DE3337246A1 - Druckventil - Google Patents

Description

Druckventil

Die Erfindung betrifft ein Druckventil, insbesondere ein direktwirkendes Druckbegrenzungs-, Druckreduzier-, Druckzuschalt- und Druckabschaltventil, mit einem Gehäuse, einem darin verschiebbaren Kolben, der durch den Druck des zu beaufschlagenden Mediums entgegen der Kraft einer Feder bewegbar ist, und jeweils einen oder mehreren Einlaß- und Auslaßöffnungen.

Die im Stande der Technik bekannten als Sitzventile ausgebildeten Ventile, bei denen der Systemdruck meistens unmittelbar auf eine Kegel- oder Kugelfläche wirkt, die sich bei Überschreiten eines vorgegebenen, jedoch einstellbaren Wertes bewegt und einen Ringspalt bildet, durch den die Flüssigkeit mit einer bestimmten durch den Förderstrom und die Druckeinstellung definierten Geschwindigkeit abgespritzt wird. Dabei erfolgt die Einstellung des auslösenden Druckwertes über eine Feder, deren Kraft mit Hilfe einer Verstellung einstellbar und durch einen Sicherungsstift nicht ungewollt lösbar ist. Derartige Ventile dienen neben der soeben beschriebenen Begrenzung der Reduzierung eines Druckes auf einen niedrigeren konstanten Wert (Druckreduzierventil). Hierzu finden zwei - Wege Ausführungen, deren Vorteil in der Einfachheit ihres Aufbaues und der billigen Herstellung liegt, und drei - Wege -· Ausführungen Verwendung, durch die eine Druckabsicherung des zweiten(Arbeits-) Kreises vorgenommen wird. Bei dem weiter möglichen Einsatz als Druckzuschaltventil, das einen ähnlichen Aufbau wie ein Druckbegrenzungsventil besitzt, wird der Druck eines ersten Systemes druckabhängig einem zweiten zugeschaltet unter gleichzeitiger Beibehaltung des Druckes im ersten System.

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Bei dem schließlich noch möglichen Einsatz als Druckabschaltventil wird der Zufluß zu einem Behältnis, wie zum Beispiel einem Speicher, bei einem oberen einstellbaren Druckwert abgeschaltet und dann der Förderstrom möglichst drucklos an eine andere Stelle geleitet. Sobald der Druck um einen bestimmten Betrag abgefallen ist, wird der Förderstrom wieder in das Behältnis geleitet, so daß der dortige Druck wieder ansteigt mit dem Resultat, daß dieser zwischen zwei bestimmten oberen und unteren Grenzwerten verläuft.

Bei den bekannten, als Sitzventile ausgebildeten Druckventilen wird der Kegel oder die Kugel in nachteiliger Weise von der gesamten Menge des abzuspritzenden Mediums angeströmt und um- strömt, weshalb die hierauf ausgeübten Kräfte nicht dem tatsächlichen Gesamtdruck des Mediums entsprechen. Diese Strömungskräfte sind stark abhängig von dem eingestellten Druck (Federvorspannkraft) und der Menge des durchströmenden Mediums, so daß die Schaltgenauigkeit sowie die Offnungs-Schließdruckdifferenz von diesen Größen stark abhängen und dementsprechendenSchwankungen unterliegen. Bei den bekannten mit Schieberkolben ausgebildeten Druckventilen wird durch Steuerdruckentnahme an einer Stelle, wo Medium an Bohrung vorbeiströmt, nicht der Gesamtdruck, sondern ein Teildruck gemessen, was ebenfalls zu vorgenannten Nachteilen führt.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaffung eines Druckventils zur Aufgabe gemacht, die ein präzises, weitgehend durch den Gesamtdruck des beaufschlagten Mediums bestimmtes Schalten ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung zwischen einer Einlaß- oder Auslaßöffnung und einer Kammer verläuft, die Leitung an ihrem öffnungsseitigen Ende derart ausgebildet ist, daß der Gesamtdruck des Mediums ebenfalls in der Kammer herrscht und dieser Druck eine Kraft auf den Kolben ausübt und daß der Kolben eine Nut oder einen Kanal aufweist, durch den in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens eine Einlaß- und Auslaßöffnung entweder miteinander verbunden oder getrennt wird.

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Der Begriff "Leitung" ist im Sinne der Erfindung weit auszulegen und umfasst auch dementsprechend im Gehäuse verlaufende Bohrungen, Kanäle oder dergleichen.Einer der Kerngedanken vorliegender Erfindung besteht darin, den sich aus einem statischen und dynamischen Anteil zusammensetzenden Gesamtdruck des Mediums innerhalb der Einlaß- oder Auslaßöffnung aufzunehmen und in die Kammer weiterzuleiten, von wo aus eine Kraft auf den entgegen einer Feder verschiebbaren Kolben ausgeübt wird.

