DE2339592C3

DE2339592C3 - Druckventil

Info

Publication number: DE2339592C3
Application number: DE19732339592
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dick; Lothar Ochs
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1973-08-04
Filing date: 1973-08-04
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2339592A1; DE2339592B2

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 wird stets der Druck auf der Eingangsscite 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 hei Erreichen eines bestimmten Eingangsdruckes durch üffnen des Ausganges den Weg zu einem Druckmittelverbraucher 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 werden, daß die Druckquelle,z. B. eine hydrostatische Pumpe, von der Fahrzeugantriebsmaschine mit wechselnder Drehzahl S 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 Oberbegriff 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.

is 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 offensichtlich 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

as oder des Gases beginnend vom DUsenauslaß entlang der Kegelmantelfläcite 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 wirkende 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 Führungsgrößc

Aufgrund dieser Überlegung gelangten die Erfinder zu der weiteren Erkenntnis, da'A 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 Ventilkörper 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 (DE-PS 8 99 887, US-PS 27 88 800), deren Ventilkörper mit gleichbleibendem Querschnitt ausgeführt sind. Der Ventilkörper ist dort ebenfalls koaxial zu einem Kanalstück angeordnet und zum Steuern des Auslassen» 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 EingRngsdruck und in der Bewegungsrichtung »Schließen« durch eine von einer Führungsgröße abhängende Kraft beaufschlabar. Jedoch fehlt bei den bekannten Ventilen eine an das Kanalstück anschlie-

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ßende Entspannungskammer. Statt dessen sind dort Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfot-

an das Kanalstück lediglich radiale Öffnungen mit gend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

verhältnismäßig kleinem Querschnitt angeschlossen. Fig. 1 ein Druckbegrenzungsventil mit elektrischer

Demnach kann dort das Kanalstück nicht die Wirkung Fernsteuerung im Längsschnitt

einer Düse haben. Schon aus diesen Gründen kann 5 Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch ein gegenüber

die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe mit den Fig. I abgewandeltes Ventil,

bekannten Druckventilen nicht gelöst werden. Fig. 3 eine weitere Abwandlung des Ventils nach

Es ist noch 2-j bemerken, daß bei dem erfindungs- Fig. I, ebenfalls im Längsschnitt, und
gemäßen Druckventil der Ventilkörper in die Düse Fig. 4 bis 6 unterschiedliche Formen des Ventileintauchen kann; d. h. es handelt sich hier gattungsgc- >° körpers für die Ventile nach Fig. I bis 3.
maß um ein Kolbenventil. Bekannte, als Kolbenventil Das in Fig. 1 dargestellte Druckbegrenzungsventil ausgebildete Druckventile (DE-AS 2019 345 und weist ein im wesentlichen zweiteiliges Ge-DE-OS 21 04 999) unterscheiden sich jedoch von dem häusc 10, 11 mit einem Gehäuseoberteil 10 und eierfindungsgemäßen Druckventil dadurch, daß das nem Gehäuseunterteil 11 auf. Das Gehäuseober-Druckmittel seitlich einer im Gehäuse befindlichen >5 teil 10 besitzt einen zentralen Eingangskanal 12, der und den Kolben umgebenden Ringnut zugeführt wird. sich zu einer Düse 13 verengt. Diese mündet in eine An diese Ringnut schließt sich einerseits eine zur sogenannte Entspannungskammer 14, die über mch-Drucksteuerung dienende Steuerkante und anderer- rerc den Eingangskanal 12 umgebende und als Aussei ts ein zum Abdichten der Ringnut gegenüber dem lasse dienende Bohrungen 15 mit '::r Außenluft in anschließenden drucklosen Raum dienender Dich 2° Verbindung steht. (Vor diesen Bohrenden sind in der tungsspaltan. In diesen Dichtungsspalt dringen häufig Zeichnung nur zwei sichtbar.) Die das Ventil durch-(aufgrund des mitunter sehr hohen Druckunt<:rschie- strömende Flüssigkeit (oder das Gas) wird somit um des zwischen der Ringnut und dem anschließenden etwa 180° umgelenkt. Auf der den Auslaßbobrun-Raum) Verunreinigungen ein, die hohe Reibung ver- gen 15 gegenüberliegenden Seite ist die Entspanursachen, woraus ebenfalls Störkräfte resultieren. »5 nungskammcr 14 durch ein feststehendes Gehäuse-

