DE2221238C2 - Arrangement to reduce the cavitation noise on the control piston - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verminderung des Kavitationsgeräusches an Steuerkolben mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to an arrangement for reducing the cavitation noise on control pistons with the features mentioned in the preamble of claim 1.

Bekanntlich werden unter dem Begriff Kavitation heute zwei verschiedene Erscheinungen verstanden. Einmal versteht man unter Kavitation im klassischen Sinne den Vorgang einer Dampfblasenbildung in einer strömenden Flüssigkeit durch örtliche Unterschreitung des Dampfdruckes. Im Gegensatz dazu spricht man aber in neuerer Zeit auch dann von Kavitation, wenn das Austreten von in der Flüssigkeit gelöster Luft gemeint ist. Luftausscheidung kann überall dort auftreten, wo die strömende Flüssigkeit einer Scherbeanspruchung ausgesetzt ist unter gleichzeitiger Abnahme des statischen Druckes. Luftausscheidung oder — kurz gesagt — Kavitation tritt demnach in erster Linie in Ansaugleitungen oder an verengten Querschnitten von Druck-, Strom- oder Steuerventilen auf. Zu den Folgeerscheinungen gehört eine unter Umständen beträchtliche Geräuschentwicklung. Einer solchen Geräuschentwicklung kann durch eine Reihenschaltung von Widerständen begegnet werden. Anzahl und Größe lassen sich nach bekannten Formeln bestimmen, wie sie beispielsweise in der folgenden Literaturstelle genannt werden: Prof. Dr. Ing. W. Backe, Dipl.-Ing. H.-P. Riedel, Aufsatz »Kavitation in hydraulischen Systemen«, Industrie-Anzeiger, 94. Jahrgang, Nr. 8,2«. Januar 1972, Seiten 153 bis 158. Das Ziel solcher Maßnahmen ist es, die Druckdifferenz an einem einzelnen Widerstand kleiner als die kritische, Kavitation verursachende Druckdifferenz zu machen. Obwohl diese Maßnahme — abgesehen von dem damit verbundenen Aufwand — im Zulauf zu einem Verbraucher meist keine größeren Probleme mit sich bringt, kann die Anwendung im Ablauf von einem Verbraucher zuweilen zu Schwierigkeiten führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn über einen Steuerkolben auf Atmospharendruck entspannt wird und die Ablaufleitung mit irgendwelchen Hohlräumen eines Gehäuses verbunden ist, welche, da nur mit Niederdruckdichtungen abgedichtet oder aus Gründen der Festigkeit, keinem hohen Druck ausgesetzt sein dürfen. Die Anordnung von Widerständen zwischen Verbraucher und Steuerkolben ist zumindest dann nicht möglich, wenn der betreffende Leitungszweig in beiden Strömungsrichtungen durchflossen werden solL Derartige Anwendungsfälle sind beispielsweise bei Drei-Wege-Steuerkolben für Hubstempel, Zwei-Kanten-Steuerungen bei Servolenkungen oder aber bei Niveauregelventilen von hydro-pneumatischen Kraftfahrzeugfederungen gegeben. Man hat daher auch schon hintereinandergeschaltete Strömungswiderstände am Steuerkolben selbst vorgeschlagen. So ist in der DE-OS 16 30 676 ein Steuerkolben beschrieben, bei dem mindestens eine Taille in axialem Abstand von einer Steuerkante innerhalb des wirksamen Strömungsweges zu einem scheibenförmigen Teil mit geringer axialer Ausdehnung vergrößert ist, das nur einen geringfügig geringeren Durchmesser hat als die umgebende Steuerbohrung und so mit dieser eine ringförmige, blendenartige Drosselstelle bildet. Die Aufgabe dieser Anordnung bestand aber nicht in der Verhinderung von Kavitation, sondern zum Erzeugen einer Drosselstelle an sich, um die Wirkung dynamischer Einflüsse auf eine Niveaureguüerung zu vermindern. Eine andere bekannte Ausführung (GB-PS 10 85 921) besitzt einen Steuerkolben mit in den wirksamen Strömungsbereichen angeordneten Längsrippen, die ebenfalls einen vergleichsweise kleinen Spalt mit der umgebenden Bohrungswand bilden, wobei miteinander zu verbindende Steueröffnungen im Gehäuse axial und radial versetzt angeordnet sind. Der Nachteil dieser, wie auch der vorigen Anordnung, besteht darin, daß das Druckgefälle auf jeden Fall vom Durchflußstrom abhängig ist Um bei einem kleinen Durchflußstrom noch wirksam zu sein, müssen die Strömungswiderstände so bemessen sein, daß sich bei großen Durchflußströmen beträchtliche Strömungswiderstände ergeben. Dieser Tatbestand ist leicht einzusehen, wenn man bedenkt, daß sich bei Drosseln der Durchflußwiderstand etwa quadratisch im Verhältnis zum Durchflußstrom ändert.As is well known, the term cavitation today is understood to mean two different phenomena. On