DE19507086C2 - Wasserhydraulik-Regelventil - Google Patents
Wasserhydraulik-RegelventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wasserhydraulik-Regelventil.
Nachdem aus Gründen des Umweltschutzes viele Hydraulik
öle wegen ihrer Giftigkeit kritischer betrachtet wer
den, ist man teilweise dazu übergegangen, Wasser als
Hydraulikflüssigkeit zu verwenden. Die Verwendung von
Wasser als Hydraulikflüssigkeit hat viele Vorteile.
Insbesondere ist durch die Verwendung von Wasser als
Hydraulikflüssigkeit keine Umweltbelastung zu erwarten.
Die Verwendung von Wasser bedingt jedoch einige techni
sche Probleme, die bei der Verwendung von Ölen als Hy
draulikflüssigkeit nebensächlich waren. So hat Wasser
beispielsweise praktisch keine schmierenden Eigenschaf
ten im Gegensatz zu Ölen. Darüber hinaus hat Wasser in
der Regel auch einen wesentlich niedrigeren Siedepunkt
als die bislang verwendeten hydraulischen Öle. Dies
kann beispielsweise zu Dampfblasen führen, die unter
Umständen ihrerseits wieder Kavitationsprobleme nach
sich ziehen können.
Auch in einem hydraulischen Kreis, der mit Wasser als
Hydraulikflüssigkeit betrieben wird, ist vielfach eine
Regelung des Druckes oder der Durchflußmenge der Hy
draulikflüssigkeit erforderlich. Hydraulische Regelven
tile sind in vielen Ausführungsformen bekannt, jedoch
lassen sich nicht alle hydraulischen Regelventile pro
blemlos bei einer Wasserhydraulik einsetzen.
Die meisten Regelventile beinhalten ein Verstellele
ment, das auf die eine oder andere Art einen Strömungs
pfad mehr oder weniger weit freigibt. Mit anderen Wor
ten bildet das Verstellelement mit einem Gegenstück
eine verstellbare Drossel. Auf das Verstellelement wir
ken hierbei in der Regel zwei entgegengesetzte Kräfte.
Bei der Regelung stellt sich nun die Lage des Verstell
elements so ein, daß ein Kräftegleichgewicht herrscht.
Diese Prinzipien sind an sich bekannt und müssen daher
nicht weiter vertieft werden.
Ein gutes Regelventil soll möglichst schnell auf Ände
rungen reagieren können, wobei diese Änderungen sowohl
auf der Ausgangsseite auftreten können, wenn sich die
Belastung oder der Istwert ändert, als auch auf der
Eingangsseite, wenn sich die Eingangsgröße, beispiels
weise der hydraulische Druck, ändert. Ferner können
Änderungen auftreten, wenn die Führungsgröße oder der
Sollwert verändert wird. Die Reaktion des Regelventils
besteht kurz gesagt im wesentlichen darin, daß das Ver
stellelement seine Position ändert. Der Geschwindig
keit, mit der das Verstellelement seine Position ändern
kann, sind allerdings Grenzen gesetzt. Zum einen hat
das Verstellelement eine gewisse Masse, deren Trägheit
überwunden werden muß. Dieses Problem existiert auch
bei Ventilen, die bislang für die Öl-Hydraulik einge
setzt wurden. Zum anderen muß das Verstellelement aber
auch eine gewisse Reibung überwinden. Insbesondere beim
Beginn einer Bewegung ist diese Reibung quasi eine
Haft-Reibung und damit relativ groß. Bei Öl als Hydrau
likflüssigkeit wird diese Haftreibung durch die schmie
rende Wirkung des Öls ganz drastisch herabgesetzt, so
daß das Problem bisher von untergeordneter Bedeutung
war. Bei Wasser als Hydraulikflüssigkeit hat man jedoch
beobachtet, daß sich das Verstellelement bei kleineren
Änderungen nicht in zufriedenstellendem Maße bewegt,
beispielsweise dann, wenn die durch eine Änderung her
vorgerufene Kräftedifferenz über das Verstellelement
nicht groß genug war. In diesem Fall ist die Regelung
durch das Regelventil ausgesprochen unbefriedigend.