Bei einem hinreichenden Anwachsen des Druckes bewegt sich der Kolben auf die Feder zu, ebenso wie er sich bei einem Absinken des Gesamtdruckes aufgrund Einwirkung der Feder von dieser wegbewegt. Da der Kolben mit einer Nut oder einem Kanal versehen ist, wird durch seine Bewegung eine Einl aß- und Auslaßöffnung entweder miteinander verbunden oder getrennt. Demzufolge steuert der in der Kammer herrschende Gesamtdruck die Bewegung des Kolbens und damit den Fluß des Mediums von derEinlaß- zur Auslaßöffnung. Der entscheidende Vorteil gegenüber dem Stande der Technik besteht darin, daß die Axialen, also in Bewegungsrichtung wirkenden Strömungskräfte nur sehr gering sind, so daß die Bewegung des Kolbens in erster Linie durch den Gesamtdruck des Mediums bedingt wird. Dies hat in vorteilhafter Weise zur Folge, daß die Ö'ffnungs-Schließdruck-Differenz sehr klein und über den gesamten Druck- undMengenbereich weitgehend konstant ist. Erfindungsgemäß ausgestaltete Begrenzungsventile können bei gleichen Anforderungen an die Genauigkeit der Druck-Mengen-Abhänigkeit mit kleineren als auch mit wesentlich größeren Durchflußmengen als bisher beaufschlagt werden. Wie bereits bekannt, ist der einstellbare Druckbereich nach unten zu eingeschränkt, ist von der Durchflußmenge abhängig und steigt mit dieser an. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird der einstellbare Druckbereich nach unten vergrößert, so daß der niedrigste einstellbare Wert nahe an Null herangebracht werden kann.

Bei den bekannten Druckventilen ist es üblich, diese in relativ viele Druckstufen zu unterteilen, was eine größere Anzahl verschiedener Druckfedern zur Folge hat sowie in einer Einschränkung des Einstellbereiches resultiert. Dadurch erreicht man beim jeweils niedrigeren Druckbereich einen geringeren Druckanstieg bei zunehmender Menge bei Verwendung einer kleineren Federkonstante, als dies bei höheren Druckbereichen in gleichen Baugrößen möglich wäre. ELn weiterer Vorteil besteht nun darin, daß die Unterteilung in relativ viele Druckstufen zur Erzielung einer brauchbaren Druck-Mengenabhängigkeit nicht mehr notwendig ist, so daß sich durch die geringere Federzahl die Herstellung verbilligt sowie eine einfache Vergrößerung des Druckein-Stellbereiches dadurch möglich wird, daß eine starke Feder für den gewünschten Maximaldruck eingesetzt wird. Schließlich ist noch von Vorteil, daß die Ansprechgeschwindigkeit ebenso hoch ist wie im Stande derTechnik und daß darüberhinaus durch die Einfachheit des Aufbaues die Herstellung billig ist.

In einer weiteren Ausgestaltung sind sowohl die Einlaßais auch Auslaßöffnung über eine Leitung mit je einer Kammer verbunden, die an gegenüberliegenden Enden des Kolbens angeordnet sind. Dadurch wirkt auf diesen die Differenz des in der Einlaß- und Auslaßöffnung jeweils gemessenen Gesamtdruckes. Diese Ausführungsformen finden häufig Verwendung bei Druckzuschaltventilen, die als Vorspannventil eingesetzt werden. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag werden sowohl in der Einlaß- als auch in der Auslaßöffnung jeweils der Gesamtdruck erfasst und an die gegenüberliegenden Stirnseiten des Kolbens weitergeleitet, so daß auf diesen der Differenzdruck einwirkt. Man erhält auf diese Weise ein präzises, mengenunabhängiges Zu- und Abschalten in Abhängigkeit von der gemessenen Gesamtdruckdifferenz.

Anderenfalls würde bei konstantem Gesamtdruck in beiden Öffnungen bei einer Vergrößerung der Durchflußmenge durch die zunehmende Strömungsgeschwindigkeit in einer oder beiden Öffnungen der gemessene (statische) Druck kontinuierlich kleiner werden, da der dynamische überhaupt nicht oder teilweise nur gemessene Anteil größer wird. Da sich die dynamischen Druckanteile in beiden Öffnungen im allgemeinen unterschiedlich verhalten, würde sich der Differenzdruck und damit gleichzeitig die Öffnungs/Schließ-Druckdifferenz bei zunehmender (und in entsprechender Weise auch abnehmender ) Durchflußmenge verändern, wodurch ein mengenabhängiges Schaltverhalten in nachteiliger Weise entstehen würde.

Durch die ringförmige Ausgestaltung des Kanales sowie Einlaß- und/oder Auslaßöffnung im Bereich des Kolbens erhält man rotationssymmstrische Strömungsverhältnisse und demzufolge eine über den Umfang sich erstreckende . gleichförmige Belastung des Kolbens. Desweiteren wird es dadurch möglich, innerhalb eines Zeitminimums eine größtmögliche Menge a η Medium den Durchfluß durch das Ventil zu gestatten.