Bei der erfindungsgemäßen Ventilbauweise beseht teil 16 begrenzt, welches nur aus Fertigungsgründen die Gefahr des Entstehens solcher Reibungskräfte vom übrigen Gehäuseoberteil getrennt hergestellt und nicht; denn hier ist der Unterschied zwischen den in dieses eingepreßt ist. Das feststehende Gehäuse-Drücken, die zu beiden Seiten des die Gleitführung teil 16 besitzt eine zur Düse 13 koaxiale Bohrung 19, umfassenden Gehäuseteils herrschen, wesentlich klei- 3» in der ein Ventilkörper 17, auch Prallkolben genannt, ncr als der obengenannte, bei dem bekannten Druck- gleitend geführt ist.

ventil auftretende Druckunterschied. In der Regel Um das Ventil zu schließen, kann der Ventilkör-

wird man sogar erwarten können, daß bei der erfin- per 17 ein kleines Stück in den Auslaß der Düse 13

dungsgemäßen Bauweise der Druckunterschied an eintauchen, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

beiden Enden der Gleitführung gleich Null ist; denn 35 Die beiden Gehäuseteile 10, 11 sind aus gut ma·

um düsenseitigen Ende des Gleitführungs-Spaltes gnetisierbarem Werkstoff, z. B. aus Gußeisen herge-

wird sich die Flüssigkeit oder das Gas bereits bis auf stellt, innerhalb derselben ist eine Magnetspule ?Λ an-

den Atmosphärendruck entspannt haben, auf den geordnet. Das Gehäuseoberteil 10 erstreckt sich dabei

gleichen Dr ck also, der auch am anderen Ende des mit dem die Gleitführung für den Ventilkörper 17

Gleitführungsspaltes herrscht. «o umfassenden Gehäuseteil 16 etwa bis zur Hälfte in

Die Ausbildung des Elektromagneten gemäß Teil b das Innere der Magnetspule 20 hinein. In die andere des Patentanspruches (wie an sich bekannt aus DE-AS Hälfte des Innenraumes der Magnetspule erstreckt 2019 345) trägt wesentlich zum Erzielen des ge- sich ein Magnetanker 21, der im Gehäuscuntcrteil 11 wünschten Erfolges bei. Da nämlich die Ankeran- gleitend geführt ist, und zwar parallel zur Bewegungszugskraft unabhängig von der Stellung des Ankers in- 45 richtung des Ventilkörpers 17.
ncrhalb der Ankerhubstrecke cinrcgelbar ist, wird die Der aus nichtmagnetisicrbarcm Werkstoff hergebe i dem eingangs genannten bekannten Druckventil stellte Ventilkörper 17 ragt mit seinem der Düse 13 zu beobachtende magnetische Hysterese beseitigt. entgegengesetzten Ende über das feststehende Gc-Ferner kann durch eine zweckentsprechende Wahl der häuseteil 16 hinaus in den Innenraum der Magnet-Frequenz der Spulenspannung dem Ventilkörper eine 5» spule 20 hinein; er besitzt dort einen Bund 22, mit entsprechende Schwingbewegung aufgeprägt werden, dem er am Magnetanker 21 anliegt und der den Vei wodurch eine etwa noch vorhandene Haftreibung auf- schiebcwcg des Vcntilkörpers und des Magnetankers gehoben wird; d. h. eine etwa vorhandene m:chani- in Richtung zur Düse hin begrenzt, so daß zwischen sehe Hysterese wird ebenfalls beseitigt. Magnetanker und Gehäuseoberteil ein Spalt 23 von

Zwar ist ein elektrohydraulisches Druckregelventil 55 einer gewissen Mindestdicke verbleibt. Zweckmäßig bekannt (DE-AS 12 73 945), bei dem ebenfalls Maß- ist der Elektromagnet 20gemäß DT-AS 2019345 mit nahmen zur Beseitigung von Hysterese getroffen sind. einer Meßeinrichtung für die Feldstärke des jeweils Aufgrund der verwendeten Formen für den Ventil- in dem Spalt vorhandenen Magnetfeldes ausgerüstet; körper (Kugel bzw. Kegel) dürfte dort aber der einzu- hierzu kann ein sogenannter Hallgcnerator verwendet stellende Druck in erheblichem Maße Von der Durch- 60 werden, der in der Zeichnung mit 24 bezeichnet ist. flußmenge abhängen, genauso wie dies bei dem Das Druckmittel, dessen Druck durch das Druckeingangs beschriebenen bekannten Druckventil der bcgrenzungsvcntil geregelt werden soll, wird durch Fall ist. Ein besonderer Nachteil liegt dort darin, daß den Eingangskanal 12zugeführt. Der Druck wirkt auf die rund um den Ventilkörper aus der Düse ausströ- die Stirnfläche des Vrntilkörpers 17 in Richtung öffmende Flüssigkeit auf der Ankeroberfläche umge- «s nen. Gleichzeitig übt der Magnetanker 21 eine der lenkt wird, und daß som<* auf den Anker hydraulische Führungsgröße entsprechende Kraft in Richtung Kräfte ausgeübt werden, deren Größe von der Durch- Schließen auf den Ventilkörper aus. Übersteigt der flußmenge abhängt. Druck im Eingangskanal 12 den durch die Führungs-

