DE2057363A1

DE2057363A1 - Druckminderventil

Info

Publication number: DE2057363A1
Application number: DE19702057363
Authority: DE
Inventors: Alexander Frank N
Original assignee: Cessna Aircraft Co
Current assignee: Cessna Aircraft Co
Priority date: 1969-11-25
Filing date: 1970-11-21
Publication date: 1971-06-09
Also published as: GB1319802A; SE371706B; US3621875A; DE2057363B2; DE2057363C3; FR2071727A5; JPS4815966B1

Description

Walter Langhoff München, den 20. NOV. 1970

^Pa*enf_anvvaIt Mein Zeichen : SH - 772

⁸ München 81
Wfssmannitrasse 14

Beschreibung
zu der Patentanmeldung der Firma

The Cessna Aircraft Company, 5800 East Pawnee Road, Wichita,

Kansas 67200, U₀ S. A₀

betreffend

Druckminderventil

Die Erfindung bezieht sich auf druckbetätigte Strömungssteuerventile und betrifft insbesondere ein Druckminderventil.

Druckminderventile sprechen an auf Druckerhöhungen in der Zuflußleitung und regeln den Druck in der Abflußle^tung auf ein gewünschtes Niveauc Druckminderventile umfassen bekanntlich ein Ventilglied, welches vom hydraulischen Druck betätigt wird und die Fluid" strömung zu dem Ventilauslaß steuert. Das Ventilglied steht dabei unter Vorspannung durch eine Feder, die dem Druck entgegengerichtet ist, so daß das Ventilglied sich auf eine Gleichgewichtslage zwischen der Fluiddruckkraft und der Federkraft einspielt.

Bei den bekannten Druckminderventilen besteht allgemein das Problem, ein richtiges Ansprechverhalten auf den Einlaßdruck zu erzielen, insbesondere eine unerwünschte Bewegung des Ventilgliedes zu vermeiden, so daß dieses weder zu langsam noch zu schnell

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auf den Einlaßdruck anspricht und dadurch zu unkontrollierten Schwingungen, Ventilflattern oder übermäßigen Strömungs- und Druckschwankungen führt ο

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckminderventil zu schaffen, welches stabil arbeitet, schnell anspricht und geringe Betriebsgeräusche verursacht und dadurch zu einem besseren Gesaratverhalten führt»

Die Erfindung geht aus von einem Druckminderventil mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz an der Einlaßseite aufweist, gegen den ein axialbewegliches Ventilglied mittels einer Federeinrichtung vorgespannt ist, wobei das Ventilglied in der abgehobenen Stellung eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß herstellt» und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Federeinrichtung ein ungedämpftes Federglied und ein gedämpftes Federglied umfaßt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei Oberschreiten eines bestimmten Druckes zuerst das ungedämpfte Federglied überwiegend betätigt wird» Die Federeinrichtung umfaßt also wenigstens zwei Federglieder, die auf das Ventilschließglied (Ventilglied) einwirken. Die Reaktion des gedämpften Ventilgliedes dauert naturgemäß länger als die des ungedämpften Ventilgliedes, so daß letzteres auf Druckänderungen schnell ansprucht, während das gedämpfte Federglied zusätzlich bei langdauernden Drücken betätigt wird₀

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Federelemente vorgesehen, welche dichtsitzend nebeneinander angeordnet sind, wobei das gedämpfte Federelement über das ungedämpfte Federelement wirkt und letzteres an dem Ventilglied angreift= Eine Bewegung des Ventilgliedes durch den herrschenden Druck verursacht nachein~ ander das Zusammendrücken des ungedämpften Federelementes und danach des gedämpften Federelementes α Dieses wirkt als Gegensitz für das ungedämpfte Federelement während der Zusammendrückung

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desselbenο Die Dämpfung des einen Federelementes wird durch einen hydraulischen Dämpfungsraum erreicht»

Der Hauptvorteil des Druckminderventils nach der Erfindung liegt darin, daß die Reaktionsgeschwindigkeit ebenso groß ist wie bei ungedämpften Ventilen, daß jedoch die normalerweise bei diesen anzutreffenden Instabilitäten vermieden sind. Das Druckminderventil nach der Erfindung läßt sich insbesondere in Anlagen verwenden, bei denen auf der Auslaßseite des Ventils ein bestimmter überatmosphärischer Gegendruck herrscht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Zusammenhang zwischen Druck und Strömungsstärke verhältnismäßig flach verläuft, wie bei derartigen Ventilen wünschenswert ist=

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Druckminderventil nach der Erfindung.

