DE2611336A1

DE2611336A1 - Ventil

Info

Publication number: DE2611336A1
Application number: DE19762611336
Authority: DE
Inventors: Gerald Dwain Hall
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1976-10-07
Also published as: US3987814A; FR2304842A1; BR7508775A; DE2611336C2; FR2304842B1; JPS51110725A; GB1486354A; CA1026643A; BE838821A; JPS6044541B2

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111. 61629, U.S.A.

Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein auf Strömungsmittel ansprechendes Freigabe- oder Überdruck-Ventil, und zwar insbesondere auf ein Kopfventil.

Unter Federdruck stehende Überdruckventile der Kopfbauart werden in einer Vielzahl von Hydraulikkreisen verwendet, sie besitzen aber häufig ein nicht stabiles Ansprechverhalten und sind durch Regulierprobleme gekennzeichnet. Im allgemeinen weisen diese Kopffreigabeventile einen Kolben mit einem konischen Kopf auf, wobei nach Erreichen eines vorbestimmten Öffnungsdrucks der Kolben sich bewegt und einen Strömungsmittelkonus durch eine ringförmige Zumeßöffnung eintreten läßt. Diese Zumeßöffnung steigt notwendigerweise in ihrer Größe bei höheren Strömungsmittelraten an, wobei die Vorspannfeder weiter zusammengedrückt werden muß

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und komplizierte Strömungsmittelauftreff- und Fließ-Kräfte auf den Kopf des KopfÜberdruckventils ausgeübt werden, was Stabilitäts- und Regulierungs-Probleme hervorruft.

In Verbindung mit den Stabilitätsproblemen ist ersichtlich, daß ein Kopfüberdruckventil schnell auf die verschiedenen Betriebsparameter ansprechen sollte, und zwar mit einem Minimum an Fluktuation. Unglücklicherweise wird ein relativ unregelmäßiger Betrieb oftmals bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsrate beobachtet. Beispielsweise ist das schnelle Schwingen dieser Kopfventile zwischen einer vollständig offenen Stellung und einer nahezu geschlossenen Stellung manchmal derart stark, daß die sich ergebenden Strömungs- und Druck-Schwankungen häufig hörbar werden. In anderen Fällen werden - obwohl man nichts hören kann - außerordentlich schnelle Druckänderungen vom angeschlossenen Kreis aufgenommen, was diesen schädlichen Wirkungen aussetzt.

Diese KopfÜberdruckventile sollten demnach eine verhältnismäßig flache gesteuerte Druck/Strömungsgeschwindigkeit-Kennlinie aufweisen. Diese Kennlinie der Eigenschaft wird als Druckregulierung bezeichnet und wird als die Druckänderung über den vollen Strömungsbereich hinweg definiert, und zwar ausgedrückt als ein Prozentsatz des Drucks bei maximaler Strömung oder wie folgt:

% Regulierung =

Druck bei max. Strömung - Druck bei min. Strömung χ 100 Druck bei maximaler Strömung

Bislang wurden 15% Regulierung allgemein als annehmbar betrachtet. Dieser unzweckmäßig hohe Prozentsatz war in der Tat nur als ein Kompromiss annehmbar, da es bekannt war,-

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daß mit einem geringeren Regulierungsprozentsatz die Wahrscheinlichkeit von beträchtlichen Stabilitätsproblemen stark ansteigt.

Es sei in diesem Zusammenhang auf U.S. Patent 3 199 532 verwiesen, welches ein Kopfüberdruckventil zeigt, das zur Überwindung mindestens eines Teils der oben erwähnten Probleme aufgebaut ist. Bei diesem Ventil wird der umfangsmäßige Abstand zwischen einem Ringkragen auf dem Ventilkopf und der Bohrung, in der er sich befindet, gesteuert, wobei ferner die Axialstellung des Kragens bezüglich der'ringförmigen Auslaßnut gesteuert wird, um eine Hilfs-Geschwindigkeitskompensierzumeßöffnung in Serie mit der primären Regulieröffnung vorzusehen, und wobei ein Sekundärdruck innerhalb einer Einlaßkammer vorgesehen ist, der Lasten auf das Kopfventil ausübt. Man erkennt, daß die genaue Abmessungskontrolle während der Herstellung des Ventilkopfes und seines zugehörigen Gehäuses außerordentlich teuer ist. Darüber hinaus ist nicht anzunehmen, daß selbst mit der erhöhten Kompliziertheit das Kopfüberdruckventil· gemäß U.S. Patent 3 199 532 sowohl eine gute Stabilität als auch ein Regulierniveau von weniger als 10% besitzt. Diese Kombination ist besonders schwer dann zu erreichen, wenn diese Kopffreigabeventile in Hochdruckkreisen, beispiels-