the one hand, cavitation in the classical sense means the process of vapor bubble formation in a flowing liquid due to local undercutting of the vapor pressure. In contrast to this, however, one speaks more recently also from cavitation, if the leakage of air dissolved in the liquid is meant is. Air excretion can occur wherever the flowing liquid is exposed to shear stress is with a simultaneous decrease in the static pressure. Air excretion or - in short - Cavitation therefore occurs primarily in suction lines or on narrowed cross-sections of pressure, Flow or control valves on. The sequelae can be considerable Noise development. Such a noise development can be caused by a series connection of resistors to be encountered. The number and size can be determined using known formulas, such as in the following literature reference: Prof. Dr. Ing.W. Backe, Dipl.-Ing. H.-P. Riedel, essay "Cavitation in hydraulic systems", Industrie-Anzeiger, 94th year, no. 8.2 ". January 1972, pages 153 to 158. The aim of such measures is to reduce the pressure difference across a single resistor than to make the critical pressure difference causing cavitation. Although this measure - apart of the effort involved - usually no major problems with the approach to a consumer application can sometimes lead to difficulties in the process of a consumer. this is particularly the case when the pressure is released to atmospheric pressure via a control piston and the drain line is connected to any cavities of a housing, which, since only with Low-pressure seals sealed or, for reasons of strength, not exposed to high pressure to be allowed to. The arrangement of resistors between consumer and control piston is at least not then possible if the relevant branch of the line is to be traversed in both directions of flow Applications are, for example, three-way control pistons for lifting rams, two-edge controls with power steering or with level control valves of hydro-pneumatic motor vehicle suspensions given. One therefore already has flow resistances connected in series suggested on the control piston itself. So in DE-OS 16 30 676 a control piston is described in which at least one waist at an axial distance from a control edge within the effective flow path is enlarged to a disc-shaped part with a small axial extent, which is only a slightly has a smaller diameter than the surrounding control bore and thus an annular, Forms diaphragm-like throttle point. The task of this arrangement was not to prevent Cavitation, but rather to create a throttle point in itself, to the effect of dynamic influences on a To reduce level guideline. Another well-known Version (GB-PS 10 85 921) has a control piston with in the effective flow areas arranged longitudinal ribs, which also have a comparatively small gap with the surrounding Form bore wall, with interconnected control openings in the housing axially and radially are arranged offset. The disadvantage of this, as well as the previous arrangement, is that the The pressure gradient is in any case dependent on the flow rate Um for a small flow rate To be still effective, the flow resistances must be dimensioned so that with large flow rates result in considerable flow resistances. This fact is easy to see if one Consider that with throttles the flow resistance is approximately square in relation to the flow rate changes.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß der zusätzliche Strömungswiderstand unabhängig vom jeweiligen Durchflußstrom im wesentlichen immer den gleichen Druckabfall aufweist. Der zusätzliche Strömungswiderstand soll auch dann einsetzbar sein, wenn das Hydrauliksystem stromab vom Steuerkolben nicht belastbar ist Die Ausgestaltung soll billig und einfach sein und keinen großen zusätzlichen Raumbedarf benötigen.It is therefore the object of the invention to avoid these disadvantages, i. H. an arrangement of the initially to design mentioned type so that the additional flow resistance is independent of the respective Flow stream always has essentially the same pressure drop. The additional flow resistance should also be used when the hydraulic system is not downstream of the control piston is resilient The design should be cheap and simple and not require much additional space require.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention with the features of the characterizing part of the Claim 1.