GB 2 014 277 A zeigt ein Ventil zur Regelung eines kon
stanten Durchflusses mit einem Drosselelement, das als
Hohlkolben ausgebildet ist, der in einem Hohlzylinder
angeordnet und gegen die Kraft einer Feder in Abhängig
keit von den herrschenden Druckverhältnissen verschieb
bar ist. Der Kolben verschließt mit seiner Wand eine
Ausgangsöffnung aus dem Zylinder. Der Kolben ist an
seiner entgegengesetzten Stirnseite mit einer Eingangs
öffnung versehen.
DE 29 17 851 C2 zeigt ein hydraulisches Mengenregelven
til für Wasserverteiler des Untertage-Betriebs, bei dem
das Drosselelement stationär und das Gegenstück beweg
lich angeordnet ist. Das Drosselelement weist hierbei
die Form eines Hohlzylinders auf, in dessen Wand eine
oder mehrere Abflußbohrungen angeordnet sind. Wenn das
Gegenstück unter Druck gesetzt wird, verschiebt es sich
über das Drosselelement so, daß die Abflußbohrung mehr
oder weniger verschlossen wird.
DE 39 15 584 A1 beschreibt einen hydraulischen Drossel
schieber mit einem in einer Zylinderbohrung axial be
wegbaren Kolben. Zur Vermeidung großer axialer Strö
mungskräfte, die beim Einsatz von langen axialen Dros
selnuten auftreten, werden hier Abschlußblenden verwen
det, die als axiale Begrenzungen der Drosselnuten vor
gesehen sind. Sie besitzen mit den Drosselnuten verbun
dene Durchflußlöcher, je einen Auslauf für die Drossel
nuten und/oder senkrecht oder schräg zur Zylinderachse
stehende Abschlußflächen. Die Querschnittsgrößen der
Drosselnuten werden am Ende des Auslaufs oder der Ab
schlußflächen auf einen niedrigen Wert oder sogar auf
Null zurückgeführt. Damit wird der Drosselschieber zum
Einsatz in Regelkreisen geeignet.
DE 43 41 848 A1 zeigt ein Regelventil mit einem Gehäu
se, das einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsan
schluß aufweist, die durch einen Strömungspfad mitein
ander verbunden sind, in dem eine Drosseleinrichtung
angeordnet ist. Um einen Volumenstrom unabhängig vom
Belastungsdruck am Ausgangsanschluß konstant halten zu
können, weist die Drosseleinrichtung eine Reihenschal
tung einer ersten Drossel, deren Durchlaß von außen
verstellbar ist, und eine zweite Drossel, deren Durch
laßrichtung druckabhängig verstellbar ist, auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Wasserhydraulik-Regelventil das Regelverhalten zu ver
bessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Wasserhydraulik-Regelven
til gelöst mit einer Drosseleinrichtung, die ein Dros
selelement aufweist, das als Kolben ausgebildet ist und
mit einem Gegenstück zusammenwirkt, das eine im wesent
lichen hohlzylindrische Bohrung aufweist, in die das
Drosselelement mit einem Ende hineinragt, wobei in Um
fangsrichtung ver
teilt mehrere einen Strömungspfad durch den Über
deckungsbereich zwischen Drosselelement und Gegenstück
bildende Ausnehmungen im Drosselelement oder im Gegen
stück vorgesehen sind und in Umfangsrichtung verteilt
eine Drucktaschenanordnung vorgesehen ist, die mit den
Ausnehmungen in Flüssigkeitsverbindung steht und zumin
dest teilweise im Überdeckungsbereich angeordnet ist.
