DE3502518A1 - Direkt gesteuertes druckbegrenzungsventil - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein direkt gesteuertes Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Druckbegrenzungsventile verwenden im allgemeinen ein Schließelement, welches von einer Feder entsprechend deren Größe und Vorspannung mit einer bestimmten Kraft auf einen Sitz gedrückt wird. Der Federraum ist dabei zum Tank entlastet und der Druck im System wirkt auf die Fläche des Schließelements. Druck χ Fläche ergibt eine Kraft, die der Federkraft entgegenwirkt Mit zunehmendem Druck steigt auch diese Kraft an. Solange die Federkraft größer ist als die Druckkraft bleibt das Schließelement auf dem Sitz. Übersteigt die Druckkraft die Federkraft, so verschiebt sich das Schließelement gegen die Feder und öffnet die Verbindung zum Tank. Die überschüssige Flüssigkeit fließt dann zum Tank zurück. Beim Betrieb des Druckbegrenzungsventils treten im allgemeinen Schwingungen auf, die durch eine Dämpfung beseitigt werden müssen.

Ein weiteres Problem bekannter Druckbegrenzungsventile besteht darin, daß sich mit zunehmendem Hub des Schließelements auch die Federkraft entsprechend der Federkonstante erhöht.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt ein direkt gesteuertes Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß das Schließelement vorzugsweise in der Form eines Ventilkegels in seiner axialen Bewegungsrichtung gedämpft wird. Weiterhin soll das Stabilitätsverhalten verbessert werden und insbesondere soll das Flattern vermieden werden. Weiterhin bezweckt die Erfindung, die Strömungskavitation sowie die dadurch entstehenden Geräusche sowie Materialschäden zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil als Vorsteuerventil für ein Druckbegrenzungsventil bzw. ein Druckreduzierventil verwendbar sein. Weiterhin soll es gemäß der Erfindung möglich sein, die Regelabweichung der Druck/Mengenabhängigkeit des Gesamtventils zu optimieren, ohne daß die sonst üblichen Maßnahmen zur Kompensation der Strömungskraft an der Hauptstufe erforderlich sind.

Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung bei einem direkt gesteuerten Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vor.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines direkt gesteuerten Druckbegrenzungsventils 11; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Das Druckbegrenzungsventil 11 weist als wesentliche Bauteile eine Schließelementanordnung 3 auf, die durch eine Feder 4 gegen einen Ventilsitz 5 vorgespannt ist der in einem Gehäuse oder Steuerblock 10 ausgebildet ist.

Die Schließelementanordnung weist ein Schließelement in der Form eines Kegels 1 auf sowie einen ein-

stückig damit ausgebildeten Kolben 2, der sich über ein Bauteil verminderten Durchmessers an einem Federteller 33 abstützt, an dem auch die Feder 4 sich abstützt. Die Feder 4 stützt sich ferner in nicht gezeigter Weise beispielsweise an einer durch das Gehäuse 10 gebildeten Fläche ab, die anschließend an ein Abflußende 13 vorgesehen ist. Ebenfalls nur schematisch ist das Anschlußende des Druckbegrenzungsventils 11 dargestellt. Am Anschlußende 12 wird der zubegrenzende Druck P angelegt. Am bereits erwähnten Abflußende 13 liegt der Tankdruck Tan.

Die Schließelementanordnung 3 ist in einer Längsbohrung axial hin und her verschiebbar angeordnet. Die Längsbohrung besteht aus mehreren Abschnitten, die durch die Bohrung 14, die Bohrung 15, die Bohrung 16 und die Bohrung 17 gebildet werden. Der Durchmesser d\ der Bohrung 14 ist kleiner als der Durchmesser d₂ der Bohrung 16. Der Durchmesser der Bohrung 15 ist etwas größer als der Durchmesser ofe. Ferner ist der Durchmesser der Bohrung 17 etwas größer als der Durchmesser dt-