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weise oberhalb 2000 psi (140 kg/cm ) verwendet werden. Diese Probleme werden noch vergrößert, wenn ein relativ breiter Strömungsbereich, beispielsweise von 0 bis 130 gpm (0 bis 8,2 Liter/Sekunde)verarbeitet werden soll.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Kopfüberdruckventil vorzusehen, welches eine relativ flache gesteuerte Druck/Strömungsgeschwindigkeit-Charakteristik besitzt. Das erfindungsgemäße Kopffreigabeventil soll ferner ein verhältnismäßig schnelles, aber doch stabiles Ansprechen zeigen. Das Ventil soll darüber hinaus wirtschaftlich sein und kompensierend auf die Strömungsmittelflußkräfte ansprechen.

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die wink.e.lmäß ig darauf auf treffen, und zwar über einen verhältnismäßig breiten Bereich von Strömungsmittelflußraten hinweg.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises, von dem ein Teil im Schnitt dargestellt ist und das erfindungsgemäße auf Strömungsmittelfluß ansprechende Kopfüberdruckventil zeigt;

Fig. 2 eine vergrößerte Teildraufsicht auf den sich nach außen erweiternden Kopfteil des auf Strömungsmittel ansprechenden KopfÜberdruckventils der Fig. 1, wobei die erfindungsgemäßen Maßnahmen im einzelnen dargestellt sind und das Ventil in einer Öffnungsstellung gezeigt ist, in der Strömungsmittel mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit abgelassen wird;

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht des sich nach außen erweiternden Kopfteils des erfindungsgemäßen Überdruckventils vergleichbar"der Fig. 2, wobei aber hier das Ventil in einer weiter geöffneten Stellung gezeigt ist, die dem Strömungsmittelablaß mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit entspricht;

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel des sich nach aussen erweiternden Kopfteils des erfindungs gemäßen Überdruckventils.;

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Fig. 5 eine vergrößerte Draufsicht auf den Ventilkopf eines üblichen KopfÜberdruckventils.

Der in Fig. 1 gezeigte Hydraulikkreis 10 umfaßt das erfindungsgemäße auf Strömungsmittelfluß ansprechende Kopfüberdruckventil 12. Der Hydraulikkreis umfaßt ferner eine angetriebene Hydraulikpumpe 14, um Strömungsmittel von einem Reservoir 16 zu einem Wählventil 18 über eine normalerweise unter Druck stehende Einlaßleitung 20 zu leiten. Beim manuellen Betätigen des Wählventils wird Strömungsmittel von der Einlaßleitung zum anderen Ende eines doppelwirkenden Hydraulikzylinders 22 über eine Leitung 24 oder eine Leitung 26 geleitet, wobei zur Ableitung von Strömungsmittel vom entgegengesetzten Ende des Hy draulikzylinders eine Ablaßleitung 28 zum Reservoir führt.

Das erfindungsgemäße Kopfüberdruckventil 12 dient zur Begrenzung des maximalen Betriebsdrucks des Hydraulikkreises 10 dadurch, daß es in Strömungsmittelfreigabeverbindung mit der Einlaßleitung 20 über eine Zweigleitung 30 und einen zylindrischen Einlaßkanal 32 in einem Ventilgehäuse 34 steht. Der Einlaßkanal besitzt eine mittig angeordnete Längsachse 36 und öffnet sich nach aussen in eine ringförmige Auslaßkammer 38 im Gehäuse, um auf diese Weise einen Ringventilsitz 40 dazwischen auszubilden. Die Auslaßkammer 38 befindet sich in offener Verbindung mit dem Reservoir 16 über einen Auslaßkanal 42 und einen Ablaßkanal 44. Es ist auch ein Innenkanal 46 im Gehäuse in offener Verbindung mit der Kammer an der entgegengesetzten Seite derselben ausgebildet, so daß Strömungsmittel zum Reservoir zurückfließen kann. Eine Ventilbohrung 48 mit einem Durchmesser etwas größer als der Ventilsitz und eine Halterbohrung 50 sind ebenfalls in Serie im Gehäuse längs der Achse 36 ausgeformt. Ferner öffnet sich eine Pilotkopfbohrung 52 zum Einlaßkanal 46 hin und ist auf der Achse im ganzen bezüglich einer zylindrischen Tasche 54 ausgerichtet, die in einem mit Aussengewinde versehenen Halteglied 56 ausgebildet ist, welches in das Gehäuse eingeschraubt ist.