Bei dieser Ausgestaltung sorgt man dafür, daß das Dros
selelement allseitig mit unter Druck stehendem Wasser
beaufschlagt ist. Hierzu dienen zum einen die in Um
fangsrichtung verteilten Ausnehmungen, die dafür sor
gen, daß die auf das Drosselelement wirkenden Kräfte im
wesentlichen so gerichtet sind, daß sie sich in Radial
richtung gegenseitig aufheben. Man verhindert dadurch,
daß sich das Drosselelement einseitig an das Gegenstück
anlegt. Dies würde zu einer erheblichen Haftreibung
führen, die den Beginn der Bewegung des Drosselelements
erschwert. Drastisch verbessert wird der Aufbau der
Kräfte aber auch durch die Drucktaschenanordnung, die
ebenfalls rings um das Drosselelement vorgesehen ist
und dafür sorgt, daß sich zwischen dem Drosselelement
und dem Gegenstück immer ein Druckpolster befindet, das
ein Kräftegleichgewicht auf das Drosselelement derge
stalt ausübt, daß die Summe der radialen Kräfte auf das
Drosselelement gleich Null ist. Man kann daher das
Drosselelement mit einem relativ engen Spiel und klei
nen Toleranzen in das Gegenstück einpassen. Durch den
vorgeschlagenen Aufbau mit den Ausnehmungen und den
damit kombinierten Drucktaschen ist immer dafür ge
sorgt, daß sich nicht nur ein Kräftegleichgewicht ein
stellt, das ein Anhaften des Drosselelements am Gegen
stück verhindert. Es werden auch Flüssigkeitspolster
gebildet, die zu einem Wasserfilm zwischen dem Drossel
element und dem Gegenstück führen. Auch wenn Wasser an
sich keine schmierenden Eigenschaften hat, wird durch
diesen Wasserfilm eine Herabsetzung der Reibung zwi
schen dem Drosselelement und dem Gegenstück bewirkt, so
daß auch kleine Kraftdifferenzen über das Drosselele
ment ausreichen, um zu einer Verlagerung des Drossel
elements zu führen.
Bevorzugterweise ist die Drucktaschenanordnung durch
eine umlaufende Nut gebildet. Diese Nut hat über den
Umfang beispielsweise immer den gleichen Querschnitt
oder ist zumindest so ausgebildet, daß der mit der
wirksamen Fläche kombinierte Druck rings um das
Drosselelement gleichförmig ist. Damit wird einerseits
gewährleistet, daß die Summe der radialen Kräfte auf
das Drosselelement minimiert wird. Zum anderen steht
der Flüssigkeitsfilm, der aus dieser Drucktaschenanord
nung gespeist wird, wirklich über den gesamten Umfang
des Drosselelements zur Verfügung.
Auch ist bevorzugt, daß mindestens drei Ausnehmungen
vorgesehen sind und alle Ausnehmungen gleich groß und
mit gleichem Abstand in Umfangsrichtung angeordnet
sind. Dies erleichtert die Fertigung. Wenn man alle
Ausnehmungen gleich groß macht und symmetrisch um den
Umfang herum anordnet, ist sichergestellt, daß auch die
Kräfte, die von dem Wasserdruck in den Ausnehmungen
ausgeübt werden, in Umfangsrichtung verteilt gleich
groß sind, so daß die Summe der radialen Kräfte Null
wird.
Bevorzugterweise weist die Drucktaschenanordnung im
Querschnitt einen bogenförmigen Grund auf. Dies verbes
sert die Strömungseigenschaften und erleichtert damit
das Befüllen der Drucktaschenanordnung.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Druck
taschenanordnung am Drosselelement angeordnet ist und
in einer mittleren Arbeitsposition einer drossel
elementseitigen Kante des Gegenstücks gegenüberliegt.
