DE1946768B2 - Druckregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil zur Einstellung eines auf einen gewünschten Wert zu regelnden Druckes eines hydraulischen Mediums, welches Ventil einen Ventilkörper enthält, der in einem Zylinder axial beweglich ist, wobei der Raum im Zylinder auf der Vorderseite des Ventükörpers mit der Flüssigkeit, deren Druck geregelt werden soll, in Verbindung steht, und wobei auf die Rückseite des Ventükörpers eine Steuerkraft einstellbarer Größe wirkt, und am Außenumfang einen Schlitz aufweist, der sich an den Raum an der Vorderseite des Ventükörpers anschließt und in einen in den Zylinder aufgenommenen Stabilisierungsraum mündet, der mit einer Abführungsleitung für das hydraulische Medium verbunden ist.

Druckregelventile sind an sich bekannt, so beispielsweise durch die DT-AS 11 16 008 und DT-AS 12 03 991. Hierbei wird der Druck eines fließenden Mediums durch einen federbelasteten Kolben gesteuert, der eine Durchflußöffnung in Abhängigkeit des Steuerdrucks reguliert Sie besitzen darüber hinaus eine Sicherung, die anspricht, wenn der Druck im fließenden Medium zu groß wird. Derartige Regelventile sind nur in den Anwendungsfällen nutzbar, wenn an die Genauigkeit des zu regelnden Druckes keine hohen Anforderungen gestellt werden. Es liegt jedoch in zunehmendem Maße ein Interesse an einer äußerst genau arbeitenden Regelung vor. Als Beispiel hierzu lassen sich Werkzeugmaschinen, wie Drehbänke, Fräsmaschinen od. dgl. nennen, mit denen äußerst genaue Teile mit optisch reinen Flächen hergestellt werden müssen. Die mit derartigen Werkzeugmaschinen hergestellten Gegenstände müssen eine Maßgenauigkeit von 0,1 μπι und eine zulässige Rauhtiefe von <'/2ru = ca. 0,01 μΐη aufweisen.

Es sind daher sehr hohe Anforderungen an die Regelgenauigkeit der Druckregelventile zu stellen. Bekanntlich setzt sich der Druck des fließenden ⁶S Mediums zusammen aus einem statischen und einem dynamischen Anteil. Der Zusammenhang beider Anteile besteht darin, daß bei höheren Geschwindigkeiten des Stromes der statische Anteil geringer und das Ventil gedrosselt wird. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist dies umgekehrt. Die bekannten Druckregelventile sprechen auf derartige Strömungswiderstandsänderungen an. Dadurch werden sie für die Verwendung in Geräten unbrauchbar, bei denen es auf eine genaueste Druckregelung ankommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil zu schaffen, bei dem die Genauigkeit des zu regelnden Druckes sehr hoch ist und Abweichungen vom gewünschten Druck, die beispielsweise ihre Ursache in der Strömung des hydraulischen Mediums durch das Regelventil finden, automatisch ausgeglichen werden. Dabei soll das Druckregelvenlil einfach im Aufbau gehalten sein.

