DE4226495A1 - Druckregelventil - Google Patents

Druckregelventil

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DE4226495A1
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Franz Fleck
Volker Dr Sprockhoff
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ITT Automotive Europe GmbH
Continental Teves AG and Co oHG
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ITT Automotive Europe GmbH
Alfred Teves GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00Control of fluid pressure
    • G05D16/20Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G05D16/2024Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means the throttling means being a multiple-way valve

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Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Regelkolben, der mittels einer Steuervorrichtung in axialer Richtung bewegbar ist und der zwei Steuerkanten aufweist, von denen eine einen Durchgang von einem Verbraucheranschluß zu einem mit einer Druckversorgungseinrichtung verbundenen Druckanschluß und die andere einen Durchgang von dem Verbraucheranschluß zu einem mit einem drucklosen Behälter verbundenen Behälteran­ schluß steuert, wobei eine vom Druck am Verbraucheranschluß beaufschlagte Gegenkraft-Kolbenanordnung mit dem Regelkol­ ben in Wirkverbindung steht und der Regelkolben eine Axial­ bohrung hat, die in den Regelstellungen des Regelkolbens über eine Radialbohrung mit dem Verbraucheranschluß verbun­ den ist.
Ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil der eingangs genannten Art ist aus der EP-A-0 182 053 bekannt. Bei diesem bekannten Druckregelventil weist der Regelkolben in seiner Mantelfläche in einem Abstand voneinander ring­ förmige Steuernuten auf, die mit einem mittleren, zwischen den Steuernuten liegenden Kolbenabschnitt die Steuerkanten bilden. Die Steuerkanten wirken mit Steuerkanten im Ventil­ gehäuse zusammen, die an der Mündung des Verbraucheran­ schlusses in die Längsbohrung ausgebildet sind. Bei dem bekannten Druckregelventil wird der Verbraucheranschluß bei einer Bewegung des Regelkolbens aus seiner Neutralstellung über den durch die Steuerkanten gebildeten Durchgang unmit­ telbar mit dem Druckanschluß oder dem Behälteranschluß ver­ bunden, während die Gegenkolbenanordnung mit ihrem in die Axialbohrung eintauchenden Kolben parallel zu dem jeweils offenen Durchgang über die Radialbohrung mit dem Verbrau­ cheranschluß verbunden ist. Dies kann das Regelverhalten beeinträchtigen und zu einer merklichen Hysterese führen. Weiterhin ist bei dem bekannten Druckregelventil der Öff­ nungsquerschnitt der Durchlässe auf einen Bruchteil des Querschnitts des Verbraucheranschlusses beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckregel­ ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine genau proportionale und schwingungsfreie Umset­ zung des Steuersignals der Steuervorrichtung bei minimaler Hysterese auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Durchgang zum Druckanschluß durch eine radiale Anschlußboh­ rung im Regelkolben gebildet wird, die von der Axialbohrung abzweigt und über diese mit dem Verbraucheranschluß in Ver­ bindung steht und daß der Verbraucheranschluß mit der den Durchgang zum Behälteranschluß steuernden Steuerkante über einen Drosselquerschnitt verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckregelven­ tils werden Druckunterschiede zwischen dem Verbraucheran­ schluß und dem an der Gegenkraft-Kolbenanordnung wirksamen Druck bei der Druckregelung vermieden und dadurch mit hoher Genauigkeit und geringer Hyterese eine proportionale Umset­ zung einer Steuerkraft in einen Verbraucherdruck erreicht. Weiterhin wird durch die mehrfache Umlenkung des Druckmit­ telstroms bei der Zufuhr über den Druckanschluß und die Drosselung des Druckmittelstroms bei der Abfuhr über den Behälteranschluß eine geeignete Dämpfung erreicht, die ohne Nachteil für die Regelgeschwindigkeit die Entstehung von Schwingung am Regelkolben unterbindet. Aufgrund seiner Eigenschaften ist das erfindungsgemäße Druckregelventil für mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ange­ triebene Steuervorrichtungen gleichermaßen geeignet.