In diesem Fall dient die Drucktaschenanordnung gleich
zeitig dazu, die Kante des Gegenstücks zu schonen. Das
Wasser, das hier aus dem Überdeckungsbereich zwischen
dem Drosselelement und dem Gegenstück herausfließt, hat
die Möglichkeit, um die Kante des Gegenstücks herum zu
fließen, weil durch die Drucktaschenanordnung der ent
sprechende Platz zur Verfügung gestellt wird. Insbeson
dere im Zusammenhang mit der bogenförmigen Ausbildung
des Grundes ergeben sich hier Verhältnisse, die einen
Verschleiß dieser Kante drastisch vermindern. Dadurch,
daß die Drucktaschenanordnung gerade im Bereich der
Kante des Gegenstücks angeordnet ist, die Drucktaschen
anordnung sich also zumindest mit einem Teil ihrer Flä
che in einen Bereich öffnet, der nicht mehr vom Gegen
stück abgedeckt ist, ist aber auch sichergestellt, daß
hier immer eine gewisse Wasserströmung herrscht, die
dafür sorgt, daß der Druck in der Drucktaschenanordnung
aufgebaut bleibt. Dieser Druck muß nicht so groß wie
der Eingangsdruck des Ventils sein. Er muß nur ausrei
chen, um das Drosselelement zuverlässig von den Um
fangswänden des Gegenstücks fernzuhalten.
Vorzugsweise ist das Drosselelement zumindest im Be
reich seines Endes als Hohlkolben ausgebildet, und die
Ausnehmungen sind als Durchbrechungen der Wand des
Hohlkolbens ausgebildet. In diesem Fall steht ein rela
tiv großer Durchströmungsquerschnitt der Ausnehmungen
für das Wasser als Strömungspfad zur Verfügung. Man
kann den Druckabbau, der mit dem Drosselelement erzielt
werden soll, auf relativ eng umgrenzte, aber klar defi
nierte Bereiche beschränken. Dies verringert ebenfalls
den Verschleiß.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vor
gesehen, daß das Drosselelement auf einem Teil seiner
Länge in einer Führung aufgenommen ist, die einen Flüs
sigkeitspfad zwischen Führung und Drosselelement auf
weist, wobei das Drosselelement in einem Bereich inner
halb der Führung mindestens eine Nutanordnung aufweist,
die punktsymmetrisch zur Achse des Drosselelements an
geordnet ist. Man erreicht hierdurch die Führung des
Drosselelements an zwei voneinander beabstandeten Posi
tionen seiner Länge. Zum einen wird das Drosselelement
in dem Gegenstück durch die Drucktaschenanordnung so
gehalten, daß möglichst keine Anlage zwischen Gegen
stück und Drosselelement erfolgt. Zum zweiten wird das
Drosselelement an einer davon entfernten Position aber
zusätzlich noch geführt, was das Risiko einer Berührung
zwischen dem Drosselelement und seinem Gegenstück wei
ter verringert. In dieser Führung besteht allerdings
das gleiche Problem, das das Drosselelement durch eine
Haftreibung in seiner Bewegungsfähigkeit beschränkt
wird. Dieses Problem wird durch die punktsymmetrisch
angeordnete Nutanordnung entschärft, die ebenfalls ein
Druckpolster um das Drosselelement herum bildet, das im
Verhältnis zur Führung dazu führt, daß die Summe der
radial wirkenden Kräfte praktisch gleich Null ist. Die
se Nutanordnung wird durch den Flüssigkeitspfad perma
nent mit Wasser als Hydraulikflüssigkeit versorgt, so
daß zumindest im Bereich der Nutanordnung ebenfalls ein
Flüssigkeitsfilm aufgebaut werden kann, der die Bewe
gungsmöglichkeit des Drosselelements weiter verbessert.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Nutanordnung
durch eine Ringnut gebildet ist. In diesem Fall kann
sich das Wasser als Hydraulikflüssigkeit gleichmäßig um
das Drosselelement herum verteilen und dementsprechend
einen gleichförmigen Druck erzeugen. Gleichzeitig wird
über den vollen Umfang des Drosselelements die Möglich
keit geschaffen, den Flüssigkeitsfilm zu bilden.