Das in der Zeichnung dargestellte Druckminderventil 13 umfaßt ein Gehäuse 10 mit einer Hochdruckkammer 11 und einer Niederdruckkammer 12, welche mit einem Niederdruckfluidvorratsbehälter in Verbindung steht ο Das eigentliche Druckminderventil ist in das Gehäuse 10 eingeschraubt und erstreckt sich durch die Bohrung H» in demselbenο Es kann eine hydraulische Verbindung zwischen den Kammern 11 und 12 herstellen und bewirkt eine Fluidableitung von der Kammer 11 in die Kammer 12 und verhindert, daß in der Kammer 11 ein zu hoher Druck entsteht»

Das Druckminderventil 13 umfaßt ein Ventilgehäuse 15, in welches •ein Ventilsitzteil 16 eingesetzt isto Das Ventilgehäuse 15 weist eine innere Bohrung 18 auf, und das Ventilsitzteil 16 ist mit einer Innenbohrung 17 versehen« In beiden Teilen sind noch Querbohrungen 20 bzw» 19 vorgesehen, die eine Verbindung der Bohrungen

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zu der Niederdruckkainmer 12 bzw_o der Hochdruckkammer 11 herstellen und als Einlaß- und Auslaßöffnungen dienen„ Innerhalb des Ventilsitzteiles 16 ist ein Ventilsitz 22 durch einen Sprengring 21 gehalten=, Der Ventilsitz ist mit einer Anbohrung versehen, welche die kegelstumpfförmige äußere Oberfläche 27 eines Ventilgliedes 23 in der geschlossenen Ventilstellung dichtsitzend aufnimmt _o Das Ventilglied 23 ist in der Innenbohrung 17 dee Ventilsitzteiles 16 bewegbar angeordnet und weist eine zentral« Bohrung 24 auf, die sich durch das Ventilglied 23 erstreckt» Das linke Ende des Ventilgliedes ist mit Auslaßöffnungen 25 versehen, welche die Bohrungen 24 und 18 miteinander in Verbindung bringen und eine wahlweise Verbindung zwischen den Kammern 11 und 12 über die Bohrung 24 und die öffnung 25 herzustellen gestatten» Eine in das Gehäuse eingesetzte Dichtung 26 verhindert eine Leckströmung aus der Kammer 11.

Der äußere Bereich der konischen Oberfläche 27 des Ventilgliedes 23 ist dem Druck in der Kammer 11 über die Querbohrung 19 ausgesetzte Ein genügend hoher Druck würde das Ventilglied nach linke von dem Ventilsitz 22 abheben und das Ventil ""also öffnen, so daß Fluid durch die Querbohrung 19 und die Innenbohrung 24 in die Niederdruckkammer 12 gelangt» Dieser hydraulischen Öffnungskraft wirkt eine Vorspannkraft entgegen, die durch eine Federeinrichtung 28 erzeugt wird, welche an dem Ventilglied angreift und dieses gegen den Ventilsitz vorspannte

Die Federeinrichtung 28 umfaßt zwei Schraubendruckfedern 29 und 30, die in der Bohrung 18 untergebracht und hintereinander zwischen dem geschlossenen Ende des Ventilgehausee 15 und dem Ventilglied 23 angeordnet sind_o Zwischen beiden Federn ist ein Zapfen 31 mit einem nach außen ragenden Flansch 32 angeordnet» Der Zapfen weist ein zu dem Ventilglied 23 hin weisendes kegelförmiges Ende auf, welches als Strömungsablenkungseinrichtung dient und die aus der Kammer 11 durch die Bohrung 24 fließende Strömung nach außen

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durch die Feder 29 ablenkt, welche bei geöffnetem Ventil zusammen™ gedrückt wird und dadurch den Strömungsquerschnitt verringert ο Die abgelenkte Strömung fließt durch die Ausnehmungen 25 und die Querbohrungen 20 in die Kammer 12»