Um weiterhin das Kolbenspiel des Regelkolbens in einer für ein optimales Regelverhalten geeigneten Größe wählen zu können, ohne auf damit verbundene Leckverluste in der Schließstellung des Druckregelventils Rücksicht nehmen zu müssen, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, daß der Regelkolben auf der den Druckanschluß zugekehrten Seite der Steuerkante einen Dichtkegel auf­ weist, mit dem der Durchgang vom Druckanschluß zum Verbrau­ cheranschluß druckdicht verschließbar ist, wenn sich der Regelkolben in einer den Verbraucheranschluß mit dem Behäl­ teranschluß verbindenden Endstellung befindet. Die erfin­ dungsgemäße Abdichtung des Druckanschlusses macht es außer­ dem möglich, die den Steuerkanten benachbarten und die Abdichtung bewirkenden Abschnitte der Mantelfläche des Steuerkolbens klein zu halten, um dadurch einen kurzen Regelweg zu erzielen. Im Betrieb wird der Regelkolben in erster Linie durch die Steuerkraft und die dieser entgegen­ gerichtete Gegenkraft der Gegenkraft-Kolbenanordnung bewegt. Zusätzlich kann zwischen dem Ventilgehäuse und dem Regelkolben eine vorgespannte Feder angeordnet sein, die den Regelkolben in die Endstellung bewegt und den Dichtke­ gel in der Schließstellung hält, wenn die Gegenkraft-Kol­ benanordnung nicht mit einem Druck beaufschlagt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Druckregelventils wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Abschnitt der den Durchgang zum Druckanschluß steuernden Steuerkante durch den Rand der äußeren Mündung der Anschlußbohrung gebildet ist, wobei dieser Abschnitt der Steuerkante im Anfangsbe­ reich der Öffnungsbewegung den Öffnungsquerschnitt des Durchgangs bestimmt. Hierdurch läßt sich mit einfachen Mit­ teln ein weicherer Übergang beim Öffnen und Schließen des Druckanschlusses erreichen und Druckstöße lassen sich ver­ meiden. Vorzugsweise wird die äußere Mündung der An­ schlußbohrung von einer Ringnut in der Mantelfläche des Regelkolbens geschnitten, wobei ein Rand der Ringnut einen weiteren Abschnitt der den Durchgang zum Druckanschluß steuernden Steuerkante bildet. Die Ringnut sorgt für eine gleichmäßige Druckverteilung am Umfang des Regelkolbens und ermöglicht bei einem Kolbenweg die Öffnung eines großen Durchgangsquerschnitts. Vorteilhaft ist es, wenn die Ring­ nut einen trapezförmigen, nach außen erweiterten Quer­ schnitt aufweist.
Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Steuerkante des Regelkolbens am Durchgang zum Behälteran­ schluß durch den Rand einer Ringnut mit dreieckigem Quer­ schnitt gebildet wird und daß der Ringnut ein Ringbund benachbart ist, dessen Mantelfläche zur Bildung eines als Drosselquerschnitt dienenden Ringspalts einen verringerten Durchmesser aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein elek­ tromagnetisch betätigbares Druckregelventil.