Vorzugsweise sind mehrere Ringnuten axial verteilt vor
gesehen, wobei benachbarte Ringnuten einen Abstand im
Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweisen. Mit dieser
Ausbildung wird zum einen dafür Sorge getragen, daß das
Kräftegleichgewicht nicht auf einen einzelnen Punkt in
Axialrichtung gesehen beschränkt wird. Vielmehr wird
die Nullsumme der radial wirkenden Kräfte an mehreren,
axial voneinander beabstandeten Punkten des Drosselele
ments in der Führung erzeugt, so daß das Drosselelement
auch nicht um den einen Punkt herum kippen kann, an dem
bei einer einzigen Nut dieses Kräftegleichgewicht
herrscht. Durch den gewählten kleinen Abstand zwischen
benachbarten Nuten wird dem Umstand Rechnung getragen,
daß durch die Oberflächenspannung des Wassers eine
Überbrückung dieses kleinen Abstandes stattfinden kann,
so daß sich hier auch ohne eine größere Flüssigkeits
zufuhr ein Wasserfilm aufbauen kann, der zu einer ent
sprechend kleinen Reibung des Drosselelements in der
Führung führt.
Auch ist bevorzugt, daß das Drosselelement auf der Nie
derdruckseite des Gegenstücks angeordnet ist und in
Schließrichtung von einem vom Eingangsdruck abhängigen
Druck und in Öffnungsrichtung von einem vom Ausgangs
druck abhängigen Druck und eine Hilfskraft beaufschlagt
ist. Die Hilfskraft kann beispielsweise von einer Feder
erzeugt werden. Das Drosselelement nimmt dann eine
Stellung ein, in der die Hilfskraft genauso groß ist
wie die Differenz zwischen den von Eingangs- bzw. Aus
gangsdrücken hervorgerufene Kraftdifferenz. Die Ausge
staltung hat darüber hinaus den Vorteil, daß aufgrund
des in der Regel höheren Eingangsdruckes eine Druckdif
ferenz so über das Drosselelement gerichtet ist, daß
durch den Flüssigkeitspfad die gewünschte Menge an Was
ser fließen kann, um die Reibungsverhältnisse zu ver
bessern.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind das
Drosselelement und/oder das Gegenstück oberflächenge
härtet. Hierdurch wird der Verschleiß herabgesetzt.
Darüber hinaus hat ein oberflächengehärtetes Teil in
der Regel bessere Gleiteigenschaften.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Drosselelement
oder das Gegenstück eine Oberflächenschicht aus amor
phem Kohlenstoff aufweist. Eine derartige Beschichtung
hat diamantenartige Oberflächenqualitäten und ist in
der Fachwelt auch als "diamond-like Carbon" bekannt,
siehe hierzu US H1210 oder US 5 204 167. Eine derartige
Oberflächenbeschichtung gewährleistet eine relativ lan
ge Lebensdauer.
Bevorzugterweise liegt die Stärke der Oberflächen
schicht im Bereich von 1 bis 1,5 µm. Eine derart dünne
Schicht reicht aus, um das gewünschte Betriebsverhalten
zu erreichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug
ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich
nung beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Regelven
til,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Drosselelement.
Die Erfindung wird am Beispiel eines Wasserhydraulik-
Regelventils erläutert, das unabhängig von der Bela
stung an einem Verbraucher den Druck konstant halten
soll.
Das Wasserhydraulik-Regelventil 1 weist ein Gehäuse 2
mit einem Eingangsanschluß 3 und einem Ausgangsanschluß
4 auf.
Im Eingangsanschluß 3 herrscht ein Eingangsdruck des
Wassers, der beispielsweise von einer nicht näher dar
gestellten Druckquelle, wie einer Pumpe, bereitgestellt
wird. Im Ausgangsanschluß 4 herrscht ein Ausgangsdruck
des Wassers, der dem Eingangsdruck eines ebenfalls
nicht näher dargestellten Verbrauchers entspricht. Die
ser Verbraucher-Eingangsdruck ist in der Regel abhängig
von der Belastung des Verbrauchers.
