DE2403007A1

DE2403007A1 - Vorgesteuertes druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE2403007A1
Application number: DE2403007A
Authority: DE
Inventors: Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1974-01-23
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1975-10-16
Also published as: YU36810B; YU14975A; DE2403007C2; AR203416A1

Description

Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Im Gegensatz zu direktgesteuerten Ventilen gewährleisten Druckbegrenzungsventile mit Vorsteuerung eine wirksame Dmpfung und geringe Stromabhängigkeit.
Vorgesteuerte Druckbegre-nzutlgsventile bekannter Bauart weisen im allgemeinen einen durch eine Feder belasteten Ventilkolben und ein durch eine zweite Feder belastetes VorsteuerventiL auf. Ein derartiges Druckbegrenzungsventil ist beispielsweise in der DT-OS 1 55 290 als Stromregelventil in einer Pumpe angeordnet. In diesem Ventil werden ebenfalls zwei Federn für den Ventilkolben und das Vorsteuerventil benötigt. Durch einen im Gehäuse liegenden Steuerkanal, der Druckmittel vom Zulaufanschluß des Ventils in den Federraum an der Rückseite dec Ventilkolbens leitet, ergibt sich zusätzlich ein relativ großer Raumbedarf für den Einbau derartiger Druckbegrenzungsventile.
Für den Einbau in rumren und anderen Hydraulikaggregaten steht jedoch im allgemeinen,nur ein stark begrenzter Einbauraum zur Verfügung.
Der Erfindung liegt deshalb-die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das ohne großen Raumbedarf und ohne großen Aufwand für den Einbau in Hydraulikpumpen und Hydraulikanlagen mit nur geringem Einbauraum geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche angeführten Merkmale gelöst.
Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeit Fig. 1 einen l.angsschnitt durch ein Druckbegrenzungsventil der erfindungsgemäßen Art in einer prinzipiellen Anordnung; Fig. 2 bis Fig. 8 Ausführungsbeispiele des Druckbegrenzungsventils.
In der Zeichnung und in der Beschreibung sind einander entsprechende Teile der einzelnen Ausführungsbeispiele mit der Nummer der Figur entsprechenden Anfangsziffern versehen. Für nicht bezifferte und beschriebene Teile einzelner Ausführungsbeispiele gilt die Beschreit)ung bei den anderen Beispielen.
Ein als Druckwaage wirkender Ventilkolben 1 ist in einem Gehäuse 2 axial verschiebbar angeordnet. Das Gehause 2 weist einen zu der einen Stirn seite 3 des Ventilkolbens 1 führenden Zulaufanschluß 4 und einen RücklaufanscE'luß 5 auf. Eine Druckfeder 6 ist in einem der Stirnseite 3 abgewandten Federraum 7 angeordnet. In dem Ventilkolben 1 ist ein Vorsteuerventil 8 in der Form eines durch die Druckfeder 6 belasteten Stufenventils mit einem Stufenkolben 9 angeordnet.
Eine in dem Stufenkolben 9 liegende Drosselbohrung 10 verbindet den Zulaufanschlufl 4 mit dem Federraum 7, so daß an den beiden gleich großen Stirnflächen des Ventilkolbens 1 und an den beiden unterschiedlich großen Stirnflbchen des Stufenkolbens 9 der gleiche Druck herrscht.
Die zwischen den beiden Stirnflächen des Stufenkolbens 9 liegende Differenzflache 11 ist über eine Querbohrung 12, in dem Ventilkolben 1 mit dem Rücklaufanschluß 5 verbunden.
In der in Fig. 1 dargestellten Neutralstellung des Ventils werden der Stufenkolben 9 durch die Druckfeder 6 und dadurch auch der Ventilkolben 1 in ihren gezeigten Endstellungen gehalten. Übersteigt der Druck in dem Zulaufanschluß 4 einen bestimmten, aus der Größe der Kraft der Druckfeder 6 und aus der Größe der Differenzfläche 11 resultierenden Wert, so wird der Stufenkolben 9 aus seiner gezeigten Lage nach rechts verschoben bis der Federraum 7 über eine an dem Stufenkolben 9 angeordnete Steuerkante 13 und die Querbohrung 12 mit dem Rücklaufanschluß 5 verbunden ist. Der Druck in dem Federraum 7 vermindert sich, so daß der Druck auf die Stirnfläche 3 des Ventilkolbens 1 überwiegt und der Ventilkolben 1 ebenfalls gegen die Kraft der Druckfeder 6 nach rechts verschoben wird. Dadurch wird eine direkte Verbindung von dem Zulaufanschluß 4 zu dem Rücklaufanschluß 5 hergestellt.