Durch den Vorschlag der Anbringung von parallel geschalteten Nuten am zylindrischen Teil des Kolbens, der sich an den das Verschließen bewirkenden kegeligen Teil anschließt, wird erreicht, daß das Medium nicht über den gesamten Umfang abfließt, so daß ein stabiles Schalten auch bei kleinen Durchströmmengen möglich ist, wobei eine leckfreie Abdichtung durch den kegelförmigen Teil des Kolbens weiterhin gegeben ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die Geräuschentwicklung erheblich reduziert wird. Es gilt, daß bei gleichem Gesamtdrossel-Querschnitt und bei gleieher Geschwindigkeit der hydraulische Durchmesser und damit die Reynold'scheZahl kleiner werden.

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Dies erlaubt höhere Strömungsgeschwindigkeiten und damit höhere Durchflußmengen, bis die kritische Reynold¹ sehe Zahl erreicht wird. Es ist allgemein bekannt, daß bei deren Überschreiten instationäre Strömungsvorgänge auftreten, die einen starken Geräuschanstieg bedingen. Als weitere Maßnahme zu seiner Verringerung werden die Wahl eines geeigneten Werkstoffes, wie zum Beispiel Stahl oder Sphäroguß und/oder eine Verringerung der Oberfläche des Gehäuses vorgeschlagen.
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Da, wie die Erfindung erkannt hat, die Schaltungenauigkeiten von Ventilen durch die axial auf den Kolben wirkenden Strömungskräfte hervorgerufen werdenund diese durch die Maßnahmen nach Anspruch 1 stark reduziert, je-. doch nicht vollständig eliminiert werden, wird in weiterer Ausbildung vorgeschlagen, daß der Kanal oder die Nut so angeschrägt sind, daß bei geöffneter Stellung ein Ausströmwinkel am Kolben von etwa 90° entsteht. Prinzipiell bestehen, die axialen Strömungskräfte aus einem stationären und einem instationären Anteil. Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird nun der stationäre Anteil zu Null, so daß die axialen Strömungskräfte noch weiter verkleinert werden, da sie nunmehr noch von der Größe des instationären Anteiles sind. Zusätzlich oder unabhängig von der soeben beschriebenen Maßnahme kann der instationäre Anteil ebenfalls verringert werden, in dem der Abstand Steuerkante- Einlaßöffnung möglichst klein gewählt wird. Schließlich wird noch eine relative Verringerung der Strömungskräfte dadurch erreichbar, wenn die anderen auf den Kolben einwirkenden Kraftkomponenten sehr groß gewählt sind, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Durchmesser des Kolbens groß und damit auch die Stellkräfte der Feder ebenfalls groß sind. Der relative Einfluß der axialen Strömuncskräfte unddamit der hierdurch hervorgerufene relative Fehler wird- dann entsprechend gering.

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In einem Merkmal des Hauptanspruches wird gefordert, daß die Leitung an ihrem öffnungsseitigen Ende derart ausgebildet ist, daß der Gesamtdruck des Mediums in der Kammer herrscht. Es ist also entscheidend, daß der Gesamtdruck des Mediums und nicht wie bisher, lediglich ein Teildruck aufgenommen und in die Kammer geleitet wird. Die Art und Weise der Ausbildung des öffnungsseitigen Endes der Leitung steht dabei im Rahmen der Erfindung grundsätzlich frei. Als besonders zweckmäßig wird vorgeschlagen, am öffnungsseitigen Ende der Leitung ein Pitotrohr oder eine Spannhülse anzubringen. Das Pitotrohr besteht aus einem in radialer Richtung in die Öffnung weisenden Rohr, an dessen Ende, vorzugsweise in der Mitte des Kanals, ein Kopf mit einer Öffnung aufgebracht ist, die in axialer Richtung und entgegen der Strömung weist. Die Spannhülse ist ein die ganze Öffnung durchgreifendes Rohr, in dessen Mitte sich etwa eine Öffnung befindet, die ebenfalls durch das Medium angeströmt wird. Die beiden soeben geschilderten Ausführungsformen haben gemeinsam, daß die in ihnen befindlichen Öffnungen vom Medium unmittelbar angeströmt werden und das Medium erfassen und über die Leitung der Kammer zuführen. Das direkte Anströmen der Öffnung bewirkt, daß im Gegensatz zum Stande der Technik nicht allein der statische und evtl. durch teilweise dynamische, sondern der Gesamtdruck erfaßt wird, der sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammensetzt, der demzufolge auch in der Kammer herrscht. Es gibt bestimmte Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel bei 3 Wege-Druckreduzierventilen, bei denen sich die Strömungsrichtungen in den jeweiligen Öffnungen umkehren können. Zur Beibehaltung der Funktionsfähigkeit des Ventiles müssen Pitotrohr oder Spannhülse auf beide Strömungsrichtungen ansprechen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß im Kopf des Pitotrohres oder in der Spannhülse jeweils zwei einander gegenüberliegende Öffnungen vorhanden sind, dijs über einen Kanal miteinander in Verbindung stehen und in dem eine Kugel verschiebbar ist.

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Wird nun Pitotrohr oder Spannhülse durch das Medium von der einen Seite beaufschlagt, strömt das Medium in die ihr zugewandte Öffnung ein, verschiebt dadurch die Kugsl in Richtung auf die andere Öffnung zu und verschließt diese , dadurch. Dann fließt das Medium in üblicher Weise in die Kammer. Kehrt sich die Strömungsricntung um, bewegt sich die¹ Kugel in die entgegengesetzte Richtung und verschließt die gegenüberliegende Öffnung. Dadurch wird bei genanntem 3-l-iege Druckreduzierventil gleichzeitig eine genaue Druckbegrenzunc mit geringer Schalthysterese erreicht.