Die Anordnung eines Druckgefälleventils anstelle der bekannten Drosseln hat den Vorteil, daß ein Druckgefälleventil eine nahezu waagerechte Druck-Durchfluß-Kennlinie hat. Es gelingt damit, das Gesamtdruckgefälle über dem Steuerkolben gering zu halten und dennoch Kavitation zu vermeiden.The arrangement of a pressure drop valve instead of the known throttles has the advantage that a pressure drop valve has an almost horizontal pressure-flow characteristic. It succeeds with the total pressure gradient to be kept low above the control piston and still avoid cavitation.

Anspruch 2 bezieht sich auf eine spezielle konstruktive Ausbildung eines Druckgefälleventils.
Im folgenden wird anhand der Abbildung einClaim 2 relates to a special structural design of a pressure gradient valve.
In the following, a

Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutertEmbodiment of the invention explained in more detail

Ein Steuerkolben 1 besitzt drei Schultern 2, 3 und 4, welche durch Taillen 5 und 6 getrennt sind.A control piston 1 has three shoulders 2, 3 and 4, which are separated by waists 5 and 6.

In einen die Taille S umgebenden Ringraum 7 mündet ein Zulaufanschluß P. Ke Schulter 3 besitzt zwei Steuerkanten 8 und 9 und verschließt in einer Mittelstellung eine Ringnut 10, welche mit einem Verbraucheranschluß A verbunden ist Von der Stirnseite 11 der Schulter 4 aus erstreckt sich eine Längsbohrung 12 in den Steuerkolben 1 hinein, die übsr eine Querboärang 13 mit einem die Taille 6 umgebenden Ringraum 14 verbunden ist in die Längsbohrung 12 greift ein Betätigungsstößel 15 ein, auf den ein Betätigungshebel 16 einwirkt Auf dem Betätigungsstößel 15 ist eine Feder 17 geführt, welche auf eine ebenfalls is auf dem Betätigungsstößel 15 geführte, die Längsbohrung 12 verschließende Ventilplatte 18 einwirkt Ein Kraftschluß zwischen Steuerkolben 1 und Betätigungshebel 16 bleibt über den Betätigungsstößel 15 deswegen erhalten, weil Druckflüssigkeit vom Ringraum 7 über eine Längsbohrung 19 auf die Stirnfläche 20 der Schulter 2 wirkt Der Hebel 16 bewegt sich in einem Raum, der mit einem Ablauf Tverbunden ist.An inlet connection P. Ke shoulder 3 has two control edges 8 and 9 and in a central position closes an annular groove 10 which is connected to a consumer connection A from the end face 11 of the shoulder 4 extends a longitudinal bore 12 into the control piston 1, which is connected via a transverse shoulder 13 with an annular space 14 surrounding the waist 6, an actuating plunger 15 engages in the longitudinal bore 12, on which an actuating lever 16 acts a valve plate 18, which is also guided on the actuating tappet 15 and closes the longitudinal bore 12, acts A frictional connection between the control piston 1 and the actuating lever 16 is retained via the actuating tappet 15 because pressure fluid from the annular space 7 acts on the end face 20 of the shoulder 2 via a longitudinal bore 19 Lever 16 moves in a room with a drain T is connected.

