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Druckbegrenzungsventil Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil
mit einstellbarem Offnungsdruck und einem gegen einen Ventilsitz anliegenden Ventilkegel.
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Bei bekannten Druckbegrenzungsventilen wird der Ventilkegel durch
eine Feder auf den Ventilsitz gedrückt. Bei zu großem Druck unter dem Ventilkegel
öffnet dieser entgegen der Federbelastung. Bei derartigen Druckbegrenzungsventilen
nimmt die Kraft, mit der der Ventilkegel gegen den Ventilsitz anliegt, mit größer
werdendem Druck unter dem Ventilkegel ab. Das Druckbegrenzungsventil wird somit
mit ansteigendem Druck undichter, was bewirkt, daß bereits vor Erreichen des jeweils
eingestellten Druckes, bis zu dem das
Ventil dicht sein sollte,
ein Teil des Druckmediums abströmt. Dies führt zu einem Teilverlust des dem jeweiligen
Verbraucher zugeführten Druckmediums.
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Zur Behebung dieses Nachteils liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bis zu
dem eingestellten Druck, bei dem ein Öffnen erfolgen soll, eine vollkommene Dichtigkeit
herrscht, und erst bei Erreichen des Druckes ein Öffnen erfolgt. Weiterhin soll
bei einem Absinken des Druckes unter den Einstelldruck ein sofortiges dichtes Schließen
erfolgen, so daß die bei herkömmlichen Druckbegrenzungsventilen vorhandenen Öffnungs-Schließdifferenzen
entfallen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Ventilkegel
ein den Schließhub begrenzendes Anschlagelement zugeordnet ist, und der Ventilsitz
und das Anschlagelement in Achsrichtung des Ventilkegels durch den Druck des Mediums
in einem zwischen dem Anschlagelement und dem Ventil sitz vorgesehenen Druckraum
in Andrückrichtung des Ventilkegels entgegen einer in Schließrichtung auf eine im
Verhältnis zum freien Öffnungsquerschnitt des Ventilsitzes vielfach größere wirksame
Kolbenfläche eines axial zum Ventilkegel angeordneten Kolbenelementes wirkenden
Vorspannkraft bewegbar zueinander angeordnet sind, und eine Einstelleinrichtung
für die Größe des Schließhubes und/oder die Größe der Vorspannkraft vorgesehen ist.
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Bei dieser Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise bei Ansteigen des
Druckes der Ventilkegel zunächst nach Art eines Rückschlagventiles durch den Druck
des Mediums gegen den Ventilsitz gedrückt, so daß bei größer werdendem Druck die
Dichtwirkung größer wird. Bei steigendem Druck wird die Kolbenfläche entgegen ihrer
Vorspannkraft bewegt.
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Dieser Bewegung kann der Ventilkegel so lange unter Dichtwirkung folgen,
bis der Schließhub des Ventilkegels durch das Anschlagelement begrenzt wird. Bis
dahin ist das Ventil dicht, und bei weiterem Ansteigen erfolgt ein Abheben des Ventilkegels
von dem Ventilsitz und damit ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils. Mit der Maßnahme,
die wirksame Kolbenfläche des Kolbenelementes vielfach größer als den freien Öffnungsquerschnitt
des Ventilsitzes zu gestalten, wird ein stabiler Einstelldruck erreicht, und der
nachteilige Einfluß des Öffnungsquerschnittes auf den Öffnungsdruck in geringen
Grenzen gehalten. Weiterhin werden dadurch Schwankungen des Einstelldruckes vermieden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Anschlagelement eine den Ventilkegel aufnehmende Führungsbüchse mit Anschlageinrichtungen
für entsprechende Anschläge des Ventilkegels aufweist, und in dem Anschlagelement
eine auf den Ventilkegel wirkende Vorspannfeder angeordnet ist. Diese Maßnahme weist
den Vorteil auf, daß die Anordnung des Druckbegrenzungsventils dadurch unabhängig
von der Einbaulage arbeiten kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Anschlagelement
durch
eine Einstelleinrichtung in Achsrichtung verstellbar angeordnet sein. Dies stellt
eine Möglichkeit für die Einstellung des Öffnungsdruckes dar.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
das Kolbenelement als Membran ausgebildet ist.
