DE4118932A1 - Druckbegrenzungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit einem als Druckwaage wirkenden Entlastungskolben, der gegen ein Gehäuse abdichtet. Der Entlastungskolben hat eine von einem Zulaufraum in seinen Innenraum führende Drosselöffnung. Weiter ist ein als Sitzventil ausgeführtes Vorsteuerventil vorgesehen, dessen Zulauf mit dem Innenraum des Entlastungskolbens in Verbindung steht. Eine Feder drückt beide Kolben in entgegengesetzter Richtung in Schließstellung. Zur Verkleinerung einer wirksamen Fläche des Vorsteuerkolbens dient ein Stempel, der im Vorsteuerkolben dichtend angeordnet ist und der sich am Gehäuse abstützt. Der Vorsteuerkolben kann den Innenraum des Entlastungskolbens an eine mit dem Auslaß verbundene Bohrung anschließen.

Ein Druckbegrenzungsventil (DBV) nach dem Oberbegriff des Anspruchs ist bereits aus der DE-OS 28 27 129 bekannt. Dieses DBV ist so ausgeführt, daß der Entlastungskolben möglichst unabhängig von der Ölviskosität bzw. der Temperatur öffnet. Dies erreicht man dadurch, daß bei niedriger Viskosität der Vorsteuerstrom durch eine spezielle Gestaltung der Drosselöffnung abfällt, so daß die Ölzufuhr zum Vorsteuerventil absinkt. Der verringerte Vorsteuerstrom soll daher ein Ansteigen des Abregeldruckes am Vorsteuerventil verhindern. Durch eine passende Bemessung der Drosselöffnung mit Hilfe eines Stifts konnte man den Temperatureinfluß gering halten.

Zur kostengünstigen Gestaltung von hydraulischen Anlagen ist man bestrebt, die einzelnen Bauteile und Leitungen möglichst klein zu halten und bis an die Grenze ihrer Haltbarkeit zu belasten. Die kleinen Abmessungen haben bei tiefen Temperaturen und der dadurch bedingten hohen Ölviskosität den Nachteil hoher Durchflußwiderstände.

Liegt die Höchstdruckabsicherung nicht unmittelbar an der Pumpe, so addieren sich die Durchflußwiderstände zu dem vom DBV vorgegebenen Wert. Außerdem steigt in der Regel der Höchstdruck des DBV selbst mit höherer Viskosität. Durch die Summe dieser Druckanstiege kann man nicht ausschließen, daß die Festigkeitsgrenzen einzelner Bauteile überschritten werden und Schäden entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte DBV so abzuändern, daß der eingestellte Höchstdruck nach Öffnen des Vorsteuerventils mit steigender Ölviskosität (hoher Durchflußwiderstand) abnimmt. Diese Forderung soll sich ohne zusätzlichen Bauaufwand verwirklichen lassen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch 2 enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung.

Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung ist die Drosselöffnung im Entlastungskolben als viskositätsunabhängige Blende ausgeführt, und der Vorsteuerkolben hat eine Einrichtung, durch die eine viskositätsabhängige Drosselstrecke entsteht. Nach Anspruch 2 erhält man die viskositätsabhängige Drosselstrecke durch einen hülsenförmigen Ansatz des Vorsteuerkolbens, der in die an den Auslaß angeschlossene Bohrung hineinragt. Die Spalthöhe und die Länge dieser Drosselstrecke ist so bemessen, daß der Strömungswiderstand für den Vorsteuerstrom bei betriebswarmem Öl klein ist. Steigt die Ölviskosität, dann nimmt der Druckverlust an der Drosselstrecke zu. Der an der laminaren Drosselstrecke erzeugte Druck wirkt am Vorsteuerkolben auf eine Ringfläche und erzeugt eine gegen die gemeinsame Feder gerichtete Kraft. Da der Vorsteuerstrom durch die Blende viskositätsunabhängig ist, verhält sich die vorgenannte Kraft viskositätsabhängig.

Auf diese Weise läßt sich der durch den Durchflußwiderstand erzeugte Druckanstieg ausgleichen, indem der Höchstdruck (Ansprechdruck) mit steigender Ölviskosität abfällt. Der statische Höchstdruck, bei dem das DBV anspricht, kann somit bei kaltem Öl z. B. um 20 bar gesenkt werden.

Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein vorgesteuertes DBV im Längsschnitt;

Fig. 2 mehrere Druckkennlinien des Vorsteuerventils und

Fig. 3 vom Vorsteuerventil abgeleitete Kennlinien für das Gesamtventil (DBV).

