DE3636409A1 - Druckregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Ventile finden in Druckdifferenzventilen, Über­ druckventilen, Rückschlagventilen und Zuschaltventilen An­ wendung. Die DE-OS 23 53 929 zeigt beispielsweise ein Rückschlagventil, das eine Kugel-Federanordnung aufweist. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist es, daß sich, wegen unzureichender Führung, nach Abheben der Kugel von ihrem Ventilsitz Schwingungen der Kugel in axialer und radialer Richtung einstellen. Diese führen zu einer erheblichen Geräuschbildung und treten insbesondere bei hohen Volumen­ strömen und/oder hohen Druckgradienten auf. Besonders störende Geräuschbildung wird bei in schneller Folge öffnenden und schließenden Ventilen, sogenannten Schnüffelventilen, beobachtet. Eine eventuelle Anordnung von Dämpfungsscheiben bzw. -hülsen zwischen Ventilkugel und Ventilfeder beeinflußt den Ventilöffnungsdruck (durch erhöhte Ventilfedervorspannung) und somit die sichere Funktion des Ventiles; außerdem ist der geräuschre­ duzierende Effekt unbefriedigend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Druckregelventil zu schaffen, das sich durch minimale Geräuschbildung auszeichnet, einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch diese Maßnahmen ist es möglich, Kugelschwingungen in radialer und axialer Richtung durch Führung der Kugel zu verhindern. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung, bei welcher das Führungselement als Führungs­ hülse ausgebildet ist, die von der zweiten Feder bei ge­ schlossenem Ventil an einem Absatz gehalten ist und innen­ seitig einen Anschlag aufweist, der das axiale Spiel des Ventilschließgliedes in Öffnungsrichtung begrenzt. Diese Maßnahme ermöglicht ein Auffangen der Ventilkugel nach Abheben derselben vom Ventilsitz ohne die Ventil­ charakteristik zu verändern. In die gleiche Richtung zielt eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, bei welcher die zweite Feder eine erheblich höhere Feder­ konstante hat als die Ventilfeder, da auf diese Weise die geräuschminimierenden Maßnahmen den Öffnungsdruck und die sichere Funktion des Ventiles nicht beeinträchtigen.

Eine enge radiale Führung der Ventilfeder, bei welcher diese nicht mehr ausknicken kann, was eine Stabilisierung des Öffnungsdruckes zur Folge hat, ist dadurch möglich, daß die zweite Feder und das Führungselement die Ventil­ feder außenseitig umgeben. Um strömungsbedingte Einflüsse auf das Ventilschließglied gering zu halten, ist es vor­ teilhaft, daß an der Innenwand der Führungshülse axial verlaufende Nuten vorgesehen sind; dies läßt sich auch erreichen, wenn die Führungshülse außen einen Vieleck­ querschnitt mit dem Eckenmaß der entsprechenden Bohrung besitzt.

Bei Ausbildung der Führungshülse ohne innere axial verlaufende Nuten, jedoch mit einem äußeren Vieleckquerschnitt, ist eine Quernut an der dem Ventilschließglied (Kugel) entgegengesetzten Anschlagfläche erforderlich, damit der Durchfluß des Druckmittels immer gewährleistet ist.

Von besonderem Vorteil ist auch, daß die Ventilfeder 11 und die zweite Feder 14 entweder parallel oder auch hintereinander geschaltet sein können.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Hierzu zeigt

Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Druckdifferenz­ ventiles,

Fig. 2 Auschnitt aus dem Druckdifferenzventil mit anderer Ventilanordnung.

Bezugszeichen, die in beiden Figuren denselben Gegenstand bezeichnen, sind jeweils für beide Figuren gültig.