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Ferner ist eine zylindrische Halteschale 58 abdichtend in der Haltebohrung 50 des Gehäuses 34 derart angeordnet, daß sich eine darin ausgebildete Innenkammer 60 zur Ventilbohrung 48 hin öffnet. Ein zylindrischer Durchlaßkanal 62 und ein ringförmiger Pilotkopfventilsitz 64 sind ebenfalls mittig in der Schale 58 ausgebildet und ein übliches Pilotkopfüberdruckventil 66 wird zweckmäßigerweise zusammen damit verwendet. Das Pilotkopfventil 66 besitzt einen konischen Kopf 68 und einen sich vom Kopf aus erstreckenden, einen verminderten Durchmesser aufweisenden langgestreckten Schaft 70, wobei eine relativ steife oder eine eine hohe Druckrate aufweisende Feder 72 zwischen der Tasche 54 des Halteglieds 56 und dem Pilotkopf angeordnet ist, um diesen in Verschlußberührung mit dem Ventilsitz vorzuspannen. Nachdem ein vorbestimmter Druck von

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beispielsweise 2300 psi (162 kg/cm ) in der Kammer erreicht ist, öffnet sich das Pilotkopfüberdruckventil und gestattet den Strömungsmittelfluß von der Kammer 60 in den Innenkanal 46.

Gemäß der Erfindung weist das auf Fluß ansprechende Kopfüberdruckventil 12 einen Kopfkolben -74 auf, der einen sich radial nach außen erweiternden Kopf 76 besitzt, der im allgemeinen innerhalb der Auslaßkammer 38 angeordnet ist, während ein langgestreckter zylindrischer Körper 78 für eine abgedichtete Axialgleitbewegung in der Ventilbohrung 48 angeordnet ist. Eine zylindrische Tasche 80 und eine Federaufnähmetasche oder ein Sitz 82 sind nach innen gegenüber den entgegengesetzten Enden des Kolbens 74 angeordnet, um auf diese Weise eine Wand

83 mit verhältnismäßig schmaler Breite mittig anzuordnen, wobei in dieser Wand 83 eine Strömungsmittelsteuerzumeßöffnung

84 angeordnet ist. Ferner ist zweckmäßigerweise eine Ringnut 86 um den Umfang des Kolbens herum angeordnet und ein schräger Kanal 88 verbindet normalerweise unter Druck stehendes Strömungsmittel vom Einlaßkanal 32 mit der Ringnut über die Tasche 80, um den Kolben hydraulisch in Gleichgewicht zu bringen und für ein verbessertes Ansprechen zu zentrieren.

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Erfindungsgemäß ist der Kopfkolben 74 nach rechts - vergleiche Fig. 1 - durch eine Druckfeder 89 mit geringer Druckrate vorgespannt, wobei die Feder in der Tasche 82 angeordnet ist und an der Halteschale 58 anliegt. Auf diese Weise wird der sich nach aussen erweiternde Kopf 76 des Kolbens in enge Berührung mit dem ringförmigen Ventilsitz .40 gedrückt, und zwar gegenüber dem Einlaßkanal 32. Wie man am besten in der Vergrößerung gemäß Fig. 2 erkennt, weist der sich nach aussen erweiternde Kopf in serienmäßig angeordneter Reihenfolge einen konischen Nasenteil 90, eine zylindrische Stufe und einen sich nach aussen erweiternden Strömungsmittel ablenkenden Oberflächenteil 93 auf. Der Strömungsmittelablenkoberflächenteil besitzt vorzugsweise einen allmählich abfallenden Vorderteil oder eine kegelstumpfförmige Oberfläche 94 sowie einen