Der Eingangsanschluß 3 ist über eine erste Festdrossel
5 und der Ausgangsanschluß 4 ist über eine zweite Fest
drossel 6 mit einer Kammer 7 verbunden, die durch eine
Trennwand 8 in eine erste Hälfte 9, die mit dem Ein
gangsanschluß 3 verbunden ist, und eine zweite Hälfte
10, die mit dem Ausgangsanschluß 4 verbunden ist, un
terteilt ist. Die Trennwand 8 weist eine hohlzylinder
förmige Bohrung 11 auf, die die Verbindung zwischen der
ersten und der zweiten Hälfte 9, 10 der Kammer 7 bil
det. In die erste Hälfte ragt ein als Hohlzylinder aus
gebildetes Verstellelement 12 hinein, das in einer Boh
rung 13 im Gehäuse 2 auf der Seite der ersten Hälfte 9
der Kammer 7 geführt ist. Das Verstellelement 12 be
grenzt auf der der Kammer 7 abgewandten Seite einen
Druckraum 14, der über eine Öffnung 15 in der Stirnwand
16 mit dem gleichen Flüssigkeitsdruck wie die erste
Hälfte 9 der Kammer 7 beaufschlagt ist. Diese Stirnwand
16 liegt an einem Einstellelement 17 an, das über einen
Drehgriff 18 axial, also in Bewegungsrichtung des Ver
stellelements 12, verstellt werden kann, um die Posi
tion des Verstellelements 12 im Gehäuse 2 zu verändern
bzw. festzulegen. Das Verstellelement 12 wird durch
eine Druckfeder 19 gegen das Einstellelement 17 ge
drückt. Die Druckfeder 19 ist hierbei im Innern des
Verstellelements 12 aufgenommen, das hierzu als Hohl
kolben ausgebildet ist.
Das andere Ende der Druckfeder 19 stützt sich im Innern
eines ebenfalls als Hohlkolben ausgebildeten Drossel
elements 20 ab. Hierbei ist die Druckfeder 19 durch die
Bohrung 11 in der Trennwand 8 geführt. Die Trennwand 8
bildet mit der Bohrung 11 ein Gegenstück, mit dem das
Drosselelement 20 zusammenwirkt.
Hierzu ragt das Drosselelement 20 mit einem Ende 29 in
die Bohrung 11 hinein. Der Außendurchmesser des Dros
selelements 20 entspricht hierbei im wesentlichen dem
Innendurchmesser der Bohrung 11.
Wie insbesondere aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist,
weist das Drosselelement 20 an dem Ende 29, mit dem es
in die Bohrung 11 ragt, als Schlitze ausgebildete Aus
nehmungen 30 auf, die einen durch Pfeile 31 angedeute
ten Strömungspfad für das Wasser durch den Überlap
pungsbereich zwischen Drosselelement 20 und Bohrung 11
bilden. Dargestellt sind vier Ausnehmungen 30, die alle
gleich groß sind und gleichmäßig über den Umfang des
Drosselelements 20 verteilt sind. Die Ausnehmungen 30
durchsetzen die Wand des hohlzylindrischen Drosselele
ments 20 in diesem Bereich.
Ferner ist das Ende 29 des Drosselelements 20 mit einer
Drucktaschenanordnung 33 versehen, die im vorliegenden
Fall als umlaufende Nut 34 ausgebildet ist, die das
Drosselelement 20 in diesem Bereich auf dem vollen Um
fang umgibt. Die Nut 34 weist hierzu einen bogenförmi
gen Grund auf. Sie ist in einem Bereich angeordnet, der
im normalen Betrieb einer Kante 35 der Trennwand 8 am
drosselelementseitigen Ende der Bohrung 11 gegenüber
liegt. In dieser Nut 34 wird durch das durch die Aus
nehmungen 30 ausströmende Wasser immer ein gewisser
Druck aufrechterhalten, der dazu führt, daß das Dros
selelement 20 ringsum gleichmäßig mit radialen Druck
kräften beaufschlagt wird, die dazu führen, daß das
Drosselelement 20 an keiner Stelle mit der Wand der
Bohrung 11 in Berührung kommt. Darüber hinaus wird
durch diese umlaufende Nut 34 ein Wasserreservoir be
reitgestellt, aus dem ein Wasserfilm zwischen dem Dros
selelement 20 und der Trennwand 11 gespeist werden
kann. Durch die bogenförmige Ausgestaltung des Grundes
der umlaufenden Nut 34 werden Strömungsverhältnisse
erzeugt, die den Verschleiß der Kante 35 sehr gering
halten.