Das in Fig. 1 dargestellte Druckdifferenzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einer gestuften Zentralbohrung ver­ sehen ist. Gegenüberliegend vom Ausgang 30 ist eingangs­ seitig das Einsatzteil 18, das stufenförmig ausgebildet ist, gehäusefest verstemmt. Das Einsatzteil 18 weist an seiner äußeren Mantelfläche ringförmige, umlaufende Nuten und Vorsprünge auf, welche zur Aufnahme des in der Nähe der Verstemmung zwischen dem Gehäuse 1 und dem Einsatzteil 18 dichtenden O-Ringes 31 und der etwas tiefer in der Bohrung, ebenfalls zwischen Gehäuse 1 und Einsatzteil 18 vorgesehenen Überströmmanschette 32 dienen. Des weiteren weist das gehäusefeste Einsatzteil 18 einen radial nach innen in die Zentralbohrung hineinragenden, ringförmig umlaufenden Anschlag 2 auf, an welchem der Ventilsitz 3 angelegt ist, der in bekannter Weise druckdicht mit dem Einsatzteil 18 verstemmt ist. Der Ventilsitz, dessen als Flansch ausgebildetes Ende zum Einlaß 4 zeigt, ragt mit seinem anderen Ende, das die Dichtfläche 15 aufweist, axial über den Anschlag 2 hinaus.

Die Überströmmanschette 32 und der Ventilsitz 3 liegen ungefähr auf einer gemeinsamen Radialebene. Zwischen dem O-Ring 31 und der Überströmmanschette 32 ist eine radial durch das Einsatzteil 18 verlaufende Querbohrung 33 vorge­ sehen. Zwischen der Verjüngung 34 der Zentralbohrung und dem Ventilsitz 3 ist der Kolben 5 axial verschiebbar in der Zentralbohrung vorgesehen. Der Kolben 5 besitzt eine zentrale, axial verlaufende Durchgangsbohrung 37 und ist als Differenzkolben ausgebildet. Hierzu weist sein dem Auslaß 30 zugewandtes Ende eine größere Druckbeauf­ schlagungsfläche auf als das zum Eingang 4 bzw. zum Ven­ tilsitz 3 zeigende Ende. Der mit einem größeren Durch­ messer ausgestattete Teil des Kolbens 5 ist mit einem, in einer entsprechenden Nut integrierten Nutring 35 gegen das Gehäuse 1 hin abgedichtet. Der Bereich dünneren Quer­ schnittes des Kolbens 5 ist durch einen Ring 38, der mit seiner Außenkante an einem gehäusefesten Anschlag anliegt, und durch den Nutring 36 geführt, welcher an den Ring 38 angelegt ist und zwischen der Zentralbohrung und dem Kolben 5 dichtet. Um das zum Einlaß 4 zeigende Ende des Kolbens 5 ist der Federtopf 6 angeordnet. Der Federtopf 6 weist an seinem äußeren Rand einen Absatz auf, der die Druckfeder 7 außenseitig zentriert und sichert, die sich am Federtopf 6 einerseits und am Einsatzteil 18 anderer­ seits abstützt. Am Boden des Federtopfes 6 ist eine Bohrung 8 vorgesehen, die konzentrisch mit der Durchgangs­ bohrung 37 des Kolbens 5 ist und an deren Umfang radial nach außen gerichtete Schlitze 9 angebracht sind. Die Bohrung 8 besitzt einen geringeren Durchmesser als das als Kugel ausgebildete Ventilschließglied 10. In dem zum Ventilsitz 3 zeigenden, mit vergrößertem Durchmesser aus­ gestatteten Bereich der Durchgangsbohrung 37 ist das hülsenförmige Führungselement 12 axial verschiebbar ge­ führt. Es wird von der zweiten Feder 14, die sich an einem kolbenfesten Anschlag innerhalb der Durchgangsbohrung 37 abstützt, das Führungselement 12 in Schließrichtung be­ lastet und an den Anschlag 20 drückt, beaufschlagt. Im Führungselement 12 befindet sich das Ventilschließglied 10, das durch die Ventilfeder 11 belastet ist, welche sich an einem Absatz im Führungselement 12 abstützt. Durch diese Druckbeaufschlagung befindet sich das Ventilschließ­ glied 10 bei drucklosem Zustand des Druckmittels in An­ schlag an der Bohrung 8 des Federtopfes 6. Etwa auf Höhe des Außenrandes des Federtopfes 6 ist eine Querbohrung 22 am Kolben 5 angebracht. Zwischen dieser Querbohrung 22 und dem Nutring 36 wird der Kolben 5 vom Topf 39 - eine Montagehilfe - mit Spiel umfaßt dessen zylindrische Mantelfläche bis zum Einsatzteil 18 an der Zentralbohrung entlanggeführt ist.