Das dargestellte Druckregelventil weist ein Ventilgehäuse 1 mit einer durchgehenden, abgestuften Längsbohrung 2 auf, in der ein Regelkolben 3 axial bewegbar angeordnet ist. In das eine Ende der Längsbohrung 2 ragt von außen ein Stößel 4 eines nicht dargestellten Elektromagneten, durch den der Regelkolben 3 betätigbar ist. Das entgegengesetzte Ende der Längsbohrung 2 ist mit einem Gewindestopfen 5 verschlossen, der das Widerlager für eine in die Längsbohrung 2 einge­ setzte Hülse 6, eine am Regelkolben 3 abgestützte Druckfe­ der 7 und einen Kolben 8 bildet, der in einer Axialbohrung 9 des Regelkolbens 3 angeordnet ist. Die Längsbohrung 2 weist an den Enden des Regelkolbens 3 durch eingestochene Ringnuten gebildete Kammern 10, 11 auf, die über radiale Bohrungen 12, 13 an einen drucklosen Behälter anschließbar sind. Zwischen den Bohrungen 12, 13 ist eine weitere, mit einer Druckversorgungseinrichtung verbindbare Bohrung 14 vorgesehen, die in eine durch die Hülse 6 und eine der Hülse 6 benachbarte Stufenfläche 15 der Längsbohrung 2 gebildete Kammer 16 mündet. Zwischen dem durch die Kammer 10 gebildeten Behälteranschluß T und dem durch die Kammer 16 gebildeten Druckanschluß P zweigt von der Längsbohrung 2 eine radiale Bohrung 17 ab, die einen Verbraucheranschluß A bildet.
Der Regelkolben 3 weist eine trapezförmige Ringnut 18 auf, die in allen Stellungen des Regelkolbens 3 der Mündung der Bohrung 17 gegenüber liegt. Durch eine den Regelkolben 3 durchdringende Radialbohrung 19 ist die Ringnut 18 an die Axialbohrung 9 angeschlossen. Die Ringnut 18 ist durch einen Ringbund 20 des Regelkolbens 3 von einer Ringnut 21 getrennt, die einen dreieckigen Querschnitt hat und eine den Durchgang zur Kammer 10 steuernde Steuerkante 22 bil­ det. Im Ventilgehäuse 1 wird der Durchgang durch eine Steu­ erkante 23 begrenzt. Der Durchmesser des Ringbunds 20 ist kleiner als der Durchmesser der in der Längsbohrung 2 und der Hülse 6 mit geringem Gleitspiel geführten Abschnitte des Regelkolbens 3, wodurch an seinem Umfang ein Drossel­ spalt 24 gebildet wird, der die Ringnuten 18 und 21 mitein­ ander verbindet.
Neben der Ringnut 18 weist der Regelkolben 3 eine Ringnut 25 auf, die durch einen Bund 26 von der Ringnut 18 getrennt ist. In die Ringnut 25 mündet eine den Regelkolben 3 radial durchdringende Anschlußbohrung 27, die die Ringnut 25 mit der Axialbohrung 9 verbindet. Der Durchmesser und die Lage der Anschlußbohrung 27 sind so gewählt, daß eine Steuer­ kante 28, die den Durchgang zur Kammer 16 steuert, teil­ weise von dem Rand der Ringnut 25 und teilweise von dem Mündungsrand der Anschlußbohrung 27 gebildet wird. Inner­ halb der Kammer 16 weist der Regelkolben 3 eine aufge­ steckte Kegelbüchse 29 auf, die aus einem elastomeren Werk­ stoff besteht und in einem Einstich 30 des Regelkolbens 3 gehalten ist. Die Steuerkante 28 und die Kegelbüchse 29 wirken mit einer Steuerkante 31 im Ventilgehäuse 1 zusam­ men, die von der Stufenfläche 15 und der Längsbohrung 2 gebildet wird.
Die Zeichnung zeigt den Regelkolben 3 des Druckregelventils in zwei unterschiedlichen Stellungen. In der unteren Zeich­ nungshälfte befindet sich der Regelkolben 3 in seiner Ruhe­ stellung, in der keine Druckregelung erfolgt. Der Verbrau­ cheranschluß A ist über den Drosselspalt 24 mit dem Tankan­ schluß T verbunden. Der Druckanschluß P ist gesperrt und durch die auf der Steuerkante 31 aufliegende Kegelbüchse 29 gegenüber dem Verbraucheranschluß A abgedichtet. Der Regel­ kolben 3 ist druckausgeglichen und wird in dieser Stellung durch die Druckfeder 7 gehalten.
