DE2339592B2

DE2339592B2 - Druckventil

Info

Publication number: DE2339592B2
Application number: DE19732339592
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ochs Lothar 7920 Heidenheim Dick
Original assignee: Voith Getriebe KG, 7920 Heiden heim
Priority date: 1973-08-04
Filing date: 1973-08-04
Publication date: 1977-08-25
Also published as: DE2339592C3; DE2339592A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Ein solches Druckventil dient zum Herstellen eines von einer in der Regel variablen elektrischen Führungsgröße abhängigen hydraulischen oder pneumatischen Druckes. Hierbei vird stets der Druck auf der Eingangsseite des Druckventils beeinflußt. Vorzugsweise ist das Druckventil als ein sogenanntes Druckbegrenzungsventil oder Überströmventil ausgebildet. Das Druckventil kann jedoch zum Beispiel auch als ein sogenanntes Druckstufenventil ausgebildet sein, das den Eingangsdruck auf einen Wert begrenzt, der proportional einem Steuerdruck ist. Ferner ist die Erfindung anwendbar bei einem sogenannten Zuschaltventil, welches bei Erreichen eines bestimmten Eingangsdruckes durch öffnen des Ausganges den Weg zu einem Druck.Tiittelverbraucher freigibt.

Ein bekanntes Druckventil der obengenannten Art (»fluid«, Sept. 1972, Seite 94) hat den Nachteil, daß der einzustellende Druck nicht nur von der genannten Führungsgröße, sondern auch von anderen Größen abhängt, insbesondere von der Durchflußmenge im Druckventil. Eine Änderung der Durchflußmenge kann z. U. in hydraulischen Steuersystemen von Fahrzeuggetrieben dadurch verursacht weiden, daß die Diuckquelle, z. B, eine hydrostatische Pumpe, von der Fahrzeugantriebsmaschine mit wechselnder Drehzahl angetrieben wird. Dadurch ist es in solchen Getrieben sehr erschwert oder gar unmöglich, gewisse Vorgänge in Abhängigkeit von der Änderung eines Druckmittel-Druckes zu steuern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ίο das Druckventil nach dem Oberbegrilf des Patentanspruches dahingehend zu verbessern, daß der eingestellte Druck allein von der elektrischen Führungsgröße und nicht auch von anderen Größen, insbesondere nicht von der Durchflußmenge abhängig ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Die Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, daß bei dem bekannten Druckventil die Durchflußmengen-Abhängigkeit des eingestellten Druckes of-

fensichtlich dadurch verursacht wird, daß der größte Durchmesser des Ventilkörpers erheblich größer ist als der lichte Austrittsdurchmesser der Düse. Ist nämlich dieses als Kegelsitzventil ausgebildete Druckventil geöffnet, so erfolgt das Entspannen der Flüssigkeit

oder des Gases beginnend vom Düsenauslaß entlang der Kegelmantelfläche des Ventilkörpers. Dies hat zur Folge, daß der unmittelbar hinter dem Düsenauslaß zwar abnehmende, aber noch vorhandene Restdruck eine in axialer Richtung auf den Ventilkörper wirkeride Kraft verursacht, wobei sich diese sogenannte Restdruckkraft zu der vom Eingangsdruck ausgeübten Kraft addiert. Da die Höhe des genannten Restdrukkes von der Durchflußmenge abhängt, ändert sich also bei einer Schwankung der Durchflußmenge das Verhältnis zwischen dem einzustellenden Eingangsdruck und der Führungsgröße.

Aufgrund dieser Überlegung gelangten die Erfinder zu der weiteren Erkenntnis, daß zur Lösung der obengenannten Aufgabe der hinter dem Düsenauslaß noch wirksame und eine. Störgröße darstellende Restdruck vom Ventilkörper ferngehalten werden muß. Dies gelingt durch die im Teil a des Patentanspruches angegebene Gestaltung des Ventilkörpers. Hierdurch ist ausgeschlossen, daß der Restdruck in der gleichen Richtung wie der Eingangsdruck auf den Ventil körper wirkt. Er beaufschlagt vielmehr allein oder doch wenigstens überwiegend das die Gleitführung umfassende feste Gehäuseteil. Falls sich der Ventilkörper von seinem der Düse zugewandten Ende in Richtung zur Gleitführung verjüngt, so kann die Verjüngung aus Stabilitätsgründen nur schwach ausgebildet sein. Somit werden die in diesem Fall vom Restdruck auf den Ventilkörper ausgeübten axialen Kräfte nur klein sein; zudem sind dann diese Axialkräfte der Druckkraft des Eingangsdruckes entgegengerichtet.