Zwischen den beiden Nutringen 35 und 36 befindet sich ein druckmittelfreier Raum, an den eine Leckagebohrung ange­ schlossen ist, welche zur Atmosphäre hin durch den Dicht­ ring 40 getrennt ist. Durch diese Leckagebohrung kann die Dichtheit der beiden Nutringe überwacht werden.

Bei drucklosem Zustand befindet sich das Druckdifferenz­ ventil in der dargestellten Lage. Bei Erreichen eines be­ stimmten Druckes (Umschaltdruck) wird der Kolben 5 gegen die Kraft der Druckfeder 7 bis zu seinem Anschlag bewegt. Dabei erreicht das Ventilschließglied 10 den Ventilsitz 3 und unterbricht die Verbindung zwischen Einlaß 4 und Aus­ laß 30. Der Druck bleibt nun auslaßseitig so lange konstant, bis der Eingangsdruck den von der Ventilfeder bestimmten Differenzdruck überwunden hat. Diese Druck­ differenz besteht bei weiterer Druckerhöhung ständig zwischen Einlaß und Auslaß. Dabei verbleibt der Kolben 5 in seiner Stellung am Anschlag und lediglich das Ventil­ schließglied 10 bewegt sich in rascher Folge, wobei es ab­ wechselnd öffnet und schließt (schnüffelt).

Bei diesem sogenannten Schnüffelvorgang werden schwingungsbedingte Geräusche durch das Hintereinander­ schalten der beiden Federn 14 und 11 sowie durch das Auf­ fangen und Führen des Ventilschließgliedes 10 in axialer und radialer Richtung vermieden.

Bei einlaßseitigem Druckabbau bleibt der Kolben 5 zunächst in seiner zuvor eingenommenen Stellung; der Druckabbau er­ folgt durch Überströmen der Überströmmanschette 32, wobei das Druckmittel durch die Querbohrung 33 wieder dem Einlaß 4 zugeführt wird. Erst wenn durch das Überströmen etwa der Umschaltdruck wieder erreicht ist (durch Reibungsverluste in den Dichtungen liegt dieser Druck etwas unter dem Um­ schaltdruck) verschiebt die Druckfeder 7 den Kolben 5 gegen die Verjüngung 34 und gibt auf diese Art den Ventil­ sitz 3 wieder frei.

Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt um die Kugel-Feder Anordnung eines Druckdifferenzventiles nach Fig. 1. Das gehäusefeste Einsatzteil 18 weist einen in die Zentral­ bohrung hineinragenden, ringförmig umlaufenden Anschlag 2 auf, an welchen der Ventilsitz 3 angelegt ist, der in be­ kannter Weise druckdicht mit dem gehäusefesten Einsatzteil 18 verstemmt ist. Der Ventilsitz, dessen als Flansch aus­ gebildetes Ende zum Einlaß 4 zeigt, ragt mit seinem anderen Ende, das die Dichtfläche 15 aufweist, axial über den Anschlag 2 in die Zentralbohrung hinein.

Der Kolben 5 und der Federtopf 6, der um das zum Einlaß zeigende Ende des Kolbens 5 angeordnet ist, sind ver­ schiebbar in der Zentralbohrung des Gehäuses vorgesehen. Der Kolben 5 ist als Differentialkolben ausgebildet und weist an seinem nicht dargestellten, zum Auslaß hinzeigen­ den Ende eine größere Druckbeaufschlagungfläche auf als an seinem zum Eingang zeigenden Ende. Der Federtopf 6 weist an seinem äußeren Rand einen Absatz auf, der die Druck­ feder 7 außenseitig zentriert und sichert, die sich am Federtopf 6 einerseits und am Einsatzteil 18 andererseits abstützt. Am Boden des Federtopfes 6 ist eine Bohrung 8 vorgesehen, an deren Umfang radial nach außen gerichtete Schlitze 9 angebracht sind. Die Bohrung 8 besitzt einen geringeren Durchmesser als das als Kugel ausgebildete Ventilschließglied 10. In dem als Hohlzylinder ausge­ bildeten Kolben 5 ist ein Federführungsstift 25 druck­ mitteldurchlässig verstemmt, dessen zum Einlaß 4 und zum Ventilschließglied 10 zeigendes Ende als Stößel 24 mit verringertem Durchmesser und gerundetem Ende ausgeführt ist. An dem an der Übergangsstelle entstehenden Absatz stützt sich die Ventilfeder 11 ab, deren anderes Ende das Ventilschließglied 10 beaufschlagt.

