DE19505129A1 - Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Durch die Dissertation von J. Berger "Kavitationserosion und Maßnahmen zu ihrer Vermei­ dung", RWTH Aachen 1983 ist es bekannt, bei Druckbegrenzungsven­ tilen mit Flächensitz im Bereich des Flächensitzes des Sitzkör­ pers Bohrungen zur Erzeugung von Hochdruckstrahlen vorzusehen, die auf den zwischen dem Flächensitz des Sitzkörpers und der Sitzfläche des Ventilgehäuses hindurchströmenden Ringstrahl der Arbeitsflüssigkeit auftreffen und dadurch das Auftreten von Kavitation weitgehend unterbinden. Die Verwendung von Flächen­ sitzen bei Druckbegrenzungsventilen beeinträchtigt dessen Regel­ verhalten hinsichtlich Stabilität, Gleichdruck und Hysterese. Bei der Forderung eines feinfühligen Öffnungs- und Schließver­ haltens in kleinen Volumenstrombereichen können deshalb Druck­ begrenzungsventile mit Flächensitzen nicht eingesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das bei Verwendung von Hoch­ druckstrahlen zur Unterdrückung von Kavitationserosion gute Regeleigenschaften gewährleistet. Außerdem soll bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil keine Leckflüssigkeit über die die Hochdruckstrahlen bewirkenden Bohrungen von der Hoch­ druck- zur Niederdruckseite gelangen. Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt und werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispieles näher beschrieben.

In der Zeichnung veranschaulicht

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils und

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit "C" gekennzeichneten Sitzbereiches des Ventils.