Ein Ausführungsbeispiel dieser prinzipiellen Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Stufenkolben 9 aus Fig. 1 ist durch einen einfacheren Kolben 14 mit einem stiftartigen Fortsatz 15 und durch eine Kugel 16 mit einem Ventilsitz 17 in dem Ventilkolben 201 ersetzt.
Diese Teile sind leichter herstellbar und bieten eine bessere Dichtwirkung.
Die Wirkung des Vorsteuerventils 208 als Stufenventil wird dadurch erreicht, daß die Querschnittsfläche des Kolbens 14 größer ausgeführt ist als die Querschnittsfläche des Ventilsitzes 17. Die Querschnittsfläche des Kolbens 14 entspricht also der größeren Querschnittsfläche des Stufenventils, während die Querschnittsfläche des Ventilsitzes 17 der kleineren Querschnittsfläche des Stufenventils entspricht. Die Kugel 16 wird über einen Federteller 18 durch'die Druckfeder 206 auf den Ventilsitz 17 an dem Ventilkolben 201 gedrückt. Eine Drosselbohrung 210 verbindet den Zulaufanschluß 4 mit dem Federraum 207.
Wegen des hohen Differenzdruckes und des geringen Druckmitteldurchsatzes an dem Ventilsitz 17 wird nur ein sehr kleiner Weg der Kugel 16 und damit auch des Kolbens 14 zur Betätigung des Vorsteuerventils 208 benötigt. Es ist deshalb möglich, die Abdichtung des Kolbens 14 in der Bohrung 19 des Ventilkolbens 201 durch eine Scheibe 20 aus hochviskosem Kunststoff zu erreichen. Diese Scheibe 20 wird durch ihre radiale Vorspannung an einer axialen Verschiebung in der Bohrung 19 gehindert, so daß der Druck in dem Zulaufanschluß 4 ohne Reibungsverluste nur durch die Elastizität der Scheibe 20 auf den Kolben 14 des Vorsteuerventils 208 übertragen wird.
Im allgemeinen genügt die Scheibe'20 für die Sicherung des Kolbens 14 gegen Herausfallen aus der Bohrung 19 des Ventilkolbens 201. Für Einbaufälle, bei denen ein Ansteigen der Druckhöhe in dem Rücklaufanschluß über die Höhe des Druckes in dem Zulaufanschluß 4 möglich ist, wird die Scheibe 20 zusätzlich durch eine in der,Zeichnung nicht dargestellte - beispielsweise eingerollte -Stützscheibe gesichert.
Die Abdichtung der Bohrung 19 durch die Scheibe 20 ermöglicht eine größere Paßtoleranz zwischen der Bohrung 19 und dem Kolben 14, so daß sich daraus eine Vereinfachung bei der Fertigung ergibt.
Da durch die Anordnung der Kunststoffscheibe 20 in der Bohrung 19 eine Leckströmung an dem Kolben 14 fehlt, wird ein hydraulisches Verklemmen verhindert. Dadurch wird die Ansprechgenauigkeit des Vorsteuerventils 208 erhöht. Gleichzeitig kann auf zusitzliche Entlastungsrillen indem Kolben 14 verzichtet werden.
Das ganze Druckbegrenzungsventil wird zweckmäßigerweise in einer Einschraubpatrone 21 angeordnet. Diese Einschraubpatrone 21 kann in verschiedene Aggregate eingeschraubt werden, ohne daß eine genaue Bearbeitung von Paßbohrungen im Gehäuse erforderlich wäre. Dadurch ergibt sich außerdem eine leichte Austauschbarkeit des Ventils.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils zeigt Fig. 3. Wie oben bereits beschrieben, wird das Vorsteuerventil 20t) nur von einem sehr kleinen Druckmittelstrom durchflossen, der nur einen sehr geringen ilub der Kugel 16 und damit einen sehr kleinen Öffnungsspalt zwischen Kugel 16 und Ventilsitz 17 bedingt. Durch seine Kleinheit wirkt der Spalt wie ein sehr feines Spaltfilter, das kleine, im Druckmittel enthaltene Schmutzpartikel ausfiltert. Diese Schmutzteilchen können sich an der Dichtkante des Ventilsitzes 17 absetzen und zu einer Undichtheit des Vorsteuerventils und zu einem daraus folgenden ungenügenden Schließdruck des Ventilkolbens 201 führen.
Zwischen dem Zulaufanschluß 4 und der Drosselbohrung 310 ist deshalb ein Filter 22 angeordnet, das von einem Rohrstück 23 umschlossen ist. Zur Erreichung einer guten Filterwirkung wird ein engmaschige s Filtermaterial verwendet. Ein dadurch bewirktes stärkeres Druckgefälle ist ohne Bedeutung, da nur ein kleiner Druchnittelstrom durch die Drosselbohrung 310 fließt. Ein derartiges Filter läßt sich auch ei den anderen Ausführungsbeispielen anwenden.