Ringflansch 96, der einen steiler abfallenden Schulterteil oder eine Ringoberfläche 98 aiii Umfang bildet, wobei diese Ringoberfläche 98 in einer Ebene im wesentlichen rechtwinklig zur Achse 36 liegt. Aus der Zeichnung erkennt man, daß der konische Nasenteil 90 einen Konuswinkel von ungefähr 60 besitzt, und daß die stromabwärts demgegenüber angeordnete kegelstumpfförmige Oberfläche 94 einen Konuswinkel von annähernd 90° aufweist, so daß bei anfänglicher Öffnung des Kopfüberdruckventils 12 ein relativ dünner konischer Strömungsmittelstrom in Fig. 2 nach links freigegeben wird, und zwar vom Einlaßkanal in die Auslaßkammer 38 hinein, wobei dieser Strömungsmittelstrom gegen die kegelstumpfförmige Oberfläche mit einem relativ kleinen Einfallswinkel geleitet wird. Demgemäß entspricht der Betriebszustand der Fig. 2 der Strömungsmittelfreigäbe mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit, wobei gemäß einem Aspekt der Erfindung ein relativ kleiner Einfallsoder Auftreff-Winkel der Flüssigkeit an dem sich nach aussen erweiternden Oberflächenteil 93, und insbesondere der kegelstumpf förmigen Oberfläche 94 derart vorgesehen ist, daß eine relativ niedrige Axialkraft hervorgerufen wird, die zum Wegheben des sich nach aussen erweiternden Kopfes 76 vom Ventilsitz 40 weg dient.

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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gestattet aber die weitere Links-Öffnungsbewegung des auf Strömungsmittelfluß ansprechenden Kopfüberdruckventils 12 zur in Fig. 3 gezeigten Stellung hin, daß ein dickerer konischer Strömungsmittelstrom nach aussen zur Kammer 38 abgelassen wird. Infolgedessen trifft mindestens ein Teil des dickeren Stromes auf den sich nach aussen erweiternden Oberflächenteil 93 auf, und zwar mit einem effektiv größeren Einfallswinkel. Dieser größere Einfallswinkel des Strömungsmittels benachbart zum Schnitt von kegelstumpfförmiger Oberfläche 94 und Ringoberfläche 98 erzeugt eine vorbestimmte größere Anhebgröße oder nach links gerichtete Axialkraft, die bestrebt ist, das KopfÜberdruckventil zu öffnen und somit, eine weitere Vergrößerung der Flußkräfte hervorzurufen, die auf den sich nach aussen erweiternden Kopf 76 einwirken.

Demgemäß ist der sich erweiternde Oberflächenteil 93 des Kopffreigabeventils 12 erfindungsgemäß so profiliert, daß die Beaufschlagung mit einem relativ dünnen konischen Strömungsmittelstrom bei einer vorbestimmten axialen geringen Kraftübertragungsrate zusammen mit dem kleinen Einfallswinkel erfolgt; der Oberflächenteil 93 ist zudem für ein axiales größeres Kraftübertragungsansprechen profiliert, und zwar auf einen relativ dickeren konischen Strömungsmittelstrom, der mit einem Teil desselben zusammenfällt und darauf mit einem relativ größeren Einfallswinkel auftrifft. Diese proportionierte Anhebung im Gegensatz zur Kraft der Druckfeder 89 erhöht die Stabilität des Ventils stark und bewirkt eine konstantere Strömungsgeschwindigkeit für ein gegebenes Druckniveau im Einlaßkanal 32.

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Es sei nunmehr die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ventils beschrieben. Es sei zu diesem Zweck auf Fig. 1 Bezug genommen, und zwar unter der Annahme, daß die Hydraulikpumpe 14 angefangen hat, Strömungsmittel mit einem allmählich ansteigenden Druck an die Einlaßleitung 20, die Zweigleitung 30 und den Einlaßkanal 32 anzulegen, wobei dann Strömungsmittel durch die Strömungssteueröffnung 84 in dem geschlossenen Kopfüberdruckventil 74 läuft und der Druck in der Feder- oder Innenkammer 60 ansteigt. Wenn der Druck in der Kammer 60 den vorbe-