Durch diese Druckbeaufschlagung befindet sich das Ventil­ schließglied 10 bei drucklosen Zustand des Druckregel­ ventiles in Anschlag an der Bohrung 8 des Federtopfes 6. Das Ventilschließglied 10 und die Ventilfeder 11 werden von dem hülsenförmigen Führungselement 12 teilweise um­ geben, das sich zwischen diesen beiden Teilen und dem Kolben 5 befindet und, bei drucklosem Zustand des Ventils, durch die Kraft einer zweiten Feder 14 im Anschlag 20, der durch den geschlitzten Teil des Bodens des Federtopfes 6 gebildet wird, gehalten.

Hierzu befindet sich die zweite Feder 14 vorgespannt zwischen einer Abstützscheibe 23 und der vom Ventil­ schließglied 10 fortweisenden Stirnfläche des Führungs­ elementes 12. Der Abstand zwischen dem Sicherungsring 23 und dem Führungselement 12 ist dabei so gewählt, daß die zweite Feder 14 sowohl die Ventilfeder 11 als auch den mit größerem Durchmesser ausgeführten Teil des Federführungs­ stiftes 25 außenseitig umfaßt.

Das Führungselement weist einen Bereich 16 mit ver­ größertem, etwa dem Durchmesser des Ventilschließgliedes 10 entsprechenden Durchmesser auf, der an dem in Richtung Einlaß zeigenden Ende vorgesehen ist. Mittels einer Fase, die auch als Anschlag 13 dient, verjüngt sich der Innen­ durchmesser des Führungselementes 12 auf ein in etwa dem Außendurchmesser der Ventilfeder 11 entsprechendes Maß.

Zwischen dem an der Bohrung 8 durch die Ventilfeder 11 an­ liegenden Ventilschließglied 10 und dem Anschlag 13 ist ein bestimmtes axiales Spiel vorgesehen. Am Innendurch­ messer des Führungselements 12 sind mehrere, am Umfang verteilte, axial verlaufende Nuten 17 verteilt.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Druckregel­ ventils, insbesondere die Feder-Kugel-Anordnung be­ treffend, erläutert. Im drucklosen Zustand befindet sich das Druckregelventil in der Stellung, die der dargestellte Ausschnitt der Figur zeigt. Durch die Ausbildung des Kolbens 5 als Differenzkolben, bewegt sich dieser bei Druckaufbau gegen die Kraft der Druckfeder 7 auf den Ventilsitz zu, bis der Boden des Federtopfes 6 am Ventil­ sitz 3 zur Anlage kommt. Noch bevor der Federtopf 6 den Ventilsitz 3 berührt, wird das Ventilschließglied 10, von der Ventilfeder 11 belastet, an die Dichtfläche 15 ge­ drückt. Durch die Druckfeder 7 wird derjenige Druck (Umschaltdruck) festgelegt, ab welchem das Ventil die Druckdifferenz bewirkt, welche durch die Ventilfeder 11 bestimmt wird.

Bei weiterem Druckanstieg verbleibt der Kolben 5 in seiner Stellung, und lediglich das Ventilschließglied 10 bewegt sich in rascher Folge, wobei der Durchgang durch den Ventilsitz 3 abwechselnd geöffnet und geschlossen wird. Zum Öffnen des Durchlasses im Ventilsitz 3 ist es nötig, daß die Kraft auf das Ventilschließglied 10, aus dem Ein­ gangsdruck resultierend, größer ist als die resultierende Kraft des Ausgangsdruckes und der Ventilfeder 11, welche das Ventilschließglied 10 in Schließrichtung beauf­ schlagen.

Um während dieses Regelvorganges, dem sogenannten Schnüffeln, die unerwünschten Schwingungen des Ventil­ schließgliedes 10 zu vermeiden, wird das Ventilschließ­ glied 10 im Führungselement 12 axial und radial geführt. Diese unerwünschten Schwingungen entstehen durch instabile hydrodynamische Verhältnisse im Bereich der Ventilkugel.