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Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Federmembran oder eine
vorgespannte Membran handeln. Als Alternative sieht die Erfindung weiterhin vor,
daß das Kolbenelement als in einer zylindrischen Bohrung dicht geführter Kolben
ausgeführt sein kann.
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Das Kolbenelement kann sowohl in der Ausgestaltung als Membran als
auch in der Ausgestaltung als Kolben den Ventilsitz aufweisen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
das Kolbenelement das Anschlagelement aufweist.
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Eine Ausführungsform für die Vorspannung des Kolbenelementes kann
in einer hierzu vorgesehenen Druckfeder bestehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
für die Vorspannung des Kolbenelementes ein Druckmedium vorzusehen. Ein solches
Druckmedium kann beispielsweise als Gaspolster ausgebildet sein.
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Es besteht auch die Möglichkeit, hierfür eine Druckflüssigkeit zu
verwenden. Um die Einstellung des Öffnungsdruckes fernsteuerbar zu gestalten, kann
vorgesehen sein, daß der Druck des Druckmediums steuerbar verändtrlich sein kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine hinstelleinrichtung
für die Vorspannkraft des Kolbenelementes vorgesehen sein. Dies stellt eine weitere
Möglichkeit für die einstellung des Öffnungsdruckes dar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Einstelleinrichtung
für den Ventilsitz in Achsrichtung vorgesehen sein. Auch dies stellt eine weitere
Einstellmöglichkeit für den Öffnungsdruck dar.
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Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil weist insbesondere den
Vorteil auf, daß es vor Erreichen des Öffnungsdrukkes keine Leckverluste zuläßt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. 5 zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch ein Druckbegrenzungsventil gemäß der Erfindung, bei dem das Kolbenelement
als Membran ausgebildet ist; Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für ein
weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Kolbenelement als federbelasteter Kolben
ausgebildet ist, und das Anschlagelement verstellbar ausgebildet ist; Fig. 3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel etwa entsprechend Fig. 2, wobei jedoch die Federvorspannung
auf den Kolben einstellbar ausgebildet ist;
Fig. 4 ein weiteres
Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils, wobei das Anschlagelement in dem
als Kolben ausgebildeten Kolbenelement vorgesehen ist, und die Vorspannung des Kolbens
einstellbar ist; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, ähnlich der in Fig. 4
gezeigten Anordnung, wobei der Ventilsitz in Achsrichtung einstellbar gestaltet
ist.
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Zur besseren Übersichtlichkeit sind jeweils gleiche bzw.
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funktionsgleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In einem Gehäuse 1 sind jeweils ein Druckeintrittskanal 2 und eine Austrittsöffnung
3 für austretendes Druckmedium vorgesehen. In dem Gehäuse ist jeweils ein Ventilkegel
4 vorgesehen, welcher einen als Anschlag ausgebildeten Bund 5 aufweist. Der Ventilkegel
4 ist in einer Führung 6 zentrisch gelagert. Die Anordnung ist so getroffen, daß
das durch den Kanal 2 in einen Druckraum 7 eintretende Druckmedium in den von dem
Druckraum 7 aus gesehen hinter der Führung 6 liegenden Druckraum 8 eintreten kann.
Der Ventilkegel 4 ist über eine in dem Druckraum 8 angeordnete Vorspannfeder 9 an
der dem Ventilkegel 4 gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Druckraumes 8 abgestützt
bzw. vorgespannt. Der Ventilkegel liegt in der jeweils gezeigten Lage gegen einen
Ventilsitz 10 an. Für den Bund 5 des Ventilkegels 4 sind Anschlageinrichtungen 11
vorgesehen, die an bei den einzelnen Ausführungsbeispielen jeweils unterschiedlich
angeordneten Anschlagelementen vorgesehen sind.
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So ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein axial einstellbares
Anschlagelement 12 vorgesehen, dessen Einstellung über eine Spindel 13 an einem
Handrad 14 erfolgen kann. Als Kolbenelement ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
eine federelastische Membran 15 vorgesehen, die gegen einen Anschlagbund 16 abgestützt
ist.