Nach einem weiteren Vorschlag ist das öffnungsseitige Ende der Leitung in großer Entfernung vom Kolben angebracht. Die Gesamtdruckmessung geschieht dann an einer Stelle, an der eindeutige und laminare Strömungsverhältnisse herrschen, so daß sich eine präzise Gesamtdruckmessung durchführen läßt. Am kammerseitigen Ende der Leitung hingegen ist eine Düse angebracht, durch die das Medium in die Kammer einströmt. Durch diese Maßnahme werden die ansonsten beim Schließen auftretenden "Schaltschläge" und zwar ohne Einsatz von Dämpfungskolben vermieden und dadurch die Lebensdauer erhöht.

Eine weitere Möglichkeit zur Erreichung eines möglichst exakten Öffnen und Schließen des Kolbens besteht darin, die Reibungskräfte so gering wie möglich zu halten. Durch eine kalotte.nförmige Ausgestaltung greift der Federteller trotz eventuell schiefen Federanschliffes immer mittig am Kolben an. Dadurch wird die Erzeugung "eines Kräftemomentes ausgeschlossen, was anderenfalls zusätzliche Reibung hervorrufen würde. Desweiteren können Entlastungsrillen am Kolben angebracht werden, die ein hydraulisches Verklemmen verhindern.

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Die. Feder liegt an ihrem dem Federteller gegenüberliegenden Ende an einer Verstellung an, durch die die Feder vorgespannt und damit in ihrer Krafteinwirkung auf den Kolben eingestellt werden kann. Dabei empfiehlt sich die Verstellung mit einem Sicherungsstift auszustatten, um ein ungewolltes Herausdrehen der Verstellung und demzufolge ein Lösen der Feder unmöglich zu machen und/oder die Verstellung mit einer Einstellskala zu versehen, die es erlaubt, auf einfache Art und Weise eine definierte Kraftausübung auf den Kolben durch Vorspannen der Feder einzustellen.

Schließlich können noch Kanäle im Federteiler und/oder im Gehäuse vorgesehen sein. Ein im Federteller angebrachter Kanal kann zum Beispiel dazu dienen, den von Verstellung und Federteller eingeschlossenen, sich in seinem Volumen veränderten Raum zu entlüften und/oder bei einem zwischen Federteller und Kolben sich befindenden Medium den Druck desselben nicht auf die Vorspannkraft der Feder einwirken zu lassen, da im anderen Falle die Druckdifferenz zwischen dem äußeren und dem federseitigen Raum des Federtellers der auf den Kolben wirkenden Kraft nicht mit der beispielsweise über eine Skala eingestellten übereinstimmt. Unterliegt dieses zwischen Kolben und Federteller befindliche Medium zusätzlich Druckschwankungen, ergeben sich ohne Kanal zusätzliche Schwierigkeiten. Durch einen Kanal im Gehäuse können Verbindungen zwischen einzelnen Räumen hergestellt werden, was insbesondere interessant bei einem aus mehreren Einlaß- und Auslaßöffnungen bestehenden Ventil, wie zum Beispiel einem Druckabschaltventil, von besonderer praktischer Bedeutung ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6

ein axialer Schnitt durch ein Druckbegrenzungsventil in Querschnittsdarstellung, den in strichpunktierten Linien dargestellten Kreis in Figur 1 in vergrößerter Darstellung, ein Zwei-Wege-Druckreduzierventil in Querschnittsdarstellung,

ein Drei-Wege-Druckreduzierventii ebenfalls in Querschnittsdarstellung,

ein Druckzuschaltventil in gleicher Bauweise und Fig. 6 ein Druckabschaltventil ebenfalls in Querschnittsdarstellung.

Figur 1 zeigt ein Gehäuse 1, in dessen Mitte sich ein Kolben 2 und eine Feder 3 befindet. Von unten her mündet in das Gehäuse 1 in axialer Richtung eine Einlassöffnung 4 und schräghierzu verlaufend eine Auslassöffnung 5 ein. Etwa in der Mitte der Einlaßöffnung 4 ist eine Spannhülse 6 angeordnet, die über einer Leitung 7 sowie eine Düse 8 mit einer Kammer 9 in Verbindung steht, die gebildet wird von Gehäuse 1 undKolben 2. Im gezeigten Fall ist die Leitung 7 von kreuzförmiger Gestalt, deren beide anderen,'an der Oberfläche des Gehäuses 1 endenden Arme über Schrauben 10 verschlossen sind. Im Bereich der Einmündung von Einlaßöffnung 4 weist der Kolben 2 einen Ringkanal 11 auf.