Es ist leicht ersichtlich, daß für das Druckmittel bei einer Bewegung des Steuerkolbens 1 nach oben an der Steuerkante 9 ein Durchflußquerschnitt entsteht Das Druckmittel gelangt daher vom Verbraucheranschluß A über diesen Durchflußquerschnitt in den Ringraum 14 und von dort über die Querbohrung 13 in die Längsbohrung 12, die nach außen durch die Ventilplatte 18 verschlossen ist Das Druckmittel hebt die Ventilplatte 18 gegen die Kraft der Feder 17 an und strömt dann in einen im wesentlichen drucklosen, mit dem nicht näher dargestellten Ablauf T verbundenen Raum. Die Ventilplatte 18 hat dabei im Zusammenwirken mit der Feder 17 die Funktion eines Druckgefälleventils 17, 18 mit nahezu konstanter Durchflußkennlinie. Das Gesamtdruckgefälle setzt sich zusammen aus den Druckgefällen an der Ventilplatte 18 und an der Steuerkante 9 sowie aus inneren Druckababfällen, wie sie z. B. in der Querbohrung 13 in Abhängigkeit von deren Dimensionierung entstehen.It is easily seen that for the pressure medium at a movement of the control piston 1 upwardly at the control edge 9, a flow area is formed, the pressure medium passes therefore from the actuator port A via this flow area in the annular space 14 and from there via the transverse bore 13 into the longitudinal bore 12, which is closed to the outside by the valve plate 18. The pressure medium lifts the valve plate 18 against the force of the spring 17 and then flows into an essentially pressureless space connected to the drain T, not shown in detail. The valve plate 18, in cooperation with the spring 17, has the function of a pressure gradient valve 17, 18 with an almost constant flow characteristic. The total pressure gradient is made up of the pressure gradient at the valve plate 18 and at the control edge 9 as well as internal pressure drops, as they occur, for. B. arise in the transverse bore 13 depending on the dimensions.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt Sie kann auch dort verwendet werden, wo zwei, vier oder mehr Anschlüsse gesteuert werden.The invention is not limited to the illustrated embodiment, it can also be used there where two, four or more ports are controlled.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Verminderung des Kavitationsgeräusches an einem Steuerkolben eines hydraulischen Ventils durch stufenweisen Abbau des Druckes durch Hintereinanderschalten hydraulischer Strömungswiderstände in einem in einer Richtung durchströmten, mit einem Verbraucher verbindbaren und zum Rücklauf führenden Strömungspfad, von welchen Strömungswiderständen einer an der wirksamen Steuerkante des Steuerkolbens gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der von der wirksamen Steuerkante (9) gesteuerte Strömungspfad (A-T) einen den Steuerkolben (1) durchdringenden, die übrigen Strömungswiderstände enthaltenden Strömungskanal (12, 13) aufweist, dessen stromabwärtiges Ende ein Druckgefälleventil (17, 18) als Strömungswiderstand enthält1. Arrangement for reducing the cavitation noise on a control piston of a hydraulic valve by gradually reducing the pressure by connecting hydraulic flow resistances in series in a flow path that flows in one direction, can be connected to a consumer and leads to the return, of which flow resistances are formed on the effective control edge of the control piston is, characterized in that the flow path (AT ) controlled by the effective control edge (9) has a flow channel (12, 13) which penetrates the control piston (1) and contains the other flow resistances, the downstream end of which is a pressure gradient valve (17, 18) as Contains flow resistance 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (12, 13) in Form einer axialen Bohrung (12) des Steuerkolbens (1) in dessen Stirnfläche (11) endet und dort von einer federbelasteten Ventilplatte (18) des Druckgefälleventils verschlossen ist, wobei die Stirnfläche (11) einen im wesentlichen drucklosen Raum begrenzt2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the flow channel (12, 13) in the form an axial bore (12) of the control piston (1) ends in its end face (11) and there from a spring-loaded valve plate (18) of the pressure drop valve is closed, the end face (11) delimits an essentially pressureless space