Dies wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch gekennzeichnete Anordnung erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird somit der Ventilkörper an der Vorderseite durch die Flüssigkeit, deren Druck geregelt werden soll, und auf der Rückseite durch eine Steuerkraft belastet, die auch eine Federkraft sein kann. Wenn sich der Ventilkörper in einer Gleichgewichtslage befindet, wird jedoch nicht über die ganze Vorderseite des Ventükörpers der statische Druck dem zu regelnden Druck gleich sein, da nämlich durch die Ausnehmungen ein Teil der Flüssigkeit mit größerer Geschwindigkeit fließt, so daß an dieser Stelle der statische Druck niedriger ist. Indem nun aber das Medium in der Stabilisierungskammer auch auf den ringförmigen Raum im Ventil einwirkt, erfährt das Ventil eine Kompensationskraft, die den Einfluß des verringerten statischen Druckes in der Ausnehmung aufhebt Mit Hilfe der einstellbaren · Drossel kann das Ventil jede gewünschte Charakteristik erhalten, wobei die Einstellung der Drossel während des Betriebes nicht mehr angepaßt zu werden braucht. Der zu regelnde Druck wird also äußerst genau den gewünschten Wert aufweisen und automatisch beibehalten.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein Druckregelventil mit einem im wesentlichen zylinderförmigen Ventilkörper 1, der in einem Zylinder 2 axial beweglich und darin hydrostat tisch gelagert ist. Der Raum 3 auf der Vorderseite des Ventükörpers 1 ist an eine nicht dargestellte Leitung, in der sich hydraulisches Medium, beispielsweise öl, befindet, dessen Druck auf einem konstanten Wert gehalten werden muß, angeschlossen. Auch im Raum 4 auf der Rückseite des Ventilkörpers 1 befindet sich hydraulisches Medium, in dem ein Steuerdruck einstellbarer Größe herrscht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Ventükörpers beim Raum 4 größer als der beim Raum 3. Im Ventilkörper 1 befinden sich Ausnehmungen 5, von denen in der Zeichnung eine ersichtlich ist Diese Ausnehmungen schließen sich an den Raum 3 an und münden in einen Stabilisierungsraum 6, der in der Wand des Zylinders 2 vorgesehen und ringförmig ausgebildet ist Die Ausnehmungen und der Stabilisierungsraum bilden zusammen Ausströmungstore einstellbarer Größe, durch welche Tore hydraulisches Medium aus dem Raum 3 abgeführt werden kann. Vom Stabilisierungsraum 6 führt eine Bohrung 7 nach der Außenseite des Ventilgehäuses 8; diese Bohrung ist an eine nicht dargestellte Abführungsleitung für das hydraulische Medium angeschlossen. Im Ventilgehäuse 8 ist eine weitere Bohrung 9 vorgesehen, in der ein Stift 10 vorhanden ist, der mit Hilfe eines mit

Gewinde versehenen Kopfes in der Bohrung einstellbar ist. Das Ende des Stiftes 10 bildet auf diese Weise einen regelbaren Widerstand oder eine Drossel 11 für das durch die Bohrung 7 strömende hydraulische Medium. Zwischen dem Zylinder 2 und dem Ventilgehäuse I ist eine ringförmige Kammer 12 vorhanden, die über einen Kanal 13 mit dem Stabilisierungsraum 6 verbunden ist. Im Kanal 13 ist vorzugsweise eine Verengung vorgesehen, die als Widerstand wirksam ist und zur Erhöhung der dynamischen Stabilität des Regelventils dient. Die Kammer 12 entsteht durch eine irapezlörmige Ausbildung des Zylinders 2 und des Ventilkörpers 1. Die ringförmige Oberfläche 14, deren Größe dem Unterschied zwischen den Oberflächen auf der Vorder- und Rückseite des Ventilkörpers 1 entspricht, bildet eine der Wände der Kammer 12.

Das dargestellte Regelventil dient dazu, den Druck eines hydraulischen Mediums in einer sich an den Raum 3 anschließenden Leitung konstant zu halten. Die Wirkungsweise des beschriebenen Druckregelventils läßt sich wie folgt erklären. Angenommen, der Druck des hydraulischen Mediums im Raum 3 sei p\ und die Oberfläche der Vorderseite des Ventilkörpers sei Fi. Der Druck auf den Ventilkörper und die Oberfläche des Ventilkörpers beim Raum 4 sei pi bzw. F2, wobei angenommen wird, daß der Druck pi konstant ist. Der Ventilkörper 1 wird sich in einer Gleichgewichtslage befinden und wird sich also nicht im Zylinder 1 verschieben, wenn die Kräfte auf den Ventilkörper auf beiden Seiten gleich sind, also wenn p\ F\ = pi F2. Die durch die Ausnehmungen 5 und den Stabilisierungsraum 6 gebildeten Ausströmungstore haben dabei eine öffnung einer von der Lage des Ventilkörpers 1 abhängigen Größe, so daß eine bestimmte Menge hydraulischen Mediums nach der Bohrung 7 abgeführt wird. Steigt nun beispielsweise der Druck p\, so verschiebt sich der Ventilkörper 1 sofern nach rechts in der Zeichnung, bis wieder eine neue Gleichgewichtslage entsteht. Dabei sind die Ausgangstore größer geworden und folglich auch die hindurchströmende Menge hydraulischen Mediums. Für den Ventilkörper 1 gilt in der neuen Gleichgewichtslage wieder, daß p\ F\ = pi F₂ ist, und da die Oberflächen Fi und Ft einen konstanten Wert haben und der Druck pi als konstant vorausgesetzt wurde, hat also auch der Druck />, wieder automatisch den gewünschten Wert erhalten.