An der rechten Stirnseite desselben liegt die Feder 3 durch Vermittlung des Federteliers 12 an, wobei das andere, gegenüberliegende Ende an einer Verstellung 13 ruht. Diese weist im vorliegenden Fall an der äußeren Stirn-

^O seite ein Innensechskant 14 auf, durch das die Versteilung 13 betätigt und dadurch in ihrer relativen Lage zum Gehäuse l verschoben werden kann. Es läßt sich also durch Betätigen der Verstellung 13 erreichen, daß die Vorspannung der Feder 3 erhöht (bei einem Hineinarehenj oder erniearigt (bei einem Herausdrehen) wird. Dementsprecnend ändert sich auch oie durch Vermittlung von federteller IJ am Kolben 2 stirnseitig anliegende Kraft.

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Durch Betätigen der Verstellung 13 hat man es demnach in der Hand, den Druck des Mediums zu bestimmen, bei welchem sich der Kolben 2 nach rechts bewegt und auf diese Weise eine Verbindung zwischen Einlaß- 4 und Auslaßöffnung 5 schafft. Als Sicherung gegen ungewolltes Herausdrehen greift in die Verstellung 13 ein Sicherungsstift 15 ein. Gleichzeitig besitzt der Federteller 12 einen diesen durchgreifenden Kanal 16, welcher den Druckausgleich zwischen der Auslaßöffnung 5 und dem durch die Feder 3 definierten Raum dient.

Der Kolben 2 liegt etwa mit seiner linken, durch die.Düse 8 und die Einlaßöffnung 4 begrenzten Hälfte flächig an den Innenwandungen des Gehäuses 1 an. Nach rechts zu schließt sich der Ringkanal 11 an und an diesen wiederum der als Kegel 17 ausgebildete äußere Abschluß des Kolbens 2. In der eingezeichneten Stellung verschließt der Kegel 17 gerade den Durchfluß zwischen Einlaßöffnung 4 und Auslaßöffnung 5. Der Kolben 2 weist im Anschluß an diesen Kegel 17 in Richtung auf den Ringkanal zu parallel geschaltete Nuten 18 auf, die dazu dienen, auch bei kleinen Durchflußmengen ein präzises Schalten und außerdem eine Geräuschminderung zu bedingen. Die Einzelheiten der Ausgestaltungen dieser Nuten 18 lassen sich besser aus der vergrößerten Darstellung dieses Teils in Figur 2 entnehmen.

DieFunktion des dargestellten Druckbegrenzungsventil ist nun wie folgt:

Es wird über die Einlaßöffnung 4 mit einem Medium beaufschlagt, das in den Ringkanal 11 des Kolbens 2 einströmt.

Gleichzeitig wirdmit Hilfe der Spannhülse 6, die ein Rohr darstellt, dessen dem einströmenden Medium zugewandte Seite offen ausgebildet ist, ein Teil des Mediums über dieLeitung 7 in die Kammer9 eingeleitet. Durch die spezielle Ausgestaltung von Spannhülse 6 herrscht dann in-der Kammer 9 der Gesamtdruck des in der Einlaßöffnung 4 sich befindenden Mediums, d.h. also der Druck,

der sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammensetzt. Dieser Druck übt auf den Kolben 2 eine Kraft aus, die diesen nach rechts zu und entgegen der Kraft der Feder 3 zu bewegen versucht. Für die Erfindung entscheidend ist, daß in der Kammer 9 der Gesamtdruck des in der Einlaßöffnung h befindlichen Mediums herrscht. Steigt dieser Druck an, so wird irgendwann ein Wert erreicht, bei dem die Kraft, die das Medium in der Kammer 9 auf den Kolben 2 ausübt, größer wird, als die Kraft der Feder 3 in entgegengesetzter Richtung, so daß sich der Kolben 2 nach rechts zu bewegt. Dieser Auslösepunkt läßt sich durch Änderung der Vorspannung von Feder 3 mittels Verstellung 13 ändern und verschieben.

Nachdem die Bewegung des Kolbens 2 nach rechts erfolgt ist, entsteht eine Verbindung zwischen Einlaßöffnung Λ und Auslaßöffnung 5, durch die nunmehr das Medium strömen kann. Dies geschieht solange, bis der Gesamtdruck des Mediums in der Einlaßöffnung 4 wieder unter den Auslösewert sinkt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Druck einen bestimmten Wert nicht übersteigt.

Wie bereits erwähnt, zeigt Figur 2 einen bestimmten und in Figur 1 mit einem Kreis in strichpunktierter Linie eingezeichneten Ausschnitt. Dargestellt ist.der Kolben mit seinem am rechten Ende befindlichen und das Schließen bewirkenden Kegel 17 und eine parallele Nut 18 sowie teilweise das Gehäuse 1 und darin Kanal 11. Der Kolben 2 befindet sich dabei in der Postion "offen", so daß das Medium von Ringkanal 11 an der Kante des Gehäuses 1 vorbeiströmen kann. Dabei ist die Nut 18 so gegeformt, daß im Bereich des Ausstrcmens aus dem Kolben 2 die ebenfalls eingetragenen Strömungslinien in ihrer Gesamtheit in etwa eins
desselben einschließen.

Gesamtheit in etwa einen Winkel von 90° mit der Achse

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Diese Ausgestaltung ist zur Erreichung eines präzisen Schaltens des Ventils von besonderem Vorteil.