Die Bohrung 17 bildet einen Federraum 30, die Bohrung 15 bildet einen Steuerraum 31 und die Bohrung 14 bildet einen Kolbenraum 32. Auf der Längsachse der Schließelementanordnung 3 verläuft eine Längsbohrung 18, die in den Federraum 30 mündet und dort an eine der Längsbohrungen 19 Anschluß findet, die im Federteller 33 ausgebildet ist. Andererseits steht die Längsbohrung 18 über eine als Düse oder Widerstand wirkende Radialbohrung 7 mit dem Steuerraum 31 in Verbindung. Dadurch wird erreicht, daß dann, wenn der Kegel 1 vom Ventilsitz 5 abhebt, das Druckmittel über die Radialbohrung oder Düse 7 zur Längsbohrung 18 fließen kann und von dort zum Tank T gelangt. Beim öffnen des Kegels 1 entsteht ein Steuerquerschnitt 6. Dies ist in Fig. 1 für eine bestimmte, strichpunktiert dargestellte Stellung des Kegels 1 angedeutet. Der Steuerquerschnitt 6 ist in seiner Größe veränderlich, er bildet praktisch also einen veränderlichen Widerstand.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen Kolben 2 und Ventilsitz 5 eine Flächendifferenz vorhanden ist, d. h. der Durchmesser d\ unterscheidet sich vom Durchmesser dt- Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Durchmesser d\ kleiner als der Durchmesser d%. Ferner ist, wie bereits erwähnt, dem Steuerquerschnitt 6 ein durch Düse 7 gebildeter Festwiderstand nachgeschaltet.

Bei geöffnetem Steuerquerschnitt 6 wird durch den auf die Flächendifferenz zwischen Kolben 2 und Ventilsitz 5 wirkenden an der Düse 7 entstehenden Staudruck eine zusätzliche Kraft (Zusatzkraft) auf den Ventilkegel 1 ausgeübt. Durch diese Zusatzkraft ist es nun möglich, die Regelabweichung des Druckbegrenzungsventils 1 zu beeinflussen.

Ganz allgemein kann die Zusatzkraft je nach Ausbildung der Differenzfläche zwischen Kolben 2 und Ventilsitz 5 positiv (Fig. 1) oder negativ (Fig. 2) sein. Positiv ist die Zusatzkraft dann, wenn sie in Öffnungsrichtung auf die Schließelementanordnung 3 einwirkt, negativ ist sie dann, wenn sie in Schließrichtung auf die Schließelementanordnung 3 einwirkt.

Ein weiterer zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß der durch die Düse 7 gebildete Festwiderstand den Ventilkegel 1 in seiner axialen Bewegungsrichtung dämpft, was das Stabilitätsverhalten (Flattern) günstig beeinflußt. ·

Durch geeignete Wahl der Größe der Düse 7 und somit des durch die Düse 7 gebildeten Widerstands kann das Verhältnis der Drücke vor und hinter dem Steuerquerschnitt 6 so ausgelegt werden, daß die Strömungskavitation und die dadurch entstehenden Geräusche sowie Materialschäden vermieden werden.

Das in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 41 weist wiederum ein Gehäuse oder einen Steuerblock 10 auf. Im Steuerblock 10 ist eine durch Bohrungen 21, 22, 23 und 24 gebildete Längsbohrung vorgesehen, in der hin und her beweglich die Schließelementanordnung 3 angeordnet ist. Die Bohrung 21 bildet einen Federraum 32, die Bohrung 22 bildet einen Steuerraum 31 und die Bohrung 24 bildet einen Federraum 30. Der Ventilsitz 5 wird hier durch einen Einsatz 20 im Gehäuse 10 definiert. Der Einsatz 20 enthält die Bohrungen 21 und 22. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind auch hier ein Anschlußende 12 und ein Abflußende 13 vorgesehen und eine Feder 4 drückt über einen Federteller 33 die Schließelementanordnung 3 in die in Fig. 2 gezeigte Position. Strichpunktiert ist wiederum der Fall dargestellt, daß ein Steuerquerschnitt 6 gebildet wird, was dann eintritt, wenn die durch den Druck P erzeugte Kraft größer ist als die Kraft der Feder 4. Anders als beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist hier der Durchmesser d\ der Bohrung 21 größer als der Durchmesser d₂ der Bohrung 23. Eine Radialbohrung oder Düse 7 bildet wiederum einen Festwiderstand für das Strömungsmittel bei seinem Fluß vom Steuerraum 31 zur hier ebenfalls vorgesehenen Längsbohrung 25 im Kolben, die an einer Längsbohrung 26 im Federteller 33 anschließt.

Wenn hier Druckmedium, vorzugsweise eine Druckflüssigkeit, im Steuerraum 31 sich befindet so wird durch den von Düse 7 erzeugten Staudruck zum einen auf den Kolbendurchmesser dt und zum anderen auf den größeren Kolbendurchmesser d\ eingewirkt. Die Folge davon ist, daß, wie bereits oben erwähnt, eine negative Zusatzkraft erzeugt wird, d. h. eine Kraft, die bestrebt ist, den Ventilkegel 1 in seine Schließstellung zu bewegen.

Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der Ventilkegel 1 in seiner axialen Bewegungsrichtung durch den durch die Düse 7 gebildeten Festwiderstand gedämpft, was das Stabilitätsverhalten verbessert und somit das Flattern vermindert. Wiederum kann durch geeignete Wahl des Festwiderstandes 7 das Verhältnis der Drücke vor und hinter dem Steuerquerschnitt 6 so ausgelegt werden, daß die Strömungskavitation und die dadurch entstehenden Geräusche sowie Materialschäden vermieden werden.

Das erfindungsgemäße direkt gesteuerte Druckbegrenzungsventil eignet sich vorzugsweise als ein Vorsteuerventil für Druckbegrenzungsventil und auch für Druckreduzierventile.

Durch Abstimmen der Größe der Düse 7 und der Größe des Durchmesserverhältnisses von Ventilsitz/ Ventilkolben kann die Regelabweichung der Druck/ Mengenabhängigkeit des Gesamtventils optimiert werden. Die Anwendung der sonst üblichen Maßnahmen zur Kompensation der Strömungskraft an der Hauptstufe sind dann nicht erforderlich.

Üblicherweise wird über den gesamten Druckbereich des Druckbegrenzungsventils hinweg eine gute Druckeinstellung und eine flache pQ-Kennlinie gewünscht, d. h. eine möglichst geringe Druckerhöhung bei zunehmendem Durchfluß. Durch Auswahl der durch d\ bzw. cfe bestimmten Flächendifferenz und der Größe der durch die Düse 7 gebildeten Festwiderstands kann neben einer flachen pQ-Kennlinie aber auch eine entweder steigen-

de oder fallende Kennlinie erhalten werden.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der zylindrische
Kolben 2 in der Gehäusebohrung 16 bzw. 23 geführt
und ist in dieser Bohrung durch elastische Dichtungen
abgedichtet 5

10

15

20

25

30

35

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45

50

55

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65

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Claims (13)

Patentansprüche

1. Direkt gesteuertes Druckbegrenzungsventil 11, 41 mit einem Schließelement 1 zur Zusammenarbeit mit einem Ventilsitz 5, um einen veränderlichen Steuerquerschnitt 6 mit einem veränderlichen Steuerwiderstand zu bilden, und mit Mitteln zur Dämpfung der Bewegung des Schließelements 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerwiderstand, gebildet durch den veränderlichen Steuerquerschnitt 6, ein Widerstand, gebildet durch einen gleichbleibenden Querschnitt (Düse 7), nachgeschaltet ist, wodurch das Druckverhältnis vor und hinter dem Steuerquerschnitt 6 so beeinflußt werden kann, daß in einem bestimmten Druck- und Durchflußmengenbereich das Auftreten von Kavitation vermieden wird, und daß durch die Flächendifferenz zwischen einem mit dem Schließelement 1 gekuppelten Kolben 2 und dem Ventilsitz 6 eine auf das Schließelement 1 wirkende Zusatzkraft erzeugt wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schließelement 1 und Kolben 2 einstückig ausgebildet sind.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Kolben 2 in einer Gehäusebohrung 16,23 geführt ist.

4. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendifferenz zwischen dem Kolben 2 und dem Ventilsitz 5 positiv, gleich Null oder auch negativ ausgeführt ist, und daß dadurch Größe und Wirkrichtung der durch den Stau am Widerstand (Düse 7) entstehenden Zusatzkraft auf das Schließelement 1 bestimmt ist.

5. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement ein Ventilkegel 1 ist.

6. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichbleibende Widerstand durch eine Düse oder Bohrung 7 gebildet ist.

7. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse oder Bohrung 7 mit einer Längsbohrung 18,25 im Kolben in Verbindung steht.

8. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse 10 eine den Ventilsitz 5 bildende Bohrung 14 mit einem Durchmesser d\ vorgesehen ist und daß die den Kolben 2 aufnehmende Bohrung 16 einen Durchmesser cfe besitzt.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß d\ kleiner cfc ist

10. Ventil nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß d\ größer dfe ist.

11. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse 7 eine Radialbohrung ist die zwischen dem Schließelement 1 und dem Kolben 2 ausgebildet ist

12. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben 2 führenden Bohrungen 16,23 zum Schließelement 1 hin einen Steuerraum 31 bilden.

13. Verwendung des Ventils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche als Vorsteuerventil für ein Druckbegrenzungsventil oder ein Druckreduzierventil.