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Das Anschlagelement 12 ist mittels Dichtungen 17 nach aussen hin abgedichtet.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist das
Kolbenelement als in einer zylindrischen Bohrung 18 dicht geführter und gegen einen
Anschlagbund 19a anliegender Kolben 19 ausgebildet, welcher über eine Druckfeder
20 gegen die Abschlußwand 21 des Gehäuses 1 abgestützt ist. Das in Fig. 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich demgegenüber im wesentlichen dadurch, daß
zur Druckverstellung die Vorspannkraft der Feder 20 einstellbar ist. Hierzu ist
vorgesehen, daß die Feder 20 gegen einen Federteller 22 anliegt, der über eine Spindel
23 und ein Handrad 24 axial einstellbar ist.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist das Kolbenelement als
Kolben 25 ausgebildet, welcher in einer zylindrischen Bohrung 26 dicht geführt ist,
gegen einen Anschlagbund 27 anliegt und auf der dem Anschlagbund 27 gegenüberliegenden
Seite durch eine Druckfeder 28 vorgespannt ist, welche wiederum gegen einen Federteller
22 anliegt, der, entsprechend der in
Fig. 3 gezeigten Ausführungsform,
über eine Spindel 23 und ein Handrad 24 axial einstellbar ist. Der Kolben 25 weist
in seinem Inneren die Führungsbüchse 6, den Innenraum 8 und die Anschlageinrichtungen
11 auf, in denen der Ventilkegel 4 mit dem Anschlagbund 5 unter Vor spannung der
Feder 9 angeordnet ist. Dementsprechend weist bei der Ausführungsform gemäß Fig.
4 der Kolben 25 das Anschlagelement auf.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform liegt die Druckfeder 28
gegen die Gehäusewand 29 an, und der Ventilsitz 10 ist an einem axial verstellbar
angeordneten Ventilsitzkörper 30 angeordnet, welcher gleichzeitig den Auslaßkanal
3 enthält.
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Die Funktion der in den Zeichnungen dargestellten Druckbegrenzungsventile
ist wie folgt. Der Druck des Mediums steht über den Kanal 2 in dem Druckraum 7 an.
Hierdurch wird der mittlere Bereich der gegen den Ringbund 16 anliegenden Federmembran
15 nach unten ausgelenkt. Dieser Bewegung folgt der Ventilkegel 4 infolge der Wirkung
der Vorspannfeder 9 und des in dem Raum 8 herrschenden Druckes des Mediums. Da der
Ventilkegel 4 der Membranbewegung folgt, bleibt der Ventilsitz 10 sicher geschlossen.
Wird die Membran 15 soweit nach unten ausgelenkt, daß der nachfolgende Ventilkegel
4 mit seinem Anschlagbund 5 gegen die Anschlageinrichtungen 11 des Anschlagelementes
12 zur Anlage kommt, ist eine weitere Nachf olgebewegung des Ventilkegels 4 nicht
möglich, und bei bei einer weiteren Drucksteigerung wird der Ventilsitz 10
geoffnet.
Das überschüssige Medium kann durch den Auslaß 3 abfließen. Der Abstand zwischen
dem Anschlagbund 5 und der Anschlageinrichtung 11 ist ein Maß für den Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils. Durch Verstellung dieses Abstandes kann daher der Öffnungsdruck
verstellt werden. Dies wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
dadurch erreicht, daß das Anschlagelement 12 mit den Anschlageinrichtungen 11 über
die spindel 13 und das Handrad 14 axial verstellbar im Gehäuse 1 angeordnet sind.
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Die Funktion der in Fig. 2 dargestellten Anordnung entspricht der
Funktion der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, wobei an die Stelle der Auslenkung
der Membran 15 eine axiale Bewegung des in der zylindrischen Bohrung 18 dicht geführten
Kolbens 19 tritt.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die .trt der Einstellung
des Öffnungsdruckes unterschiedlich zu der in Fig. 2 dargestellten AusfUhrungsform
gestaltet.