^u"igur 3 zeigt ein 2-Wege-Druckreduzierventil. Dies stimmt f> in seinem grundsätzlichen Aufbau ,mit dem bereits in Figur 1 beschriebenen Druckbegrenzungsventil weitgehend überein. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Spannhülse 6 nunmehr in der radial verlaufenden Auslaßöffnung so angebracht ist, daß das über Einlaßöffnung 4 einströmende über Ringkanal Ll und parallelen Nuten 18 in die Auslaßöffnung 5 weitergeleitete Medium von innen her die Spannhülse 6 anströmt, d.h. die Öffnung der Spannhülse 6 weist nach innen, also in Richtung auf den Kolben 2 zu. Übersteigt das durch die Auslaßöffnung 5 strömende Medium, dessen Gesamtdruck ebenfalls in der Kgnimer 9 herrscht, einen bestimmten Wert, so bewegt sich der Kolben 2 nach rechts auf die Feder 3 zu und verkleinert oder verschließt dadurch die Einlaßöffnung 4, so daß ein Überströmen über Nuten 18 und Ringkanal 11 entweder beschränkt oder überhaupt nicht möglich ist. Sinkt umgekehrt der Druck in der Auslaßöffnunq 5, so wird der Drcsselquerschnitt der Nuten 18 größer, da der Kolben 2 durch die Feder 3 nach links verschoben wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Gesamtdruck des durch die Auslaßöffnung 5 strömenden Mediumskonstant gehalten wird. Durch eine möglichst kleine Federkonstante der

7b Feder 3 und möglichst kleinen Regelhub wird der Streubereich des reduzierten Druckes in Auslaßöffnung 5 sehr klein, da ja eine Längenänderung der Feder eine Druckänderung an Kolben 2 bedeutet

Die zusätzlich vorhandene zweite Auslaßöffnung 20 dient lediglieh der Leckageabführung und der Druckentlastung des von der Feder 3 eingenommenen Raumes.

Figur 4 zeigt ein Dreiwege-Druckreduzierventil, das sich von d(-;m vprbesohripbnnen Zweiwege-Ventil dadurch unterscheide¹", daß -■'> die Auslaßöffnunq mit einem in beiden Richtungen wirkenden Pitot-Rohr 6 versehen ist und die zweite Auslaßöffnung 20 im Bereich des Kolbens 2 unmittelbar neben der Auslaßöffnung 5 verläuft.

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In seiner hunktion stimmt dieses Druckreduzierventii mit dem in Figur 3 beschriebenen weitgehend überein. Es unterscheidet sich jedoch darin, daß durch das wechselventilartige, also in beiden Richtungen wirkendes Pitot-Rohr gleichzeitig eine Sicherung des Druckes in der Auslaßcffnung 5 gegen eins überlastung dadurcn vorgenommen wird, daß bei Übersteigen eines gewissen Druckgrenzwertes der Kolben 2 soweit nach rechts geschoben wird, daß die Auslaßöffnung 5 wit der zweiten Auslaßöffnung 20 verbunden und dadurch entlastet wird. , Die Funktion der letzteren besteht also nicht nur in . _; einer Leckageabführung und einer Druckentlastung im ". Federraum, sondern zusätzlich in einer Überlastsicherung der Ausiaßöffnung 5.

Ein Druckzuschaltventil ist in Figur 5 gezeigt. In : seiner Einlaßöffnung 4 befindet sich eine linke Spannhülse 6 a, die in der schon bekannten Weise mit der Kammer 9 in Verbindung steht, und in seiner Auslaß-Öffnung 5 eine weitere Spannhülse 6 b, die mit. dem von Federteller 12, Gehäuse 1 und Stirnseite des Kolbens 2 gebildeten Raum verbunden ist. Der übrige Aufbau dieses Ventils stimmt mit dem in Figur 3 beschriebenen völlig überein. Dieses Druckzuschaltventil ist als Folge- oder als Vorspannventil einsetzbar.

Bei einem Folgeventil kann die rechte Spannhülse 6 b ent; und Bohrung muß verschlossen werden. Übersteigt der in der EinlaßQ nung 4 und damit in der Kammer 9 herrschende Druck einen bestimmten Wert, so verschiebt sich der Kolben 2 nach rechts und stellt über Nutenlß und Ringkanai 11 eine Verbindung zur Auslaßöffnung 5 her, so daß das Medium aus der Einlaß- 4 in die Auslaßöffnung 5 solang strömt, bis der eingestellte Wert wieder unterschritte wird. Die zweite Auslaßöffnung 2C dient dann einzig -Jp alleine der Entlastung.