Abweichend von der Ausführung nach Fig. 2 ist bei dem Vorsteuerventil 308 die Kugel 16 durch ein Kegelventil 24 ersetzt. Der Kegel 24 neigt weniger zum Schwingen als eine Kugel. Ein stiftförmiger Fortsatz 315 ist mit dem Kegel 24 verbunden. Es ist deshalb möglich, für den Kolben 314 eine serienmäßige liagernadel zu verwenden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, zeigt Fig. 4. Der Ventilsitz 417 des Kegelventils 424 wird durch einen im Ventilkolben 401 einsetzbaren Ring 25 gebildet. Dieser Ring 25 begrenzt die kleinere Querschnittsfläche des S-tufenventils in radialer Richtung. Durch die zweiteilige Bauart des Ventilsitzes 417 in dem Ventilkolben 401 ist eine sehr genaue Herstellung des Ventilsitzes möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird die größere Querschnittsfläche des Stufenventils durch ein Sitzventil 524 und die kleinere Querschnittsfläche durch einen Kolben 514 gebildet. Der Kolben 514 ist in einem im Ventilkolben 5(31 angeordneten Ring 525 geführt. Die Drosselbohrung 510 ist in Anströmrichtung vor dem Vorsteuerventil 508 angeordiet. Eine Bohrung 26 verbindet die beiden Stirnseiten des Vorsteuerventils 508 miteinander, so daß vor und hinter dem Vorsteuerventil 508 der gleiche gedrosselte Druck herrscht. Das Sitzventil 524 wird bei diesem Ausführungsbeispiel von innen nach außen durchströmt. Dadurch wird bei einem Verschleiß des Ventilsitzes 517 und der daraus folgenden Vergrößerung der wirksamen Querschnittsfläche mit dem abfallenden Öffnungsdruck des Vorsteuerventils 508 eine höhere Sicherheit gewährleistet.
Fig. 6 zeigt eine gegenüber Fig. 5 vereinfachte Ausführungsform. Der einteilige Stufen kolben mit dem Ventilsitz 524 und dem Kolben 514 wird hierbei ersetzt durch ein Sitzventil 624 in der Form einer Kugel und einen Kolben 614 in der Form einer Walze oder einer Lagernadel.
Der Kolben 614 ist in einem Ring 625 geführt. Die Drosselbohrung 610 ist in einer Drosselkappe 27 vor dem Vorsteuerventil 608 angeordnet.
Die Bohrung 626 dient gleichzeitig als Ausgleichsbohrung für das Becköl an dem Kolben 614 und dem Ventilkolben 601 und als Dämpfungsbohrung für den Ventilkolben 601.
An dem Federraum 607 ist eine Anschlußbohrung 28 für eine nicht dargestellte Fernsteuereinrichtung angeordnet.
Eine Fernsteuerung des Druckbegrenzungsventils, die bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen des Ventils anwendbar ist, wird dadurch erreicht, daß der Federraum 607 über die Fernsteuereinrichtung, beispielsweise ein einfaches Schaltventil, mit einem nicht dargestellfflen Druckmittelbehilter verbunden wird.
Das Vorsteuerventil 708 der Fig. 7 eist sowohl an seiner größeren als auch an seiner kleineren Querschnittsflache einen Kolben 714a und 714b auf. Die Drosselbohrung 710 ist in der Drosselkap"e 727 v-or dem Vorsteuerventil 708 angeordnet.
In Fig. 63 ist das Vorsteuervenil 808 in der Einschraubpatrone 821 angeordnet. Eine derartige Anordnung ist grundsätzlich auch bei den anderen dargestellten Ausführungsbeispielen möglich.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen vorgesteuerten Druckbegrenzungsventilen nimmt bei dem erfindungsgemäßen Ventil mit zunehmender Verschiebung des Ventilkolbens die Vorspannung des Vorsteuerventils zu. Dadurch erhält man je nach der Große der Federkonstante der Druckfeder eine rnit dem Abregelstrom ansteigende Kennlinie. Dieser Anstieg ist dabei durch die Dimensionierung der Druckfeder und des Öffnungsquerschnittes der durch den Ventilkolben gebildeten Druckwaage in weiten Grenzen frei wählbar.
Diese Eigenschaft ist für das dynamische Verhalten 'des Ventils sehr vorteilhaft, da sie einem angeschlossenen Regelkreis Rückwirkungsverhalten vermittelt. Damit lassen sich ohne besondere Dämpfungsmaßnahmen Schwingungen sehr wirkungsvoll unterdrücken.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils ist dessen Vereinfachung und Verkleinerung durch den Fortfall einer zweiten Feder und eines besonderen Verbindungskanals.