Soll am Verbraucheranschluß A ein Druck aufgebaut werden, so wird durch Ansteuern des Elektromagneten der Regelkolben 3 über den Stößel 4 mit einer Kraft beaufschlagt, die den Regelkolben 3 entgegen der Kraft der Druckfeder 7 aus sei­ ner Ruhelage verschiebt. Dabei wird zunächst die Kegel­ büchse 29 von der Steuerkante 31 abgehoben und die Verbin­ dung zwischen dem Verbraucheranschluß A und dem Behälteran­ schluß T geschlossen, indem die Steuerkante 22 die Steuer­ kante 23 überfährt. Nach dem Schließen des Behälteran­ schlusses T überfahren zunächst die durch die Anschlußboh­ rung 27 und danach die durch die Ringnut 25 gebildeten Ab­ schnitte der Steuerkante 28 die Steuerkante 31, wodurch der Durchgang zum Druckanschluß P geöffnet wird und Druckmittel aus der Kammer 16 in die Ringnut 25 und die Anschlußbohrung 27 und von dort über die Axialbohrung 9, die Radialbohrung 19 und die Ringnut 18 zu dem durch die Bohrung 17 gebilde­ ten Verbraucheranschluß A gelangt. Hierdurch baut sich in den genannten Räumen zum Verbraucheranschluß A ein Druck auf, der durch Beaufschlagung der Querschnittsfläche der Axialbohrung 9 im Regelkolben 3 einander entgegengerichtete Druckkräfte erzeugt, von denen die eine auf den Kolben 8 einwirkt und über diesen an dem Gewindestopfen 5 abgestützt ist, während die andere als Gegenkraft entgegen der Steuer­ kraft des Elektromagneten auf den Regelkolben 3 einwirkt. Überschreitet infolge des weiteren Druckanstiegs die Gegen­ kraft die Steuerkraft, so wird der Regelkolben 3 mit dem Anker des Elektromagneten entgegen der Betätigungsrichtung zurückbewegt und die Zufuhr von weiterem Druckmittel aus dem Druckanschluß P so weit gedrosselt, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem der Druck am Ver­ braucheranschluß A den gewünschten, der Steuerkraft des Elektromagneten proportionalen Wert hat.
Wird die Steuerkraft am Stößel 4 gesenkt, so wird der Regelkolben 3 durch die Gegenkraft und die Druckfeder 7 so weit in Richtung auf seine Ruhestellung zurückbewegt, bis die Steuerkante 21 den Durchgang zum Behälteranschluß T öffnet und dadurch einen Druckabbau am Verbraucheranschluß A ermöglicht. Durch den Drosselspalt 24 wird der Druckabbau gedämpft und eine zu schnelle Druckänderung am Verbraucher­ anschluß A vermieden. Weiterhin trägt der Drosselspalt 24 zur Verringerung der Hysterese bei. Fällt die Steuerkraft durch Abschalten des Elektromagneten weg, so kehrt der Regelkolben 3 in seine zuvor beschriebene Ruhestellung zurück.
Die obere Hälfte der Zeichnung zeigt den Regelkolben 3 in einer Zwischenstellung, in der der Behälteranschluß T und der Druckanschluß p geschlossen sind, wobei aufgrund der geringen Überdeckung der Steuerkanten 22, 23 und 28, 31 ständig ein Leckstrom von P nach A und T fließt. Der bei der Druckregelung vertretbare Leckstrom wird in der Ruhe­ stellung durch das Verschließen der Steuerkante 31 mit Hilfe der Kegelhülse 29 weitestgehend unterbunden. Anstelle der Kegelhülse 29 aus elastomerem Werkstoff kann auch der Regelkolben 3 mit einem entsprechend geformten Abschnitt versehen sein.