Beim obenstehenden Gedankengang wird vorausgesetzt, daß der statische Druck auf die ganze Oberfläche Fi an der Vorderseite des Ventilkörpers dem Wert p\ gleich ist. Durch die Ausnehmungen 5 fließt jedoch so hydraulisches Medium, der statische Druck wird in diesen Ausnehmungen daher niedriger sein als p\. Für strömendes Medium gilt nämlich die Bernoullische Gleichung:

ü + '/ζρ ν² = konstant,

in der ρ der statische und '/25² der dynamische Druck ist, wobei ρ die Dichte des hydraulischen Mediums darstellt und ν die Geschwindigkeit. Da die Geschwindigkeit des Mediums in den Ausströmungstoren einen großen Wert haben kann, ist der statische Druck in den Ausnehmungen 5 wesentlich niedriger als p\. Der Ventilkörper 2 wird sich also nach links verschieben, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellt, wobei die Kräfte auf beiden Seiten des Ventilkörpers 1 einander wieder gleich sind. Die Ausströmungstore sind dann jedoch kleiner geworden, so daß der zu regelnde Druck des hydraulischen Mediums höher sein wird als der gewünschte Wert p\. Dies ist unerwünscht, da das Regelventil gerade für Apparaturen mit einer äußerst hohen Präzision vorgesehen ist. Zur Erhaltung dieser erwünschten sehr großen Genauigkeit sind nun nach der Erfindung Mittel vorhanden, die den Einfluß der Verringerung des statischen Drucks in den Ausnehmungen ausgleichen. Dazu ist der Stift 10 vorgesehen, der den Durchgang 7 zur Abführungsleitung beschränkt und somit für das abzuführende hydraulische Medium einen einstellbaren Widerstand 11 bildet. Infolge dieses Widerstandes wird im Stabilisierungsraum 6 ein Druck, beispielsweise ph erzeugt, der höher ist als der Druck in der Bohrung 7 jenseits der Drossel 11. Dieser Druck pi wird nun dazu verwendet, die Verringerung des statischen Drucks in den Ausnehmungen 5 auzugleichen. Dazu ist der Ausströmungskanal 6 mit der Kammer 12 verbunden. Das hydraulische Medium, in dem der Druck pa herrscht, wirkt auf die ringförmige Oberfläche 14 des Ventilkörpers und verursacht somit eine nach rechts gerichtete zusätzliche Kraft auf den Ventilkörper. Diese Kompensationskraft kann für jeden willkürlichen Durchfluß auf das Regelventil eine derartige Größe haben, daß sie genau den Einfluß des dynamischen Drucks in den Ausnehmungen 5 aufhebt. Die Drossel 11 in der Bohrung 7 muß dazu eine bestimmte Größe haben, die nur von dem Durchgang der Ausnehmungen 5 und den Oberflächen Fi und F2 des Ventilkörpers 1 abhängig ist. Da diese letzteren alle konstant sind, wird bei jedem willkürlichen Durchfluß der richtige Ausgleich erhalten werden. Mit dem auf diese Weise erhaltenen Druckregelventil läßt sich der einzustellende Druck äußerst genau regeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckrsgelventil zur Einstellung eines auf einen gewünschten Wert zu regelnden Druckes eines hydraulischen Mediums, welches Ventil einen Ventilkörper enthält, der in einem Zylinder axial beweglich ist, wobei der Raum im Zylinder auf der Vorderseite des Ventilkörpers mit der Flüssigkeit, deren Druck geregelt werden soll, in Verbindung steht, und wobei auf die Rückseite des Ventükörpers eine Steuerkraft einstellbarer Größe wirkt, und am Außenumfang einen Schlitz aufweist, der sich an den Raum an der Vorderseite des Ventükörpers anschließt und in einen in den Zylinder aufgenomme- > nen Stabilisierungsraum mündet, der mit einer Abführungsleitung für das hydraulische Medium verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen einer Drossel (U) und dem Stabilisierungsraum (6) liegende Teil der Abfüh- w> rungsleitung (14) mit einer ringförmigen Kammer (12) verbunden ist, deren eine Wand (14) quer zur Ventilmittellinie liegt und Teil des Ventilkörpers (1) ist.

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