Der Flansch 32 weist einen kreisförmigen Rand auf, der an die Bohrung 18 angepaßt ist, so daß der Rand mit dieser Bohrung eine ringförmige Drosselstelle 35 bildete Diese Drosselstelle trennt zwei Fluidräume 33 und 34 voneinander, welche durch die beiden Seiten des Flansches 32 und die Wände der Bohrung 18 gebildet sind,, Das Ventilgehäuse 15 weist eine größere Anzahl von Querbohrungen 20 auf, so daß der Fluidraum 33 mit der Niederdruckkammer 12 strömungsmäßig in Verbindung stehtο Andererseits kann Fluid aus dem Raum 34 lediglich über die ringförmige Drosselstelle 35 austreten, so daß dadurch ein hydraulischer Dämpfungsraum 34 gebildet ist, der die Bewegungsgeschwindigkeit der Druckfeder 30 und also auch des Ventilgliedes 23 begrenzt« Die Drosselstelle 35 ist so bemessen, daß die gewünschten Dämpfungseigenschaften und ein gewünschtes Bewegungsverhalten des Ventilgliedes 23 erreicht werdenj Die Drosselstelle zwischen den Fluidräumen 33 und 34 kann auch durch andere konstruktive Einrichtungen gebildet sein, etwa durch eine oder mehrere genau bemessene Öffnungen in dem Zapfen 31 oder durch Öffnungen, welche den Fluidraum 34 direkt mit der Hiederdruckkammer 12 in Verbindung bringen»

In der geschlossenen Stellung sind die Federn 20 und 30 durch eine oder mehrere Unterlegscheiben 36 auf eine bestimmte Druckkraft eingestellt, um die richtige Vorspannkx-aft auf das Ventilglied 23 zu erzeugen, Wenn der Druck in der Kammer 11 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die auf das Ventilglied 23 ausgeübte hydraulische Kraft größer als die Vorspannkraft der Federn 29 und 30, so daß das Ventilglied nach links in die geöffnet· Stellung bewegt wird* Anfänglich wird dabei die Feder 29

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gegan den Flansch 32 gedrückt, da die als Dämpfungseinrichtung wirkende Fluidkammer 3k eine plötzliche Kompression der Feder 30 verhindert. Die Feder 29 allein hat eine verhältnismäßig hohe Federkonstante aufgrund ihrer verhältnismäßig geringen Lan« ge, wodurch also die von der Feder aufgebrachte Gegenkraft sehr schnell beim Zusammendrücken der Feder wächst, so daß die an*» fangliehe Bewegung und die dadurch hervorgerufene Strömung aus der Kammer 11 begrenzt sind. Wenn jedoch der übermäßige Druck länger anhält, hat das Fluid in dem Raum 34 genügend Zeit, um über die Drosselstelle 35 in den ungedeckten Raum 33 und die liiederdruckkammer 12 zu fließen, so daß auch die Feder 30 zusam-* mengedrückt und der Flansch 32 nach links bewegt wird. Durch die Bewegung beider Federn hat die Federeinrichtung eine kleinere Federkonstante als jede der Federn für sich allein, so daß das Ventilglied 23 in normaler Weise so weit wie nötig geöffnet wird und genügend Fluid aus der Karnmar 11 abläßt, bis der Druck darin auf den für das Ventil typischen Maximaldruck gesunken ist Die Bewegung des Ventilgliedes geschieht dabei gedämpft und wird" durch die Fluidströmung aus de.n gedämpften Raum 34 gesteuert.

Die Vorspann** und Dämpfungseinrichtung ermöglicht also eine schnelle, jedoch begrenzte ungedämpfte ßowegung des Ventilgliedes und eine hydraulisch gedämpfte und genau kontrollierte öff^ längsbewegung desselben; Die Dämpfung durch den Fluidraurn 34 und die Anordnung von zwei Federn ermöglicht ein Ablesen von gro~ fjon Strömungüfiiengen aus der Kinine.r Ii, ohne daß das Ventil instabi.1 arbeitet, Druckspitzen auftreten mit den bei ungedämpften Ventilen sonst typischen Nachts ilen_u Die Dämpfung ergibt auch eine weichere und ruhigere Funktion des Ventils, vermeidet ein Prellen des Ventils und verringert Vibrationen, wodurch die Arbeitsweise und Lebensdauer des Druckminderventile verbessert wer den.,