Bezugszeichenliste
 1 Ventilgehäuse
 2 Längsbohrung
 3 Regelkolben
 4 Stößel
 5 Gewindestopfen
 6 Hülse
 7 Druckfeder
 8 Kolben
 9 Axialbohrung
10 Kammer
11 Kammer
12 Bohrung
13 Bohrung
14 Bohrung
15 Stufenfläche
16 Kammer
17 Bohrung
18 Ringnut
19 Radialbohrung
20 Ringbund
21 Ringnut
22 Steuerkante
23 Steuerkante
24 Drosselspalt
25 Ringnut
26 Bund
27 Anschlußbohrung
28 Steuerkante
29 Kegelbüchse
30 Einstich
31 Steuerkante
A Verbraucheranschluß
T Tankanschluß
P Druckanschluß

Claims (6)

1. Druckregelventil mit einem in einem Ventilgehäuse ange­ ordneten Regelkolben, der mittels einer Steuervorrich­ tung in axialer Richtung bewegbar ist und der zwei Steuerkanten aufweist, von denen eine einen Durchgang von einem Verbraucheranschluß zu einem mit einer Druck­ versorgungseinrichtung verbundenen Druckanschluß und die andere einen Durchgang von dem Verbraucheranschluß zu einem mit einem drucklosen Behälter verbundenen Behälteranschluß steuert, wobei eine vom Druck am Ver­ braucheranschluß beaufschlagte Gegenkraft-Kolbenanord­ nung mit dem Regelkolben in Wirkverbindung steht und der Regelkolben eine Axialbohrung hat, die in den Regelstellungen des Regelkolbens über eine Radialboh­ rung mit dem Verbraucheranschluß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang zum Druckanschluß (P) durch eine radiale Anschlußbohrung (27) im Regelkolben (3) gebildet wird, die von der Axialbohrung (9) abzweigt und über diese mit dem Verbraucheranschluß (A) in Verbindung steht und daß der Verbraucheranschluß (A) mit der den Durchgang zum Behälteranschluß (T) steuern­ den Steuerkante (22) über einen Drosselquerschnitt (24) verbunden ist.
2. Druckregelventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkolben (3) auf der den Druckanschluß (P) zugekehrten Seite der Steuerkante (28) einen Dichtkegel (29) aufweist, mit dem der Durch­ gang vom Druckanschluß (P) zum Verbraucheranschluß (A) druckdicht verschließbar ist, wenn sich der Regelkolben (3) in einer den Verbraucheranschluß (A) mit dem Behäl­ teranschluß (T) verbindenden Endstellung befindet.
3. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilge­ häuse (1) und dem Regelkolben (3) eine vorgespannte Feder (7) angeordnet ist, die den Regelkolben (3) in die Endstellung bewegt.
4. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der den Durchgang zum Druckanschluß (P) steuernden Steuerkante (28) durch den Rand der äußeren Mündung der Anschlußbohrung (27) gebildet ist, wobei dieser Abschnitt der Steuerkante (28) im Anfangsbereich der Öffnungsbewegung den Öffnungsquerschnitt des Durchgangs bestimmt.
5. Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußere Mündung der Anschlußbohrung (27) von einer Ringnut (25) in der Mantelfläche des Regel­ kolbens (3) geschnitten wird, wobei ein Rand der Ring­ nut (25) einen weiteren Abschnitt der den Durchgang zum Druckanschluß (P) steuernden Steuerkante (28) bildet.
6. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (22) des Regelkolbens (3) am Durchgang zum Behälteranschluß (T) durch den Rand einer Ringnut (21) mit dreieckigem Querschnitt gebildet ist und daß der Ringnut (21) ein Ringbund (20) benachbart ist, dessen Mantelfläche zur Bildung eines als Drosselquerschnitt dienenden Ringspalts (24) einen verringerten Durchmesser auf­ weist.
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