Das Drosselelement 20 ist in einer Führung 21 im Gehäu
se 2 axial verschiebbar gelagert. Innerhalb dieser Füh
rung weist es mehrere, im vorliegenden Fall vier, Ring
nuten 36 auf, die das Drosselelement 20 an dessen Um
fang umgeben. Zwischen den Ringnuten sind Stege 37 an
geordnet, die eine Breite im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm
haben.
Das Drosselelement 20 ist auf der der Druckfeder 19 abge
wandten Seite vom Wasserdruck in einer Druckkammer 22
beaufschlagt, die über einen Kanal 23 mit dem Eingangs
anschluß 3 in Verbindung steht. Im Kanal 23 ist ein
auswechselbares oder einstellbares Düsenelement 24 an
geordnet. Zwischen dem Drosselelement 20 und dem Gehäu
se 2 ist in der Bohrung 21 ein kleiner Spalt als Flüs
sigkeitspfad 25 ausgebildet. Dieser Spalt kann sehr
klein sein. Er muß lediglich ausreichen, um einen Was
serfluß aus der Druckkammer 22 in die Kammer 7 zu er
möglichen. Dieses Wasser gelangt natürlich auch in die
Ringnuten 36 und baut dort einen gewissen Druck auf,
der dafür sorgt, daß das Drosselelement 20 praktisch
berührungsfrei in der Bohrung 21 geführt ist. Darüber
hinaus stellt der Wasservorrat in den Ringnuten 36 ein
Reservoir zur Verfügung, das die Bildung eines Wasser
films zwischen dem Drosselelement 20 und der Führung 21
erlaubt. Die Stege 37 sind nur so breit, daß aufgrund
der Oberflächenspannung des Wassers ein zusammenhängen
der Film zwischen benachbarten Ringnuten 36 verbleiben
kann. Die Druckkammer 22 ist durch einen Stopfen 26
verschlossen.
In bekannter Weise bildet nun das Verstellelement 12
mit der Trennwand 8 eine erste Drossel 27, die von au
ßen verstellt werden kann, während das Drosselelement
20 mit der Trennwand 8 eine zweite Drosseleinrichtung
28 bildet, die in Schließrichtung von einem vom Druck
am Eingangsanschluß 3 abhängigen Druck und in Öffnungs
richtung von einem vom Druck am Ausgangsanschluß 4 abhängigen Druck und
der Kraft der Druckfeder 19 als Hilfskraft beaufschlagt
wird. Die Größe der ersten Drossel 27 ist über den
Drehgriff 18 einstellbar, während sich die Größe der
zweiten Drosseleinrichtung 28 in Abhängigkeit von der
Belastung, d. h. dem Druck am Ausgangsanschluß 4 selbst
einstellt. Der prinzipielle Aufbau eines derartigen
Ventils ist bekannt und beispielsweise in der nachver
öffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 41 848
beschrieben. Das Drosselelement 20 ist aufgrund der
Drucktaschenanordnung 33 im Überlappungsbereich zwi
schen Bohrung 11 und Ende 29 des Drosselelements 20 so
mit Wasserdruck beaufschlagt, daß es allseits einen
gleichmäßigen Abstand zu der Innenwand der Bohrung 11
einhält. Das gleiche gilt für die Situation innerhalb
der Führung 21. Darüber hinaus ist überall dafür ge
sorgt, daß sich ein Wasserfilm zwischen der Bohrung 11
bzw. der Führung 21 und dem Drosselelement 20 aufbauen
kann, der weiter zu einer Reibungsverminderung bei
trägt. Dadurch, daß auch im Ruhezustand immer ein Flüs
sigkeitsstrom am Drosselelement 20 vorbeifließt, und
zwar sowohl in der Führung 21 als auch in der Bohrung
11, ist sichergestellt, daß eine notwendige Änderung
der Position des Drosselelements zumindest nicht durch
eine Haftreibung verzögert wird. Das Regelventil 1 kann
daher sehr schnell reagieren, weil das Drosselelement
20 seine Position ändern kann, ohne größere Kräfte
überwinden zu müssen.