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Das schnelle öffnen des Druckminderventils ist besonders günstig bei plötzlich auftretenden kurzen Druckstößen in der Kammer 11. In einem solchen Fall wird die Feder 29 leicht gegen den Flansch 32 gedrückt und ermöglicht eine begrenzte Strömung aus der Kammer 11, wobei das Ventilglied 23 schnell in die geschlossene Stellung zurückkehrt, sobald der Druck in der Kammer auf den Maximalwert wieder abgesunken istο Ein derartiges Verhalten ist besonders vorteilhaft im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, bei denen Druckspitzen ein unerwünschtes Betriebsverhalten des Ventils hervorrufen ο Würde man bekannte Druckminderventile mit Dämpfungseigenschaften ausstatten, wie sie bei dem Ventil nach der Erfin-* dung durch die Feder 30 in Verbindung mit dem Dämpfungsraum 3U erzielt werden, so würde das Ventil viel' zu langsam auf Druck-« stoße ansprechen, so daß übermäßig hohe Druckspitzen in der Hydraulikanlage auftreten würdenc Die bisher bekannten Druckminderventile mit schneller Ansprache sind hingegen verhältnismäßig wenig gedämpft und arbeiten daher unstabil, Beim Auftreten normaler Druckkräfte - im Gegensatz zu Druckstößen - würde das Ventil zu weit geöffnet werden und zu viel Fluid aus der Druckkammer ablassenί so daß der Druck in dieser zu weit sinkt„ Hierdurch wird in manchen Fällen eine Schwingbewegung des Ventilgliedes hervorgerufene Das Druckminderventil nach der Erfindung vereint ein schnelles Ansprechverhalten gegenüber Druckstößen in der Kammer 11 mit einer schwingungs-=' und prellfreien Arbeitsweise ₀ Das ungedämpfte Federglied spricht dabei auf schnelle Druckänderungen an, während das gedämpfte Federglied zusätzlich bei länger dauernden Drücken-in Tätigkeit tritt»

Das Druckminderventil nach der Erfindung läßt sich anstelle üblicher Druckminderventile verwenden, da die Länge der Federn.'29 und 30 zusammen etwa gleich der Länge einer entsprechenden einzigen Feder ist. Dies rührt her von der hintereinanderliegenden Anordnung der Federn 29 und 3O₀ Diese Federn können auch unterschiedlich lang sein, Z₅B₀ eine kurze Feder 29 und eine lange

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Feder 30 umfassen, je nach den gewünschten Eigenschaften des Druckminderventils.

Um die Wirksamkeit des Druckminderventils nach der Erfindung zu zeigen, wurde dieees mit einem üblichen Druckminderventil identischer Konstruktion verglichen, welches eine einzige Feder ale Vorspanneinrichtung enthielte Das übliche Ventil zeigte ein gutes Ansprechverhalten bei Stcßbelastung in Form eines sehr geringen Oberdpucketcßes von IUl atü bei einem öffnungsdruck des Ventils von 123 atü. Da dieses Ventil wie alle bekannten schnell ansprechenden Ventile ungedämpft war, neigte es zu Schwingungen, wodurch eine überiiiSßige Abnutzung und Ger&uschentwicklung entstand. Dies führte auch zu einem großen Druckänderungebereich von etwa 70 atü in der Hochdruckkammer.,

Bei den Ventil nach der Erfindung waren die Schraubenfedern 29 und 30 aus einem Draht mit 2,6 mm Durchmesser gewickelt. Die Feder 30 hatte eine Federkonetante von 137 kg/cm und war 2 cm lang, während die Feder 29 eine Federkonstante von 192 kg/cn hatte und 1,6 cm lang war. Di« Bohrung 18 hatte eine lichte Weite von 1,32 cm, während der Rand des Flansches 32 einen Durchmesser von 1*30 ca hatte, so daß ein Ringspalt als Drosselöffnung 35 von 0,1 mm Breite blieb. Dieses Ventil wurde auf einen Öffnungadruck von 123 atü in der Kammer 11 eingestellt bei einem Gegendnick von 11 atü in der Niederdruckkammer 12, und zwar mittels eines geeigneten Nadelventils. Der Druck in der Kammer 11 wurde stoßartig mit einer AnsitiegegeschwirKSigkeit von 7000 atü/ see erhöht. Nach dem uff·» nen des Ventils aufgrund der Stoßlast trat in der Kammer 11 lediglich eine Druckänderung von 17 atü bei einem Spitzendruck von im atü auf, was einer Verbesserung des Anepreohverhaltena gegen* über einem üblichen Ventil um das Doppelte entspricht. Durch die zusätzlich erreichte bessere Stabilität, die durch die verringerten Druckändarungen in Erscheinung tritt, wurde auch ein Prellen des Ventilgliedee„ Schwingungen desselben und eine üb/»ratA.ig«