Das DBV 1 ist als Einschraubpatrone ausgeführt, die aus dem Schraubteil 2 und einer Büchse 3 besteht. In der Büchse 3 ist ein durch eine Ringdichtung 4 abgedichteter Entlastungskolben 5 verschiebbar geführt. Der Entlastungskolben 5 dichtet mit einer Sitzkante 6 gegen einen Ventilsitz 7 der Büchse 3 ab. Eine Schließfeder 8 drückt den Entlastungskolben 5 gegen seinen Ventilsitz 7. Ein als ganzes mit 10 bezeichnetes Vorsteuerventil hat einen Vorsteuerkolben 11, den die gemeinsame Schließfeder 8 gegen einen Ventilsitz 12 drückt. Die Schließfeder 8 stützt sich dabei gegen einen auf den Vorsteuerkolben 11 befestigten Federkorb 9 ab. Zur Verkleinerung der wirksamen Fläche des Vorsteuerkolbens 11 dient ein Stempel 13, der sich im Schraubteil 2 abstützt. Der Vorsteuerkolben 11 ist auf dem verdickten Ende des Stempels 13 mit Hilfe einer Dichtung 14 öldicht geführt. Zum Öffnen des Vorsteuerventils 10 bewegt sich der Vorsteuerkolben 11 gegenüber dem Stempel 13 in Richtung der Schließfeder 8. Ein Anschluß 15 ist über eine turbulente, viskositätsunabhängige Blende 16 mit einem Innenraum 17 des Entlastungskolbens 5 verbunden. Eine dem Anschluß 15 zugewandte Stirnfläche 18 des Entlastungskolbens 5 ist kleiner als eine gegenüberliegende Stirnfläche 20 auf der Seite des Innenraums 17. Wenn über die Blende 16 kein Ölstrom fließt, dann wirkt auf die Stirnflächen 18 und 20 der Druck am Anschluß 15. Auf die größere Stirnfläche 20 wirkt dabei eine hydraulische Kraft, die den Entlastungskolben 5 gegen den Ventilsitz 7 drückt. In der Büchse 3 befinden sich Bohrungen 21, die eine Verbindung von einer Ringnut 22 im Entlastungskolben 5 zu einem mit einem Behälter verbundenen Auslaß 23 herstellen.

Der Innenraum 17 steht mit einem Zulauf 24 des Vorsteuerkolbens 11 in Verbindung. In der gezeichneten Stellung trennt der Vorsteuerkolben 11 den Zulauf 24 von einer mit dem Auslaß 23 verbundenen Bohrung 25. Der Vorsteuerkolben 11 steht unter der Belastung einer in Öffnungsrichtung wirkender Druckkraft, die sich aus dem Druck im Innenraum 17 mal einer Ringfläche A ergibt.

Nach der Erfindung besitzt der Vorsteuerkolben 11 einen hülsenförmigen Ansatz 26, der in die Bohrung 25 hineinragt. Durch diesen Ansatz 26 entsteht eine laminare Drosselstrecke 27, die einen mit der Ölviskosität ansteigenden, auf eine Ringfläche A 1 wirkenden Staudruck erzeugt. Die Spalthöhe und die Länge der Drosselstrecke 27 führt man so aus, daß der Strömungswiderstand für den Vorsteuerstrom im betriebswarmen Zustand klein ist. Steigt die Ölviskosität, dann erhöht sich der Druckverlust an der Drosselstelle 27. Der dort erzeugte Druck wirkt auf die Ringfläche A1 des Vorsteuerkolbens 11 und erzeugt eine gegen die Schließfeder 8 in Öffnungsrichtung wirkende Kraft. Diese Kraft ist nur von der Ölviskosität abhängig und ändert die Kennlinie des Vorsteuerventils 10. Die in Fig. 2 gezeichneten Kennlinien gelten für folgende Betriebszustände des Vorsteuerventils:

Eine gestrichelte Linie L gibt hierbei den über die Blende 16 fließenden Ölstrom an, den man zum Öffnen des Entlastungskolbens 5 benötigt. Die Kennlinie K1 zeigt den Verlauf bei hoher Ölviskosität. Mit I ist der Öffnungspunkt für den Vorsteuerkolben 11 bezeichnet. Sobald ein Strom fließt, bildet sich eine Druckdifferenz an der Ringfläche A1 aus, die außer der Druckkraft auf die Ringfläche A als weitere Kraft in Öffnungsrichtung des Vorsteuerventils 11 wirkt. Aus diesem Grund fällt die Kennlinie des Vorsteuerventils 10 viskositätsabhängig ab. - Die Kennlinie K2 zeigt einen Verlauf, bei welchem das Öl seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Die Ölviskosität liegt also noch verhältnismäßig hoch. Die Kennlinie K3 zeigt schließlich einen Druckverlauf des Vorsteuerventils 10 bei normaler Betriebstemperatur.