Bei einem Einsatz als Vorspsnnventil hingegen muß die

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rechte Spannhülse 6 b geöffnet, die zweite Auslaßöffnung 20 hingegen verschlossen sein. Dann herrscht im rechten Stirnbereich des Kolbens 2 der durch die rechte Spannhülse 6 b erfasste Gesamtdruck. Damit kommt am Kolben 2 nur der Differenzdruck zwischen Einlaßöffnung A und Auslaßöffnung 5 zur Wirkung. Auch hier ist zur Erreichung eines möglichst mengenunabhängigen und präzisen Zu- bzw. Abschalten notwendig, daß die Gesamtdruckmessung sowohl in der Einlaß- 4 als auch in der Auslaßöffnung 5 über eine Spannhülse 6 a bzw. 6 b erfolgt. Wird nämlich beispielsweise bei einem konstanten Gesamtdruck sowohl in der Einlaß- 4 als auch in der Auslaßöffnung 5 die Durchflußmenge größer, so würde ohne Spannhülse bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit der in der Auslaßöffnung 5 gemessene Druck kontinuierlich kleiner werden, da der nicht oder nur teilweise gemessene dynamische Anteil größer und der statische Anteil kleiner wird. Demzufolge würde die am Kolben 2 wirksame Druckdifferenz mit zunehmender Menge größer werden, was eine Vergrößerung der Öffnungs-Schließdruckdifferenz zur Folge hätte.

Druckzuschaltventile dienen grundsätzlich dazu, den Systemdruck in derEinlaßöffnung 4 unter gleichzeitiger Beibehaltung zur Auslaßöffnung 5 zuzuschalten.

Schließlich zeigt Figur 6 ein Druckabschalt- oder auch Speicherladeventil. Seine Aufgabe ist es, die Auslaßöffnung 5 bei einem oberen einstellbaren Druckwert abzuschalten und das geforderte und durch die Einlaß-

3Q öffnung 4 eingebrachte Medium möglichst drucklos zur zweiten Auslaßöffnung 20 hin zu fördern. Dies geschieht bei der dargestellten Weise durch eine Flächendifferenz desKolbens 2 (A₁ ) und den Kolbens 21 (A₂ ). Bei einem bestimmten Druckabfall in der Auslaßöffnung 5 soll dann der Förderstrom wieder dorthin fließen, so daß der Druck auslaßseitig wieder ansteigt und auf diese Weise sich stets zwischen einem oberen und einem unteren

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Druckwert befindet,

Über die Einlauöffnung 4 u.'ici über den Ringkanal Il strömt das beaufschlagte Medium in ο ie Spannhülse 6, vonwo der Gesamtdruck über die Leitung 7 und die Düse 8 in die Kammer 9 übertragen ν·ΐ;α, und das Medium über einen weiteren Kanal 22 und eine Dämpfungsdüse 23 in den Feuerraum 24 gelangt. Die Spannhülse verhindert dabei gleichzeitig ein Herausfallen der Kugel 25. Durch die Ausbildung der Leitung 7 steht der Gesamtdruck der Auslaßöffnung auch immer im Raum 26 an. so daß der linke Kolben 21 aruckausgeglichen und der Kolben 2 durch die Feder 3 nach links bis zum Anschlag führt. Arn Kegelkoiben 27 steht der gleiche oder etwas niedrigere Druck auf dem Durchmesser von Sitz der Bohrung 29 an. Der Kegelkolben 27 wird durch den Druck einer Feder 30 und dem Druck des Mediums im Fe- - derraum 24 nach links gegen den Sitz 28 gedrückt, so daß die Verbindung zwischen Einlaßöffnung 4 und zweiter Auslrtßöffnung 20 geschlossen ist.

Steigt nun der Druck in der Ausiaßöffnung 5 über den Wert an, der mit Hilfe der Verstellung 13 vorgebbar ist, so wird der Kolben 2 mit seiner druckbeaufschlagten Fläche (A ^ ) nach rechts verschoben. Dabei erreicht der Ringkanal 31 die Steuerkante 3?, so daß die Kammer und der Federraum 24 zur zweiten Auslaßöffnung 20 über die Bohrung 33 entlastet wird. Die Verbindung zwischen Auslaß- 5 und Einlaßöffnung 4 wird durch die Kugel verschlossen und die Verbindung der Einlaßöffnung4 über 34, aem Kegelkolben 27, 35, 36 mit der zweiten Auslaßöffnung 20 hergestellt. Der kleinere Querschnitt der Düse 8 als der Abstrcmquerschnitt des Rinqkanals 31 bedingt, daß in der Kammer 9 ein niedrigerer Druck als im Raum 26 herrscht, so daß der linke Kolben 21 nach rechts gegen Anschlag fährt und mit seiner Dichtkante leckfrei .^r:iß AuslaBüffnung 5 abdichtet. Dip wirksame Druckfläche ist dann der Querschnitt A₀ dr·; Kolbens 21 .

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Gleichzeitig dichtet die Kugel 25 durch Entlastung der Einlaßöffnung 4 nach der zweiten Auslaßöffnung 20 (der Druck im Ringkanal 11 sinkt) die Auslaßöffnung 5 hermetisch ab. Die Kugel 25 wird durch den plötzlich sinkenden Druck in der Einlaßöffnung durch den Speicherdruck in der Auslaßöffnung 5 sehr schnell gegen den Sitz 37 gepresst.

Durch die Wahl von s,nur geringfügig kleiner als t, wird die Flächendifferenz von A, und A_ näherungsweise gleich der Druckdifferenz, wobei eine leckfreie Abdichtung des Kolbens 21 durch die stirnseitige Dichtkante über die gesamte Zeit vom Abschalten bis zum Wiederzuschalten erhalten bleibt. Die Wahl einer möglichst kleinen Federkonstante der Feder 3 begünstigt die Schaltgenauigkeit.

