der umso größer wird, je stärker der Ventilschließkörper von der Feder belastet wird. Der Staudruck entspricht in jeder Position des Gegenlagers einem bestimmten Öffnungsdruck. Wird nun das Gegenlager fixiert, wenn der Staudruck dem Soll-Öffnungsdruck entspricht, ist dies zugleich der Ist-Öffnungsdruck des Ventils. Durch die Messung des Staudrucks kann somit der tatsächliche Öffnungsdruck toleranzfrei auf den Soll-Öffnungsdruck eingestellt werden.
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Da das Ventil quasi im Betrieb kalibriert wird, werden auch alle Toleranzen, die sich aufgrund anderer Parameter einstellen, berücksichtigt und ausgeglichen.
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Eine solche Einstellung ist insbesondere bei kleinen Druckbegrenzungsventilen von Vorteil, da die Auswirkungen der Toleranzen in den den Öffnungsdruck bestimmenden Parametern besonders zum Tragen kommen.
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Das Verfahren lässt sich besonders leicht durchführen, wenn das Ventilgehäuse aus einem dem Ventilsitz aufweisenden Grundkörper, der einen zylindrischen Fortsatz besitzt, und aus einer das Gegenlager aufweisenden Ventilhülse besteht, die den Fortsatz umgibt und die den Ventilschließkörper und die Ventilfeder aufnimmt. In diesem Fall bildet nämlich der Fortsatz des Grundkörpers eine Führung für die Ventilhülse, so dass diese von einem Montagekolben in axialer Richtung unter Zusammendrücken der Feder bewegt werden kann.
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Das Gegenlager wird vorzugsweise vom Boden der Ventilhülse gebildet. Grundsätzlich können aber auch die Ventilfedern in anderer Weise an der Ventilhülse abgestützt werden.
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Um die Ventilhülse zu verschieben, besitzt die Vorrichtung, mit der die Kalibrierung durchgeführt wird, einen Montagekolben, auf den die Ventilhülse mit ihrer den Boden bildenden Stirnseite aufgesetzt ist. Durch ein Verschieben des Montagekolbens wird die Ventilhülse in axialer Richtung auf dem Fortsatz des Grundkörpers bewegt.
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Um die Ventilhülse am Grundkörper befestigen zu können, besitzt der Fortsatz mindestens eine Vertiefung. Zur Herstellung der festen Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Gegenlager werden aus der Ventilhülse Zungen ausgestanzt, die in die Vertiefung(en)eingreift bzw. eingreifen.
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Die Zungen übernehmen die Funktion der Rastnasen bei der Ausführung gemäß des Standes der Technik, nur mit dem Unterschied, dass die Rastnasen dort von vorneherein an der Ventilhülse ausgebildet sind und nicht erst nach einem Einstellvorgang erzeugt werden.
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Im einfachsten Fall besteht die Vertiefung aus einer um den Fortsatz umlaufenden Rastnut. Dabei erfolgt der Stanzvorgang so, dass die Basis jeder Zunge mit der Ventilhülse verbunden bleibt und dass das freie Ende jeder Zunge in Richtung auf das Gegenlager weist und an einer Wand der Rastnut abgestützt ist. Durch die Rückstellkraft der Feder wird auf diese Weise das freie Ende gegen die Wand der Rastnut gedrückt, so dass eine selbsthemmende Verbindung entsteht.
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Die Kalibrierung des Ventils mit dem vorgeschriebenen Verfahren ist besonders dann interessant, wenn das Ventil Mittel aufweist, die eine reibende Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilschließkörper bewirken. Diese reibende Verbindung bewirkt ein weicheres Öffnungsverhalten des Ventils, so dass Geräuschentwicklungen vermieden werden, hat aber andererseits auch einen nur schwer von vorneherein zu erfassenden Einfluss auf den Öffnungsdruck des Ventils. Mit dem vorbeschriebenen Kalibrierungsverfahren werden diese Einflüsse ebenfalls berücksichtigt.
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Um die reibende Verbindung herzustellen, besitzt das Ventil einen Reibkörper, der am Ventilschließkörper angebracht ist und der an einer Mantelfläche einer Führung für den Ventilschließkörper anliegt.
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Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden, dazu zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein Ventil, dessen Gehäuse aus einem dem Ventilsitz aufnehmenden Grundkörper und einer daran befestigten Ventilhülse für die Abstützung einer Ventilfeder besteht, und
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2 einen Längsschnitt durch das Ventil nach 1 mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Vorspannung der Ventilfeder.
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Es wird zunächst auf die 1 Bezug genommen. Demnach besteht das Ventil aus einem zylindrischen Grundkörper 1, der einen in Achsrichtung verlaufenden Durchgang 2 aufweist, und einer sich in Achsrichtung anschließenden Ventilhülse 3. Der Grundkörper 1 und die Ventilhülse 3 bilden das Ventilgehäuse.
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Der Eingang des Durchganges 2 in die Stirnfläche, die der Ventilhülse zugewandt ist, ist konusförmig erweitert und bildet einen Ventilsitz 4.
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Innerhalb der Ventilhülse 3 befindet sich ein Ventilschließkörper 5, der aus einem Schaft 6 und einer Kalotte 7 besteht, die dem Ventilsitz 4 gegenüber liegt und die sich zum Schließen des Ventils dicht an den Ventilsitz 4 anlegen kann. Am Schaft 6 des Ventilschließkörpers 5 stützt sich eine Ventilfeder 8 ab, deren Gegenlager 9 ein nach innen eingeschlagener Flansch an der Ventilhülse 3 ist, der den Boden der Ventilhülse 3 bildet.
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Der Schaft 6 weist einen umlaufenden Kragen 10 auf, in dem sich eine umlaufende Nut 11 befindet, in der ein Reibring 12 in Form eines O-Reibringes liegt.