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Gemäß Fig. 3 ist nämlich die Anschlageinrichtung 11 ortsfest im Gehäuse
1 angeordnet, und die Einstellung des Öffnungsdruckes erfolgt über eine Einstellung
der Vorspannkraft der Feder 20 über den Federteller 22, die Spindel 23 und das Handrad
24. Die Funktion des Druckbegrenzungsventils ist im übrigen entsprechend.
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Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 4 drückt das Druckmedium in
dem Druckraum 7 bei einem Druckanstieg den Kolben
25 entsprechend
der zeichnerischen Darstellung entgegen der Vorspannung der Feder 28 nach oben.
Dabei bewegt sich der Ventilkegel 4 relativ zu dem Kolben 25 zunächst in gleichem
Maße nach unten, so daß der Ventilkegel 4 unverändert dicht gegen den Ventilsitz
10 angedrückt wird. Kommt der Anschlagbund 5 gegen das Anschlagelement 11 zur Anlage,
so wird bei einem weiteren Druckanstieg der Ventilkegel 4 mit dem Kolben 25 angehoben,
so daß sich der Ventilkegel dann vom Ventilsitz 10 abhebt und die Abflußöffnung
3 freigegeben wird. Die Einstellung des Öffnungsdruckes erfolgt wieder durch Verstellung
der Vorspannung der Feder 28 über den Federteller 22, die Spindel 23 und das Handrad
24.
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Die Funktion der in Fig. 5 dargestellten Anordnung entspricht mit
Ausnahme der Einstellung des Öffnungsdruckes dem in Fig. 4 dargestellten Druckbegrenzungsventil.
Der Öffnungsdruck wird bei der Anordnung gemäß Fig. 5 dadurch eingestellt, daß der
in einem Gewinde im Gehäuse 1 angeordnete Ventilsitzkörper 30 verdreht und damit
axial verstellt wird. Hierdurch wird eine Einstellung des freien Hubes des Kolbens
25 bis zur Anlage des Anschlagbundes 5 gegen die Anschlageinrichtungen 11 ermöglicht.
Bei einem darüber hinausgehenden Hub des Kolbens 25 durch weiteren Druckanstieg
wird der Ventilkegel 4 von seinem Sitz 10 abgehoben und dadurch die Abflußöffnung
3 freigegeben.
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Wie ersichtlich, ist bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen
die
vom Druckmedium im Druckraum 7 beauf schlagte wirksame Kolbenfläche der Membran
15 bzw. des Kolbens 19 bzw. 25 vielfach größer als der freie Öffnungsquerschnitt
des Ventilsitzes 10. Hierdurch wird erreicht, daß die von dem Kolbenelement ausgeübten
Öffnungskräfte im Vergleich zu der Schließkraft des Ventilkegels 4 sehr groß sind,
und am Ventilkegel 4 auftretende Strömungskräfte relativ klein sind. Bei dem Öffnungsvorgang
vermindert sich die wirksam beaufschlagte Kolbenfläche des Kolbenelementes um den
Betrag des Sitzquerschnittes, was eine entsprechende Druckminderung zur Folge hat.
Diese zwangsläufig auftretende Druckminderung wird durch die beschriebene Maßnahme
auf einen unschädlichen Wert reduziert. Beispielsweise kann ein Durchmesser des
Ventilsitzes d = 5mm bei einem Durchmesser des Kolbenelementes D = 50mm vorgesehen
sein. Bei diesen Abmessungen beträgt das Flächenverhältnis i der bei-52 1 den Flächen
= . Bei einem entsprechende Abmessuno2 - 100 gen aufweisenden Druckbegrenzungsventil
würde der Öffnungsdruck nach dem Öffnungsvorgang um nur 1 96 von seinem eingestellten
Wert absinken. Durch entsprechende Dimensionierung läßt sich dieser Wert noch weiter
reduzieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die Einstelleinrichtung elektromotorisch antreibbar ist. Dies ist besonders in den
Fällen zweckmäßig, bei denen sich die Einstelleinrichtung mit geringem Kraftaufwand
verstellen läßt, insbesondere bei den Ausgestaltungen, bei denen das Anschlagelement
einstellbar ist. Patentansprüche