Es sind zwar schon Druckventile bekannt (DT-PS 899887, US-PS 2788800), deren Ventilkörper mit gleichbleibendem Querschnitt ausgeführt sind. Der Ventilkörper ist dort ebenfalls koaxial zu einem Kanalstück angeordnet und zum Steuern des Auslassens dieses Kanalstückes in Achsrichtung bewegbar und in dem das Kanalstück bildenden Gehäuseteil gleitend geführt; ferner ist der Ventilkörper in der Bewegungsrichtung »öffnen« durch den in dem Kanalstück herrsehenden Eingangsdruck und in der Bewegungsrichtung »Schließen« durch eine von einer Führungsgröße abhängende Kraft beaufschlabar. Jedoch fehlt bei den bekannten Ventilen eine an das Kanalstück anschlie-

ltencle Entspannungskammer. Statt dessen sind dort un das Kunalstück lediglich radiale öffnungen mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt angeschlossen. Demnach kann dort das Kanalstück nicht die Wirkung einer Düse haben. Schon aus diesen Gründen kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe mit den bekannten Druckventilen nicht gelöst werden.

Es ist noch zu bemerken, daß bei dem erfindungsgemäßen Druckventil der Ventilkörper in die Düse eintauchen kann; d. h.es handelt sich hier gattungsgemäß um ein Kolbenventil. Bekannte, als Kolbenventil ausgebildete Druckventile (DT-AS 2019345 und DT-OS 2 104 999) unterscheiden sich jedoch von dem erfindungsgemäßcn Druckventil dadurch, daß das Druckmittel seitlich einer im Gehäuse befindlichen und den Kolben umgebenden Ringnut zugeführt wird. An diese Ringnut schließt sich einerseits eine zur Drucksteuerung dienende Steuerkante und andererseits ein zum Abdichten der Ringnut gegenüber dem anschließenden drucklosen Raum dienender Dichtungsspalt an. In diesen Dichtungsspalt dringen häufig (aufgrund des mitunter sehr hohen Druckunterschiedes zwischen der Ringnut und dem anschließenden Raum) Verunreinigungen ein, die hohe Reibung verursachen, woraus ebenfalls Störkräfte resultieren.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilbauweise beseht die Gefahr des Entstehens solcher Reibungskräfte nicht; denn hier ist der Unterschied zwischen den Drücken, die zu beiden Seiten des die Gleitführung umfassenden Gehäuseteils herrschen, wesentlich kleiner als der obengenannte, bei dem bekannten Druckventil auftretende Druckunterschied. In der Regel wird man sogar erwarten können, daß bei der erfindungsgemäßen Bauweise der Druckunterschied an beiden Enden der Gleitführung gleich Null ist; denn am düsenseitigen Ende des Gleitführungs-Spaltes wird sich die Flüssigkeit oder das Gas bereits bis auf den Atmosphärendruck entspannt haben, auf den gleichen Druck also, der auch am anderen Ende des Gleitführungsspaltes herrscht.

Die Ausbildung des Elektromagneten gemäß Teil b des Patentanspruches (wie an sich bekannt aus DT-AS 2019345) trägt wesentlich zum Erzielen des gewünschten Erfolges bei. Da nämlich die Ankeranzugskraft unabhängig von der Stellung des Ankers innerhalb der Ankerhubstrecke einregelbar ist, wird die bei dem eingangs genannten bekannten Druckventil zu beobachtende magnetische Hysterese beseitigt. Ferner kann durch eine zweckentsprechende Wahl der Frequenz der Spulenspannung dem Ventilkörper eine entsprechende Schwingbewegung aufgeprägt werden, wodurch eine etwa noch vorhandene Haftreibung aufgehoben wird; d. h. eine etwa vorhandene mechanische Hysterese wird ebenfalls beseitigt.

Zwar ist ein elektrohydraulisches Druckregelventil bekannt (DT-AS 1273945), bei dem ebenfalls Maßnahmen zur Beseitigung von Hysterese getroffen sind. Aufgrund der verwendeten Formen für den Ventilkörper (Kugel bzw. Kegel) dürfte dort aber der einzustellende Druck in erheblichem Maße von der Durchflußmenge abhängen, genauso wie dies bei dew, eingangs beschriebenen bekannten Druckventil der Fall ist. Ein besonderer Nachteil liegt dort darin, daß die rund um den Ventilkörper aus der Düse ausströmende Flüssigkeit auf der Ankeroberfläche umgelenkt wird, und daß somit auf den Anker hydraulische Kräfte ausgeübt werden, deren Größe von der Durchflußmenge abhängt.

Ausl'ührungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand dei Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Druckbegrenzungsventil mit elektrischer Fernsteuerung im Längsschnitt

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ventil,

Fig. 3 eine weitere Abwandlung des Ventils nach Fig. 1, ebenfalls im Längsschnitt, und

Fig. 4 bis 6 unterschiedliche Formen des Vontilkörpers für die Ventile nach Fig. 1 bis 3.