In Fig. 1 ist mit 1 das Hauptventil und mit 2 das Vorsteuer­ ventil bezeichnet. Das Hauptventil 1 weist als Sitzkörper einen Hohlkolben 3 mit Sitzkante 4 auf. Die Sitzkante 4 sitzt in der gezeigten Schließstellung des Hohlkolbens 3 auf einer schräg verlaufenden Sitzfläche 5 des Ventilgehäuses 6 und unterbricht in dieser Steuerlage die Verbindung zwischen Ventileingang A und Ventilausgang B. Der Hohlkolben 3 führt in der zylindrischen Ausnehmung 8 einen Hilfskolben 9 mit Sitzkante 10, die mit einer schräg verlaufenden Sitzfläche 11 im Hohlkolben eine Ringkammer 12 mit dem Ventileingang A verbindet bzw. trennt. Die Ringkammer 12 ist von einer umlaufenden Nut 13 in der Ausnehmung 8 des Hohlkolbens gebildet. Der Hohlkolben weist in der gezeigten Schließstellung des Hilfskolbens 9 stromab der Sitzkante 4 Bohrungen 15 zwischen der Ringkammer 12 und dem von einer umlau­ fenden Nut im Ventilgehäuse gebildeten und mit dem Ventilausgang B verbundenen Steuerraum 16 auf. Die Bohrungen verlaufen in Richtung der verlängerten Sitzfläche 5a des Ventilgehäuses und bilden mit der Sitzfläche annähernd einen rechten Winkel. Das der Sitzfläche abgewandte Ende 3a des Hohlkolbens weist eine von einem Sprengring 20 axial gesicherte mit einer Durchtrittsboh­ rung 21 versehene Abstützscheibe 22 für zwei Druckfedern 23, 24 auf. Auf der dem Hilfskolben zugewandten Seite 22a stützt sich die unter Vorspannung stehende Druckfeder 23 für den Hilfskolben 9 und auf der dem Hilfskolben abgewandten Seite 22b der Abstütz­ scheibe 22 stützt sich die unter Vorspannung stehende Druckfeder 24 für den Hohlkolben 3 ab. Die Abstützscheibe dient gleich­ zeitig zur Hubbegrenzung des Hilfskolbens in dessen Öffnungs­ richtung. Der Führungsdurchmesser des Hohlkolbens in der zylin­ drischen Ausnehmung 25 des Ventilgehäuses ist geringfügig größer als der Durchmesser der Sitzkante 4 des Hohlkolbens. Dadurch ist die in Schließrichtung des Hohlkolbens vom Steuerflüssigkeits­ druck beaufschlagte Fläche größer als die vom Druck der Arbeits­ flüssigkeit in Öffnungsrichtung des Hohlkolbens beaufschlagte von der Sitzkante begrenzte Fläche. Solange der Steuerflüssig­ keitsdruck dem Arbeitsflüssigkeitsdruck entspricht, solange also das Vorsteuerventil 2 geschlossen ist, wird der Hohlkolben neben der Vorspannkraft der Druckfeder 24 auch noch von der Druck­ kraftdifferenz, die sich aus der druckbeaufschlagten Flächen­ differenz des Hohlkolbens ergibt, in Schließstellung gehalten. Beim Hilfskolben sind die einander gegenüberliegenden druckbe­ aufschlagten Flächen gleich, so daß bei geschlossenem Vorsteuer­ ventil der Hilfskolben druckausgeglichen ist und lediglich von der Vorspannkraft der Druckfeder 23 in Schließstellung gehalten ist. Die Steuerflüssigkeit zur Betätigung des Hohl- und Hilfs­ kolbens in deren Schließrichtung wird von der dem Ventileingang A zugeführten Arbeitsflüssigkeit über eine Steuerleitung 30 mit Drossel 31 abgezweigt und dem Steuerraum 32 des Hauptventils zugeführt. Über einen Leitungsabschnitt 30a ist der Eingang 2a des Vorsteuerventils 2 mit der Steuerleitung 30 verbunden. Zwischen Steuerraum 32 und dem Verknüpfungspunkt 33 des Leitungsabschnittes 30a mit der Steuerleitung 30 ist eine Dämpfungsdrossel 34 in der Steuerleitung vorgesehen. Übersteigt der Druck der Arbeitsflüssigkeit den am Vorsteuerventil 2 ein­ gestellten Wert, öffnet das Vorsteuerventil und hält den einge­ stellten Steuerdruck infolge der zum Ventileingang hin in der Steuerleitung 30 zwischengeschalteten Drossel 31 konstant. Übersteigt der Druck der Arbeitsflüssigkeit den am Vorsteuer­ ventil eingestellten Wert um den Betrag der Vorspannung der den Hilfskolben in Schließrichtung beaufschlagenden Feder 23, öffnet der Hilfskolben 9 und gibt die Verbindung des Ventileinganges A zu den Bohrungen 15 frei, so daß Arbeitsflüssigkeit über diese Bohrungen zum Ventilausgang B gelangt. Der aus den Bohrungen austretende Flüssigkeitsstrahl gemäß Pfeil 40 (Fig. 2) trifft senkrecht auf den schräg verlaufenden Sitzflächenabschnitt 5a stromab der Sitzkante 4 des Hilfkolbens 3 auf. Sobald der Arbeitsdruck weiter steigt und die Vorspannung der den Hohl­ kolben in Schließrichtung beaufschlagenden Feder sowie die durch die Differenz der druckbeaufschlagten Flächen des Hohlkolbens verursachte, in Schließrichtung des Hohlkolbens wirkende Druck­ kraft überwindet, öffnet der Hohlkolben und gibt zwischen dessen Sitzkante 4 und der Sitzfläche 5 im Ventilgehäuse 6 einen Ring­ querschnitt 39 zum Durchströmen der Arbeitsflüssigkeit vom Ventileingang A zum Ventilausgang B frei, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Auf diesen Ringstrahl gemäß Pfeil 38 der Arbeitsflüssigkeit treffen nunmehr die aus den Bohrungen 15 austretenden Arbeits­ flüssigkeitsstrahlen auf und bewirken eine Herabsetzung der Kavitationserosion des Ventils im Bereich des aus dem Ringquer­ schnitt austretenden Arbeitsflüssigkeits-Ringstrahles.