Das gesamte DBV arbeitet wie folgt: Zum Öffnen des Vorsteuerkolbens 11 steigt der Druck am Anschluß 15 auf den Wert des Öffnungspunktes 1 an. Dieser Druck herrscht über die Blende 16 im Innenraum 17. Der Vorsteuerkolben 11 öffnet, wenn die Kraft des Druckes auf die Fläche A größer ist als die Kraft der Schließfeder 8.

Die zum DBV gehörenden Kennlinien der Fig. 3 zeigen den Druck P über dem Strom Q am Anschluß 15. Aufgrund der ungleichen Stirnflächen 18 und 20 öffnet der Entlastungskolben 5 zunächst noch nicht. Damit dieser öffnet, muß über der Blende 16 ein Differenzdruck

aufgebaut werden. (Als Indexziffern hinter den Buchstaben stehen die entsprechenden Teilebezeichnungen der Fig. 1.) Der Druck am Anschluß 15 steigt daher entsprechend Fig. 3 um diesen Differenzdruck ΔP+ΔP_K3 aus Fig. 2 bis zum Punkt I₃ an. Dann öffnet der Entlastungskolben 5. Dies gilt bei normaler Betriebstemperatur. Bei hoher Ölviskosität (K1 in Fig. 2) stellt sich bei dem erforderlichen Strom über der Blende 16 zum Öffnen des Vorsteuerkolbens 5 am Vorsteuerventil 10 ein gegenüber dem Öffnungsdruck I um ΔP_K1 niedriger Druck ein. Der Druck am Punkt I₁ in Fig. 3 setzt sich damit zusammen aus dem Druck im Öffnungspunkt I plus dem

abzüglich dem P_K1 (Fig. 2).

Die vom Punkt I₂ in Fig. 3 ausgehende Kennlinie des DBV ist in entsprechender Weise der Kennlinie K2 des Vorsteuerventils 10 nach Fig. 2 zuzuordnen.

Bezugszeichen

 1 Druckbegrenzungsventil (DBV)
 2 Schraubteil
 3 Büchse
 4 Ringdichtung
 5 Entlastungskolben
 6 Sitzkante
 7 Ventilsitz
 8 Schließfeder
 9 Federkorb
10 Vorsteuerventil
11 Vorsteuerkolben
12 Ventilsitz
13 Stempel
14 Dichtung
15 Anschluß
16 Blende
17 Innenraum von 5
18 Stirnfläche von 5
19 -
20 gegenüberliegende Stirnfläche von 5
21 Bohrungen
22 Ringnut
23 Auslaß
24 Zulauf
25 Bohrung
26 hülsenförmiger Ansatz
27 Drosselstrecke
A Ringfläche
A1 Ringfläche
K Kennlinie
K1 Kennlinie
K2 Kennlinie
K3 Kennlinie
L gestrichelte Linie

Claims (2)

1. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit folgenden Merkmalen:

• - es ist ein als Druckwaage wirkender Entlastungskolben (5), der gegen eine Gehäuse- Sitzfläche (7) abdichtet;
• - der Entlastungskolben (5) hat einen von einem Zulaufraum (15) in seinen Innenraum (17) führende Drosselöffnung (16);
• - ein als Sitzventil ausgeführtes, durch eine Feder belastetes Vorsteuerventil (10) hat einen Zulauf (24), der mit dem Innenraum (17) des Entlastungskolbens (5) in Verbindung steht;
• - eine Schließfeder (8) drückt den Entlastungskolben (5) gegen einen Ventilsitz (7);
• - zur Verkleinerung einer in Schließrichtung wirksamen Fläche des Vorsteuerkolbens dient ein Stempel (13), der im Vorsteuerkolben dichtend angeordnet ist und der sich am Gehäuse abstützt;
• - der Vorsteuerkolben (11) kann den Innenraum (17) an eine mit dem Auslaß verbundene Bohrung (25) anschließen,
• - der Entlastungskolben (5) hat unterschiedlich große Stirnflächen (18 und 20), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - die Drosselöffnung im Entlastungskolben (5) ist als viskositätsunabhängige Blende (16) ausgeführt und
• - der Vorsteuerkolben (11) ist mit einer Einrichtung (hülsenförmiger Ansatz 26) versehen, durch die eine viskositätsabhängige Drosselstrecke (27) entsteht.

2. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der Vorsteuerkolben (11) hat einen hülsenförmigen Ansatz (26) und
• - der hülsenförmige Ansatz (26) ragt in die an den Auslaß (23) angeschlossene Bohrung (25) hinein.