Das in Fig. I dargestellte Druckbegrenzungsventil weist ein im wesentlichen zweiteiliges Gehäuse 10, 11 mit einem Gehäuseoberteil 10 und einem Gehäuseunterteil ΪΙ auf. Das Gehäuseober-

¹S teil 10 besitzt einen zentralen Eingangskanal 12, der sich zu einer Düse 13 verengt. Diese mündet in eine sogenannte Entspannungskammer 14, die über mehrere den Eingangskanal 12 umgebende und als Auslässe dienende Bohrungen 15 mit der Außenluft in Verbindung steht. (Von diesen Bohrungen sind in der Zeichnung nur zwei sichtbar.) Die das Ventil durchströmende Flüssigkeit (oder das Gas) wird somit um etwa 180° umgelenkt. Auf der den Auslaßbohrungen 15 gegenüberliegenden Seite ist die Entspan-

²S nungskammer 14 durch ein feststehendes Gehäusete^:! 16 begrenzt, welches nur aus Fertigungsgründen vom übrigen Gehäuseoberteil getrennt hergestellt und in dieses eingepreßt ist. Das feststehende Gehäuseteil 16 besitzt eine zur Düse 13 koaxiale Bohrung 19, in der ein Ventilkörper 17, auch Prallkolben genannt, gleitend geführt ist.

Um das Ventil zu schließen, kann der Ventilkörper 17 ein kleines Stück in den Auslaß der Düse 13 eintauchen, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Die beiden Gehäuseteile 10, 11 sind aus gut magnetisierbarem Werkstoff, z. B. aus Gußeisen hergestellt, innerhalb derselben ist eine Magnetspule 20 angeordnet. Das Gehäuseoberteil 10 erstreckt sich dabei mit dem die Gleitführung für den Ventilkörper 17 umfassenden Gehäuseteil 16 etwa bis zur Hälfte in das Innere der Magnetspule 20 hinein. In die andere Hälfte des Innenraumes der Magnetspule erstreckt sich ein Magnetanker 21, der im Gehäuseunterteil 11 gleitend geführt ist, und zwar parallel zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 17.

Der aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellte Ventilkörper 17 ragt mit seinem der Düse 13 entgegengesetzten Ende über das feststehende Gehäuseteil 16 hinaus in den Innenraum der Magnetspule 20 hinein; er besitzt dort einen Bund 22, mit dem er am Magnetanker 21 anliegt und der den Verschiebeweg des Ventilkörpers und des Magnetankers in Richtung zur Düse hin begrenzt, so daß zwischen Magnetanker und Gehäuseoberteil ein Spalt 23 von einer gewissen Mindestdicke verbleibt. Zweckmäßig ist der Elektromagnet 20 gemäß DT-AS 2019345 mit einer Meßeinrichtung für die Feldstärke des jeweils in dem Spalt vorhandenen Magnetfeldes ausgerüstet; hierzu kann ein sogenannter Hallgenerator verwendet v/erden, der in der Zeichnung mit 24 bezeichnet ist. Das Druckmittel, dessen Druck durch das Druckbegrenzungsventil geregelt werden soll, wird durch den Eingangskanal 12 zugeführt. Der Druck wirkt auf die Stirnfläche des Ventilkörpers 17 in Richtung Öffmen. Gleichzeitig übt der Magnetanker 21 eine der Führungsgröße entsprechende Kraft in Richtung Schließen auf den Ventilkörper aus. Übersteigt der Druck im Eingangskanal 12 den durch die Führungs-

größe vorgegebenen Wert, so läßt der Ventilkörper aus der Düse Druckmittel ausströmen, welches sich hierbei entspannt und das Ventil durch die Auslässe IS verläßt. Der in dem Druckmittel unmittelbar nach dem Verlassen der Düse noch vorhandene Restdruck, dessen Höhe von der Durchflußmenge abhängt, wirkt in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers ausschließlich auf gehäusefeste Teile, insbesondere auf das Teil 16. Dadurch ist vermieden, daß sich der eingestellte Druck bei unterschiedlichen Durchflußmengen ändert.

Eine durch den Magnetanker 21 führende Bohrung 25 dient zum Druckausgleich zwischen dem Spalt 23 und der Umgebung des Druckbegrenzungsventils. Zur Dämpfung der Bewegungen des Ventilkörpers 17 und des Magnetankers kann diese Bohrung 25 mit einer Drossel versehen werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die Entspannungskammer 14a eine größere Höhe besitzt und nur ein einziger seitlicher Auslaßkanal 15a vorgesehen ist, wodurch das Gehäuseoberteil 10a einteilig ausgeführt werden kann. Ferner ist der Ventilkörper 27 im Bereich der Gleitführung 19 mit kleinerem Durchmesser ausgeführt als im Bereich der Düse 13a. Zwischen den beiden Bereichen kann ein Absatz oder