Das Drosselelement 20 ist oberflächengehärtet, d. h. es
weist auf seiner Oberfläche eine Härtungsschicht aus
amorphem Kohlenstoff auf. Eine derartige Härtungs
schicht hat eine Stärke im Bereich von etwa 1 bis 1,5 µm.
Sie ist unter dem Namen "diamond-like Coating" be
kannt, siehe hierzu US H1210 oder US 5 204 167. Eine
derartige Oberflächenhärtung hilft zusätzlich, die Rei
bung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Drosselelement 20
herabzusetzen und den Verschleiß zu vermindern. Das
gute Verhalten des Regelventils kann daher über einen
recht langen Zeitraum beibehalten werden.
Claims (13)
1. Wasserhydraulik-Regelventil mit einer Drosselein
richtung (28), die ein Drosselelement (20) auf
weist, das als Kolben ausgebildet ist und mit einem
Gegenstück (8) zusammenwirkt, das eine im wesentli
chen hohlzylindrische Bohrung (11) aufweist, in die
das Drosselelement (20) mit einem Ende (29) hinein
ragt, wobei in Umfangsrichtung verteilt mehrere
einen Strömungspfad durch den Überdeckungsbereich
zwischen Drosselelement (20) und Gegenstück (8)
bildende Ausnehmungen (30) im Drosselelement (20)
oder im Gegenstück (8) vorgesehen sind und in Um
fangsrichtung verteilt eine Drucktaschenanordnung
(33) vorgesehen ist, die mit den Ausnehmungen (30)
in Flüssigkeitsverbindung steht und zumindest teil
weise im Überdeckungsbereich angeordnet ist.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Drucktaschenanordnung (33) durch eine
umlaufende Nut (34) gebildet ist.
3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens drei Ausnehmungen (30)
vorgesehen sind und alle Ausnehmungen gleich groß
und mit gleichem Abstand in Umfangsrichtung ange
ordnet sind.
4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Drucktaschenanordnung
(33) im Querschnitt einen bogenförmigen Grund auf
weist.
5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Drucktaschenanordnung
(33) am Drosselelement (20) angeordnet ist und in
einer mittleren Arbeitsposition einer drosselele
mentseitigen Kante (35) des Gegenstücks (8) gegen
überliegt.
6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (20)
zumindest im Bereich seines Endes (29) als Hohlkol
ben ausgebildet ist und die Ausnehmungen als Durch
brechungen einer Wand (32) des Hohlkolbens ausgebil
det sind.
7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (20)
auf einem Teil seiner Länge in einer Führung (21)
aufgenommen ist, die einen Flüssigkeitspfad (25)
zwischen Führung (21) und Drosselelement (20) auf
weist, wobei das Drosselelement (20) in einem Be
reich innerhalb der Führung (21) mindestens eine
Nutanordnung aufweist, die punktsymmetrisch zur
Achse des Drosselelements (20) angeordnet ist.
8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß die Nutanordnung durch eine Ringnut (36)
gebildet ist.
9. Regelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß mehrere Ringnuten (36) axial verteilt vor
gesehen sind, wobei benachbarte Ringnuten (36) ei
nen Abstand im Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm auf
weisen.
10. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (20)
auf der Niederdruckseite des Gegenstücks (8) ange
ordnet ist und in Schließrichtung von einem vom
Eingangsdruck abhängigen Druck und in Öffnungsrich
tung von einem vom Ausgangsdruck abhängigen Druck
und eine Hilfskraft beaufschlagt ist.
11. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da
durch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (20)
und/oder das Gegenstück (8) oberflächengehärtet
sind.
12. Regelventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß das Drosselelement (20) oder das Gegen
stück (8) eine Oberflächenschicht aus amorphem Koh
lenstoff aufweist.
13. Regelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Stärke der Oberflächenschicht im Be
reich von 1 bis 1,5 µm liegt.
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