Dadurch, daß der Durchlaß durch den Ventilsitz 3 einen kleineren Durchmesser aufweist als die Bohrung 8, setzt sich bei Erreichen des Umschaltdruckes das Ventil­ schließglied 10 auf die Dichtfläche 15, bevor der Boden des Federtopfes 6 auf dem Ventilsitz 3 zur Anlage kommt. Nach Erreichen des Differenzdruckes bewegen sich Federtopf 6, Führungselement 12 und Kolben 5 bis zum Anschlag auf den Ventilsitz 3. Um diese Bewegung nicht zu beeinträchtigen, ist das axiale Spiel zwischen Anschlag 13 und dem Ventilschließglied 10 vorgesehen.

Die zweite Feder 14 ist deutlich steifer als die Ventil­ feder 11, um den von der Ventilfeder 11 vorbestimmten Differenzdruck nicht zu beeinflussen. Beim Auftreten größerer Schwingungen des Ventilschließgliedes 10 durch schnellen und größeren Druckmitteldurchfluß während oder nach dem "Schnüffelvorganges" wird es jeweils vom Führungselement 12 aufgefangen und axial sowie radial geführt. Dadurch werden die Schwingungen des Ventilschließgliedes 10, welches zu einer erheblichen Geräuschbildung führen, unterdrückt, ohne dabei die Funktion des Ventiles zu beeinflussen.

Um bei Anlage des Ventilschließgliedes 10 am Anschlag 13 einen freien Strömungsquerschnitt zu erhalten, sind die axial verlaufenden Nuten 17 vorgesehen. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Führungselement einen Vieleckquerschnitt auf, wobei das Eckenmaß gleich dem der entsprechenden Bohrung ist.

Durch das Umgeben der Ventilfeder mit dem Bereich ver­ jüngten Durchmessers des Führungselementes 12 wird ein Ausknicken der Ventilfeder 11 vermieden, und dadurch der Differenzdruck des Ventiles exakter eingehalten. Trotz der Geräuschdämpfungsmaßnahme kann das Feder-Masse-Verhältnis des Ventiles weiterhin frei bestimmt werden, da das Führungselement 12 und die zweite Feder 14 lediglich eine Auffangfunktion erfüllen, nachdem das Ventilschließglied einen bestimmten Öffnungshub, der durch das axiale Spiel zwischen Anschlag 13 und Ventilschließglied vorgegeben ist, zurückgelegt hat.

In einer nicht dargestellten Ausführung der Erfindung nach Fig. 2 ist an der zur zweiten Feder zeigenden Stirnfläche des Führungselementes 12 eine ringförmig umlaufende Nut vorgesehen, welche die zweite Feder 14 radial führt.

Claims (7)

1. Druckregelventil, mit einem Gehäuse, einem Ventil­ sitz, einem als Kugel ausgebildeten Ventilschließ­ glied, das von einer Ventilfeder in Schließrichtung belastet wird und die Verbindung zwischen einem Ein­ laß und einem Auslaß eines Druckmittels steuert, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ventil­ schließglied (10) zumindest teilweise von einem Führungselement (12) umgeben ist, wobei dieses von einer zweiten Feder (14) ebenfalls in Schließrichtung beaufschlagt ist.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Führungselement ( 12) als Führungshülse ausgebildet ist, die von der zweiten Feder (14) bei geschlossenem Ventil an einem Absatz (20) gehalten ist und innenseitig einen An­ schlag (13) aufweist, der das axiale Spiel des Ven­ tilschließgliedes (10) in Öffnungsrichtung begrenzt.

3. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (14) eine höhere Federkonstante hat, also härter ist, als die Ventilfeder (11).

4. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (11) und die zweite Feder (14) ent­ weder parallel oder auch hintereinander geschaltet sein können.

5. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (14) und das Führungselement (12) die Ventilfeder (11) umgeben.

6. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse innenseitig mit axial verlaufenden Nuten versehen ist.

7. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse einen Vieleckquerschnitt mit einem Eckenmaß der Bohrung besitzt.