Die Vorspannung der Federn 23, 24 und deren Federraten sind unter Berücksichtigung der Differenz der druckbeaufschlagten Flächen des Hohlkolbens so aufeinander abgestimmt, daß nach dem Öffnen des Hilfskolbens 9 zur Freigabe der Verbindung zwischen Ventileingang A und den Bohrungen 15 das Öffnen des Hohlkolbens 3 einsetzt, ohne daß ein die Linearität der Ventilkennlinie beeinflussender Kennlinienknick auftritt. Selbstverständlich können die einander gegenüberliegenden, druckbeaufschlagten Flächen des Hohlkolbens auch gleiche Größe aufweisen. In diesem Fall wirkt bei Druckausgleich an diesen Flächen lediglich die Vorspannung der Feder 24 in Schließrichtung des Hohlkolbens, und demgemäß müssen für den gezielten Öffnungsvorgang von Hilfs- und Hohlkolben lediglich die Vorspannungen der Federn 23, 24 und deren Federraten zueinander entsprechend abgestimmt werden.

Die Anzahl der über den Umfang des Hohlkolbens 3 gleichmäßig verteilt eingebrachten Bohrungen 15 zur Erzeugung der Hochdruckstrahlen im Austrittsbereich des Ringstrahles 38 der Arbeitsflüssigkeit, ist abhängig von der Nennweite der Ventile und beträgt im Regelfall zwischen 4 und 8 Bohrungen bei einem Durchmesser dieser Bohrungen in der Größenordnung zwischen 0,8 und 1,2 mm. Es hat sich gezeigt, daß neben einer Herabsetzung der Kavitationserosion auch eine Verminderung der Geräuschabstrahlung der Ventile zu erzielen ist.

Claims (7)

1. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit im Sitzkörper angeordneten Bohrungen zur Erzeugung von unter Hochdruck stehen­ den Flüssigkeitsstrahlen, die bei geöffnetem Sitzkörper auf den zwischen Sitzkörper und Sitzfläche des Ventilgehäuses hindurch­ strömenden Flüssigkeitsstrom zur Herabsetzung der Kavitation gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzkörper (3) eine Sitzkante (4) aufweist und in Durchflußrichtung gesehen die im Sitzkörper vorgesehenen Bohrungen (15) hinter der Sitzkante eingebracht sind und die Verbindung der Bohrungen zu dem Ventil­ eingang A vor der Sitzkante über einen vom Hochdruck betätig­ baren Hilfsventilkörper (9) führt.

2. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzkörper (3) als Hohlkolben ausgebildet ist und hochdruckseitig eine Sitzfläche (11) für einen in dem Hohlkolben geführten Hilfskolben (9) aufweist und die Bohrungen (15) im Hohlkolben in Durchflußrichtung gesehen hinter der Sitzkante (10) des Hilfskolbens in den Hohlkolben münden.

3. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkolben im Mündungs­ bereich der Bohrungen (15) eine umlaufende Nut (13) aufweist, die mit dem Hilfskolben einen umlaufenden Ringraum (12) bildet.

4. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchfluß­ richtung gesehen die schräg verlaufende Sitzfläche (5) für den Sitzkörper (3) sich so weit hinter die Sitzkante (4) des Sitz­ körpers erstreckt, daß in der Offenstellung des Sitzkörpers die aus den Bohrungen des Sitzkörpers aus strömenden Flüssigkeits­ strahlen (40) auf die Sitzfläche (5a) gerichtet sind.

5. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15) senkrecht zur Sitzfläche (5, 5a) verlaufen).

6. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (9) von einer Feder (23) auf die Sitzfläche (11) im Hohlkolben (3) gedrückt ist, deren Vorspannung so ausgelegt ist, daß der Hilfskolben bei Erreichen des am Vorsteuerventil (2) eingestell­ ten Druckes öffnet, bevor sich der Hohlkolben (3) in Öffnungs­ richtung bewegt.

7. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Hilfskolbens (9) der Durchflußquerschnitt zwischen Sitzfläche (11) im Hohlkolben (3) und Sitzkante (10) des Hilfskolbens größer ist als die Summe der Durchflußquerschnitte der Bohrungen (15).