Claims

Patentansprüche

W Druckbegrcnzungsventil mit je einem durch einen federbelasteten Ventilkolben voneinander trennbaren Zulauf- und Rücklaufanschluß und mit einem Vorsteuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (8, 208, 308, 508, 708, 8(38) als Stufenventil ausgebildet ist, dessen an seinen Stirnseiten liegende große und kleine Querschnittsflächen miteinander und mit dem Zulaufanschluß (4) direkt bzw. über eine Drosselbohrung (10, 210, 310, 510, 610, 710) verbunden sind und dessen zwischen den Stirn flächen liegende Differenzfläche (11) mit dem Rücklaufanschluß (5) verbunden ist.
2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Querschnittsfläche des Stufenventils mit dem Zulaufanschluß (4) verbunden ist, während die kleinere Querschnittsfläche des Stufenventils mit dem Federraum (7, 207, 50'l, 6(3)') verbunden ist und die Druckfeder (6, 206, 306) an der kleineren. Querschnittsfläche des Stufenventils angreift.
3. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Querschnittsfläche des Stufenventils über eine Drosselbohrung (510, 610, 710) mit dem Zulaufanschluß (4) verbunden ist, während die kleinere Querschnittsfläche des Stufenventils direkt mit dem Federraum (7, 207, 707, 607) verbunden ist.
4. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größere und die kleinere Querschnittsfläche des Stufenventils durch je einen Kolben (714a, 71db) gebildet werden.
5. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Querschnittsfläche des Stufenventils durch einen Kolben (14, 314) und die kleinere Querschnittsfläche durch ein Sitzventil (16 und 17, 24, 417 und 424) gebildet werden.
6. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Querschnittsfläche des Stufenventils durch ein Sitzventil (517 und 524, 624) und die kleinere Querschnittsfläche durch einen Kolben (514, 614) gebildet werden.
7. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Querschnittsfläche des Stufenventils in radialer Richtung durch einen im Ventilkolben (401, 501, 601) einsetzbaren Ring (25, 525, 625) begrenzt ist.
8. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Bohrung (19) des Stufenventils durch eine Kunststoffscheibe (20) verschlossen ist.
9. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zulaufanschluß (4) und der Drosselbohrung (310) ein Filter (22) angeordnet; ist.
10. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil in ei.ner Einschraubpatrone (21) angeordnet ist.
11. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 1(3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil im Ventilkolben (1, 201, 301, 401, 501, 601) angeordnet ist.
12. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (808) in der Ein schraubpatrone (821) angeordnet is-t.
13. Druckbegrenzungsven til nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dn.P der Federraum (607) mit einer Anschlußbohrung (28) zur Fernbetätigung verbunden ist.

L e e r s e i t e