- wie in Fig. 5 bei dem Ventilkörper 57 dargestellt

- eine konische Verjüngung vorgesehen werden.
Wie schon oben erläutert, wirkt in Fig. 1 die Magnetkraft in Richtung »Schließen« auf den Ventilkörpcr 17, und zwar entgegen der vom Druckmittel ausgeübten Druckkraft. Eine zusätzlich am Ventilkörper angreifende Feder ist hierbei in der Regel nicht erforderlich. Im Gegensatz hierzu wirkt bei dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 eine Feder 39 in Richtung »Schließen«, während die Magnetkraft gemeinsam mit der Druckkraft in Richtung »öffnen« wirkt. Dieses Ventil weist wiederum ein Gehäuscoberteil 30 und ein Gehäuseunterteil 31 auf. Die Form des Eingangskanals 12, der Düse 13, der Entspannungskammer 14, der Auslaßbohrungen 15 sowie des eingepreßten Gehäuseteils 16 und des Ventilkörpers 17 ist gegenüber Fig. 1 unverändert. Die Magnetspule 40 ist aber nunmehr in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuseteil 16 versetzt angeordnet. In das Gehäuseoberteil 30 ist anschließend an das Teil 16 ein Lagerring 32 eingesetzt, der sich in das

»o Innere der Magnetspule 40 erstreckt und zur Führung des Magnetankers 41 dient. Zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Magnetanker 41 ist die genannte Feder 39 eingespannt; diese drückt den Anker gegen den Ventilkörper 17, so daß dieser bei nicht erregter Magnetspule 40 den Auslaß der Düse 13 absperrt, wie in Fig. 13 dargestellt. Bei erregter Magnetspule wird der Anker 41 in Richtung zum Gehäuseunterteil 31 bewegt. Auf diesem ist zur Begrenzung des Anker-Verschiebeweges ein aus nichtmagnetvsierbarem

ao Werkstoff bestehendes Einsatzstück 33 angeordnet, welches zugleich zur Zentrierung der Feder 39 und zum Schütze des Hallgenerators 24 dient. Zum Zwecke des Druckausgleichs zwischen dem Innenraum der Magnetspule 40 und der Umgebung des

as Ventils ist eine Bohrung 45 vorgesehen mit einer in dem Einsatzstück 33 angeordneten Drosselbohrung. Das Gehäuse 30, 31 und der Lagerring 32 bestehen aus gut magnetisicrbarem Werkstoff. Das eingepreßte, feststehende Gehäuseteil 16 muß jedoch, abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 aus nichtmagnctisicrbarem Werkstoff hergestellt sein.

Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen verschiedene mögliche Formen für den Ventilkörper 47,57 bzw. 67. Die Anwendung einer gerundeten oder kegeligen Stinifläche 48 bzw. 68 anstelle einer ebenen ist bei sämtlichen Vcntilausführungcn nach Fig. 1 bis 3 möglich. Ein sich in Richtung zur Gleitführung hin verjüngender Ventilkörper 57 kann bevorzugt bei dem Ventil nach Fig. 2 angewandt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Druckventil zum Einstellen eines von einer elektrischen Führungsgröße abhängigen Druckmittel-Druckes, mit einem Druckmittclkanal, der ein erstes, mit dem Eingang des Druckventils in Verbindung stehendes Kanalstück (»Düse«) und ein zweites, an das erste unmittelbar anschließendes Kanalstück (»Entspannungskammer«) aufweist, dessen Strömungsquerschnitt gegenüber dem ersten Kanalstück vergrößert ist, und mit einem zur Düse im wesentlichen koaxial angeordneten und in einem dem Düsenauslaß gegenüberliegenden festen Gehäuseteil gleitend geführten Ventilkörper, der zum Steuern des Auslasses der Düse in Achsrichtung durch den Anker eines Elektromagneten bewegbar ist und der in der Bewegungsrichtung »Öffnen« durch den in der Düse herrschenden Druck und in der Bewegungsrichtung »Schließen« durch eine vom Anker ausgeübte und von der genannten elektrischen Führungsgröße abhängende Kraft beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender teilweise an sich bekannter Merkmale:

a) die Querschnittsfläche des Ventilkörpers (17; 27; 47; 57; 67) an dessen der Düse (13, 13a) zugewandtem Ende sowie im Bereich der Gleitführung (19) ist höchstens gleich dem Austrittsquerschnitt der Düse, wobei der Ventilkörper von dem genannten Ende in Richtung zur Gleitführung mit gleichbleibendem oder sich verjüngendem Querschnitt zugeführt ist;

b) der Elektromagnet (20,21; 40,41) ist derart ausgebildet, daß seine Ankeranzugskraft unabhängig von der Stellung des Ankers innerhalb der Ankerhubstrecke, jedoch abhängig von der elektrischen Führungsgröße einregelbar ist.