größe vorgegebenen Wert, so UiUi der Ventilkörper aus der Düse Druckmittel ausströmen, welches sich hierbei entspannt und das Ventil durch die Auslässe 15 verläßt. Der in dem Druckmittel unmittelbar nach dem Verlassen der Düse noch vorhandene Rcstdruck, dessen Höhe von dei Durchflußmcngc 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 /wischen dem Spalt 23 und der Umgebung des Druckbegrenzungsventil. Zur Dämpfung der Bewegungen des Ventilkörpers 17 und des Magnetankers kann diese Flohrune 25 mit einer Drossel versehen werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F-'ig. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach ('ig. 1 dadurch, daß die Enfspannungskammcr 14<jcinc größere Höhe besitzt und nur ein cin/.igcr 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 F-ig. 5 bei dem Ventilkörper 57 dargestellt - eine konische Verjüngung vorgesehen werden.

Wie schon oben erläutert, wirkt in I-'ig. 1 die Magnetkraft in Richtung »Schließen« auf den Ventilkörper 17, und zwar entgegen der vom Druckmittel ausgeübten Druckkraft. Eine zusätzlich am Ventilkörper angreifende F^;cdcr 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 Gehäuseoberteil 30 und ein Gchäuscuntcrlcil 31 auf. Dk Form ties Eingangskanals 12, der Düse 13, der lint spannungskammcr 14, der Auslaßbohrungen 15 sowie des eingepreßten Gehäuseteils 16 und des Ventil körpers 17 ist gegenüber l^;ig. I unverändert. Die Magnetspule 40 isl aber nunmehr in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuseteil 16 versetzt angeordnet. In das Gchäuscobcrtcil 30 ist anschließend an das Teil 16 ein Lagerring 32 eingesetzt, der sich in das

• α Innere der Magnetspule 40 erstreckt und zur Führung des Magnetankers 41 dient. Zwischen dem Gehäuscuntcrtcil und dem Magnetanker 41 ist die genannte Feder 39 eingespannt; diese drückt den Anker gegen den Ventilkörper 17, so daß dieser bei nicht erregter

is Magnetspule 40 de η Auslaß der Düse 13 absperrt, wie in Fig. 13 dargcsk ¹Il. Bei erregter Magnetspule wird der Anker 41 in Richtung zum Gehäuseunterteil 31 howrot Auf ilircrm i«t 7iir Ilrorfn7iino t\t*K Ankct.

ο - -- — - σ- c — ■ ■ ■

Vcrschicbcwcgcs ein aus nichtmagnctisicrbarcrn

ao Werkstoff bestehendes Einsatzstück 33 angeordnet welches zugleich zur Zentrierung der l-'edcr 39 unil zum Schütze des llallgcncrators 24 dient. Zum Zwecke des Druckausgleichs zwischen dem Innenraum der Magnetspule 40 und der Umgebung de>

»5 Ventils ist eine Bohrung 45 vorgesehen mit einer ir dem Einsatzstück 33 angeordneten Drosselbohrung Das Gchä'isc 30, 31 und der Lagerring 32 bestchcr aus gut magnetisicrbarcm Werkstoff. Das eingepreßte, feststehende Gehäuseteil 16 muß jedoch, abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 au; nichtmagnctisicrbarcm Werkstoff hergestellt sein.

Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen verschiedene mögliche f-'ormen für den Ventilkörper 47, 57 bzw. 67. Die Anwendung einer gerundeten oder kegeligen Stirn fläche 48 bzw. 68 anstelle einer ebenen ist bei sämtlichen Vcntilausführungen nach F'ig. I 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 Führungsgrößc abhängigen Druckmittel-Druckes, mit einem Druckmittclkunul, der ein erstes, mit dem Eingang des Druckventil* 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 Venlilkörpcr, der zum Steuern des Auslasses der Düse in Achsrichtung durch den Anker eines Elektromagneten bewegbar ist und der in der Oewegungsi iefciung »Üffnen« 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 beaufschiagbar 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 Gleitfühidng mit gleichbleibendem oder sich verjüngendem Querschnitt ausgeführt 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 Führungsgrößc einregelbar ist.