Sinkt nun der Druck in der Auslaßöffnung 5 dem Flächenverhältnis A^ / A2 entsprechend ab, so schiebt die Feder 3 den Kolben 2 nach links, verschließt die Verbindung des Federraumes 24 und der Kammer 9 über Ringkanal 31 an Steuerkante 32, so daß Kolben 21 über Kolben 2 nach links verschoben wird, wodurch die Kammer 9 und der Federraum 24 über die Düse 8 wieder drückbeaufschlagt werden. Der Kolben 21 ist dann wieder druckausgeglichen und somit unwirksam. Die Verbindung der Einlaßöffnung 4 zur zweiten Auslaßöffnung 20 schließt und die Einlaßöffnung 4 öffnet zur Auslaßöffnung 5 hin schlagartig, so daß der Druck dort wieder ansteigt. Man erhält auf diese Weise erstmals ein direkt wirkendes Druckabschaltventil, das nicht wie bisher eine starke Druck- und Mengenabhängigkeit aufweist, sondern die geforderte Schaltgenauigkeit über einen größeren Einstell- und üurchflußbereich ohne weiteres zu liefern in der Lage ist.

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Claims (1)

1. Manfred Hans-Benno Ur. Wtntiirti - ·-! )ip!.-Ph\s.!.H Wiltrieu

   REISSLER ULBRICH SCHÄFER PÖHNER

   Rechtsanwalt Rechtsanwalt · Rechtsanwalt Patentanwalt

   Oberer Markt 11 ■ D-8700 Würzburg 11 Postfach 80 ®^l (09.51) 12.3 45 und 1 U)Tl

   Ansprüche

   1. Druckventil, insbesondere direktwirkendes Druckbegrenzungs-, Druckreduzier-, Druckzuschalt- und Druckabschaltventil, mit einem Gehäuse, einem darin verschiebbaren Kolben, der durch den Druck des zu beaufschlagenden Mediums entgegen der Kraft einer Feder bewegbar ist ' und jeweils eine oder mehreren Einlaß- und AuslaQöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (7) zwischen einer Einlaß- (4) oder Auslaßöffnung (5) und einer Kammer (9) verläuft, die Leitung (7) an ihrem öffnungsseitigen Ende derart ausgebildet ist, daß der Gesamtdruck des Mediums ebenfalls in der Kammer (9) herrscht,und dieser;--Druck eine Kraft ·. auf den Kolben (2) ausübt und daß der Kolben (2) eine Nut oder einen Kanal (11)'aufweist, durch den in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens (2) eine Einlaß--(4) und Auslaßöffnung (5) entweder miteinander verbunden oder getrennt wird.

   2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß sowohl Einlaß- (4) und Auslaßöffnung (5) über einer Leitung (7) mit je einer Kammer (9) verbunden sind, die sich an gegenüberliegenden Enden des Kolbens (2) befinden.

   3. Druckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Kanal (11) sowie Einlaß- (4) und/oder Auslaßöffnung (5) im Bereich des Kolbens (2) ringförmig verlaufen.

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   k. Druckventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (2) anschließend an seinen das Verschließen bewirkenden kegeligen Teil (17) zy lindrisch mit parallel geschalteten Nuten (18) ausgestaltet ist.

   5. Druckventil nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch das Material Stahl oder Sphäroguß und/oder durch eine geringe Oberfläche des Gehäuses (1).

   6. Druckventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Kanal (11) oder Nut (18) so angeschrägt sind, daß bei geöffneter Stellung ein Ausströmwinkel am Kolben (2) von etwa 90° entsteht.

   7. Druckventil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch- messer des Kolbens (2) groß und/oder der Abstand Steuerkante -Einlaßöffnung (19) klein ist.

   8. Druckventil nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß am öff- nungsseitigen Ende der Leitung (7) ein Pitot-Rohr oder eine Spannhülse (6) angebracht ist.

   9. Druckventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß Pitotrohr oder Spannhülse

   (6) in beiden Strömungsrichtungen ansprechen.

   10. Druckventil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das öffnungsseitige Ende der Leitung (7) in großer Entfernung

   -*" vom Kolben (2) angeordnet ist.

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   11. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß am kammerseitigen Ende der Leitung (7) eine Düse (8) angebracht
   ist.

   12. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (3) über einen kalottenförmigen Federteller (12) am Kolben (2) anliegt.

   13. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben

   (2) Entlastungsrillen aufweist.

   14. Druckventil nach einem der ansprüche 1 - 13 , d a durch gekennzeichnet, daß die Feder

   (3) mit ihrem äußeren Ende an einer Verstellung (13)
   anliegt.

   15. Druckventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstellung (13) mit
   einem Sicherungsstift (15) und/oder einer Einstellskala versehen ist.

   16. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 - 15, gekennzeichnet durch einen den Federteller (12) durchgreifenden Kanal (16).

   17. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 - 16, d a durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein Kanal (11,22) angeordnet ist.

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