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Geräuschentwicklung vermieden« Das Druckminderventil nach der Erfindung weist also ein verbessertes Ansprechverhalten trotz verringerter Prell- und Schwingungsneigung auf.

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Claims

Patentansprüche

Druckminderventil mit einen einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz an der Einlaßseite aufweist, gegen den ein axial bewegliches Ventilglied mittels einer Federeinrichtung vorgespannt ist, wobei das Ventilglied in der abgehobenen Stellung eine Strömungeverbindung zwischen deis Einlaß und dem AuslaÄ herstellt, dadurch gekennzeichnet , daß die Federeinrichtung ein ungedämpftes Federglied und ein gedämpftes Federglied umfaßt, wo-= bei die Anordnung so getroffen ist, daß bei Oberschreiten eines bestimmten Druckes zuerst das ungedämpfte Federglied überwiegend betätigt vii.r-d,

2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

2. α i c h η e t _# atüi u^s federglieder Schraubemkuckfedern (/.'9,3O) vorgesehen sind.

"S c, Crackfflij:darveä:til nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η — zeichnet „ daß die Schraisbenfedern (29*30) in einem zy~ ii^drisoben Hohlraan (33,3^) untex'gebracht und durch eine Trennwand C31_s32) voneinander getrennt sind, und daß die Trennwand eine Uronsalscelle (33) zwischen den Fluidrc'Iumen (33,34) des die Federn aufvi^huicndtsn Hohlraumes bildet.

kTiiiiHttr>'üitix nach Anspruch α, dadurch g e k e η η ζ e ι, c h Γι e «; , oaß die Trennwand als radial nach außen ste hend·; > Flan ach eir.es in deii Innenraum der Feder (29) hineinra ίΤ θ η dt: η ,lapfiiiis i'dl) civisgebildet ist.

nti. l nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η I c h η e t , ciafe der Zapfen C 31 > an dem der Auslaßseite

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des beweglichen Ventilgliedes (23) benachbarten Ende kegelförmig gestaltet ist.

6. Druckminderventil nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet» daß das ungedämpfte Federglied (23) an das bewegliche Ventilglied (23) angrenzend angeordnet isto

7 ο Druckminderventil nach Anspruch 3 bis 6» dadurch g e kennzeichnet , daß die Drosselßtelle durch einen Ringraum zwischen dem äußeren Rand des Flansches (32) und der Innenwandung des Hohlraumes (33,3H) gebildet ist*

8, Druckminderventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Federeinrichtung hintereinanderliegende Federglieder umfaßt.

9. Druckminderventil nach Anspruch i bis 8, dadurch ge« kennzeichnet, daß die Federglieder in den zylindrischen, einseitig offenen Hohlraum (33,34) eines Ventilgehäuses (15) untergebracht sind, daß ein Ventilsitzteil (16) in das offene Ende des Ventilgehäuses (15) dichtsitzend eingesetzt ist, daß das bewegliche Ventilglied (23) in das Ventilsitzteil (16) eingesetzt ist und nit seinem einen_r konischen Ende (27) gegen einen Ventilsitz (22) vorgespannt ist, der auf der Einlaßseite (11) des Druckminderventils liegt, daß das bewegliche Ventil™ glied (23) an seinen anderen Ende an dem ungedämpften Federglied (29) anliegt, und daß das Ventilgehäuse (15) im Bereich der Auslaökammer (12) Querbohrungen (20) aufweist.

10 ο Druckminderventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegliche Ventilglied (23) an der dem Federglied zugewandten Seite Ausnehmungen (25) aufweist_e

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