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Der Durchmesser des Kragens 10 des Schaftes 6 entspricht dem Innendurchmesser der Ventilhülse 3, so dass der Reibring 12 an der Innenmantelfläche der Ventilhülse 3 anliegt, so dass eine der jeweiligen Bewegungen des Ventilschließkörpers 5 entgegengesetzte Reibkraft vorliegt.
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Der Reibring 12 ist eine Form, die Reibkraft mittels eines Reibkörpers darzustellen: Statt eines Reibringes können aber auch mehrere einzelne Reibkörper auf den Umfang des Ventilschließkörpers oder in der Mantelfläche der Ventilhülse vorgesehen werden.
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Die Höhe der Reibkraft lässt sich leicht durch eine Auswahl des Materials, aus dem der Reibring 12 besteht, und durch seinen Querschnitt bestimmen.
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Je weiter der Reibring 12 aus der Nut herausragt, desto stärker presst er sich gegen die innere Mantelfläche der Ventilhülse 3 an.
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Die Funktionsweise des Ventils ist wie folgt:
Der Durchgang 2 im Grundkörper 1 bildet einen Ventileinlass. Wenn der Druck am Ventileinlass größer ist als die Vorspannung der Ventilfeder 8, bezogen auf die Wirkfläche des Ventilschließkörpers 5, wird die Kalotte 7 vom Ventilsitz abgehoben und das Ventil geöffnet. Das Medium kann an der Kalotte 7 vorbei zu einem Ventilauslass fließen.
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Durch den Durchfluss durch die enge Ventilöffnung ergibt sich ein Druckabfall. Hinzu kommen Schwankungen des Druckes am Ventileinlass sowie Schwankungen in der Menge des am Ventileinlass anstehenden Mediums. Diese Schwankungen bewirken entsprechende Bewegungen des Ventilschließkörpers 5, die entsprechende Vibrationen des Ventils hervorrufen. Bewegungen des Ventilschließkörpers 5 werden aber wegen des Reibeinflusses des Reibkörpers gedämpft bzw. verzögert werden. Vielmehr führt nicht jede kurzzeitige Schwankung des Einlassdruckes bzw. des Volumenstroms zu einer Bewegung des Ventilschließkörpers 5, wodurch sich die Bewegungsfrequenz des Ventilschließkörpers 5 verlangsamt und Vibrationen in einen niedrigeren Frequenzbereich verschoben werden.
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Der Öffnungsdruck des Ventils wird insbesondere bestimmt durch die Vorspannung der Ventilfeder 8 und der Größe der Fläche, die von der Kontaktlinie des Ventilschließkörpers 5 am Ventilsitz 4 eingeschlossen wird. Die Vorspannung der Ventilfeder 8 wird bestimmt durch ihre Steifigkeit und ihrer anfänglichen Zusammendrückung, die wiederum bestimmt wird von der Lage der Ventilhülse 3 in Bezug zum Grundkörper 1 und somit vom Abstand des Gegenlagers 9 zum Ventilsitz 4.
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Die vorgenannten Größen sind alle mit Toleranzen behaftet, so dass insbesondere bei klein bauenden Druckbegrenzungsventilen der Öffnungsdruck um bis zu +/–20% vom Sollwert abweichen kann. Mit folgendem Verfahren, das an Hand der 2 erläutert werden soll, kann eine genaue Einstellung des Öffnungsdruckes erfolgen:
Der Eingangsdruck des Ventils wird an eine Druckmittelquelle angeschlossen, wobei der Eingangsdruck mit Hilfe eines Manometers 13 erfasst wird. Die Ventilhülse 3 wird zunächst gleitend auf dem Grundkörper 1 von einem Montagekolben 14 gehalten. Der Grundkörper 1 besitzt an seiner Außenmantelfläche eine umlaufende Rastnut 15, die von der Ventilhülse 3 überdeckt wird. Der Rastnut 15 gegenüber befinden sich ein oder mehrere Stanzwerkzeuge 16, die hier nur schematisch dargestellt sind.
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Zum Einstellen des Öffnungsdruckes wird nun wie folgt vorgegangen: Die Druckmittelquelle liefert ein Druckmittel an den Ventileingang, das durch das Ventil zum Ven-tilauslass fließt. Dabei stellt sich vor dem Spalt zwischen Ventilsitz 4 und der Kalotte 7 ein Staudruck ein, der vom Manometer 13 erfasst wird. Die Ventilhülse 3 wird durch eine axiale Bewegung des Montagekolbens 14 in Richtung auf den Ventilsitz 4, bei der die Ventilfeder 8 zusammengedrückt wird, verschoben. Mit einer stärker werdenden Vorspannung der Ventilfeder 8 steigt der Staudruck, bis dieser dem einzustellenden Soll-Öffnungsdruck entspricht. In der dann erreichten Position wird die Ventilhülse 3 fixiert. Dazu werden mittels der Stanzwerkzeuge 16 laschenförmige Zungen 17 aus der Ventilhülse 3 ausgestochen und in die Rastnut 15 gedrückt. Vorzugsweise weisen die Zungen 17 in Richtung auf die Ventilfeder 8 und stützen sich an der der Ventilfeder 8 näherliegenden Seitenwand der Rastnut 15 ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Durchgang
- 3
- Ventilhülse
- 4
- Ventilsitz
- 5
- Ventilschließkörper
- 6
- Schaft
- 7
- Kalotte
- 8
- Ventilfeder
- 9
- Gegenlager
- 10
- Kragen
- 11
- Nut
- 12
- Reibring
- 13
- Manometer
- 14
- Montagekolben
- 15
- Rastnut
- 16
- Stanzwerkzeug
- 17
- Zungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013202588 A1 [0002, 0005]