2 stimmten Öffnungsdruck von annähernd 2300 psi (162 kg/cm ) erreicht, so öffnet sich das Pilotkopfventil 66 oder es bewegt sich - vgl. Fig. 1 - nach links von seinem Sitz 64 entgegen der Belastung der Feder 72 weg. Sodann wird Strömungsmittel von der Federkammer an den Innenkanal oder Abgabekanal 46 abgelassen, und zwar mit der Rate des Strömungsmittelflusses durch die Strömungsmittelsteuerzumeßoffnung 84. Nach Aufbau eines verhältnismäßig niedrigen, aber vorbestimmten Druckabfalls an der Zumeßöffnung wird der Kammerdruck hinreichend bezüglich des Drucks in dem Einlaßkanal 32 abgesenkt, so daß das Hauptkopfüberdruckventil 74 sich öffnet und Strömungsmittel relativ direkt vom Einlaßkanal 32 zur Auslaßkammer 38 und zurück zum Reservoir 16 abfließen läßt. Demgemäß öffnet sich das Haupt-Kopfüberdruckventil 74 bei einem Druck etwas oberhalb des zum Öffnen des Pilotkopfventils erforderlichen Drucks.

Man erkennt, daß das auf Strömungsmittel ansprechende Überdruckfreigabeventil 12 im wesentlichen augenblicklich auf Druckänderungen im Einlaßkanal 32 anspricht, und zwar wegen der relativ kleinen Masse des Haupt-Kopfkolbens 74, seiner eine niedrige Federkonstante aufweisenden Feder 89 und der Zusammenarbeit zwischen der Strömungssteuerzumeßöffnung 84 im Kopfkolben und dem Pilotkopfventil 66.

Erfindungsgemäß weist der sich nach'aussen erweiternde Kopf-' teil 76 des Haupt-Kopfkolbens mindestens zwei Ringoberflächen 94 und 98 auf, die einzeln mit einer vorbestimmten winkelmäßigen

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Lage bezüglich des Strömungsmittelflusses angeordnet sind, der darauf auftrifft/ um auf diese Weise eine minimale die Anhebung oder Linksbewegung zur Öffnung von dem ringförmigen Ventilsitz 40 dann zu erreichen, wenn Strömungsmittel mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit abgelassen wird_r und wobei doch eine zusätzliche die Anhebung unterstützende Kraft dann gewonnen wird, wenn der Betrieb bei einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit erfolgt.

Diese vorbestimmte proportionierte Verstärkungsfähigkeit des sich nach aussen erweiternden Kopfes 76 des Haupt-Kopfkolbens 74 wird besser unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ersehen. In Fig. 2 ist der Kolben anfänglich um einen Abstand Dl geöffnet, um einen relativ dünnen konischen Strömungsmittelstrom der Stärke T1 auf den sich nach aussen erweiterenden Oberflächenteil 93 auftreffen zu lassen, wie dies durch den Pfeil A gekennzeichnet ist. Wie dargestellt, trifft dieser dünne Strom zweckmäßigerweise im wesentlichen mittig auf die kegelstumpfförmige Oberfläche 94 mit einem relativ geringen Einfallswinkel von annähernd 15 auf, und zwar infolge der den Fluß lenkenden zusammenwirkenden Beziehung von konischem Nasenteil 90 und zylindrischer Stufe 92. Vorzugsweise ist erfindungsgemäß diese Oberfläche nur allmählich geneigt oder nach aussen erweitert, und zwar mit einem Einfallswinkel innerhalb des Bereichs von 10° bis 20° bezüglich des Nasenteils. Daraufhin macht dieser dünne Strom einen minimalen Kontakt mit dem Ringflansch 96 an der Schulter 98, und zwar deshalb, weil der Strahl hauptsächlich schräg nach aussen abgelenkt wird, wie dies durch den Pfeil B angedeutet ist. Auf diese Weise wird die Stabilität des erfindungsgemäßen KopfÜberdruckventils 12 bei relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten stark erhöht.

Wenn jedoch - wie in Fig. 3 gezeigt - der Kopfkolben 74 um einen größeren Axialabstand D2 zwischen dem konischen Nasenteil 90 und dem Ventilsitz 40 geöffnet wird, so kann ein relativ dickerer konischer Strömungsmittelstrom der Stärke T2

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auf den nach aussen sich erweiternden Oberflächenteil 93 auftreffen. Wie in der Zeichnung durch den Pfeil C dargestellt, trifft aber mindestens der radial am weitesten aussen gelegene Teil des Stromes weiter aussen auf den sich erweiternden Oberflächenteil benachbart zum Schnitt der kegelstumpfförmigen Oberfläche 94 und der Ringoberfläche 98 auf. Auf diese Weise trifft ein relativ dicker konischer Strömungsmittelstroim wesentlichen direkt auf die Ringoberfläche über eine größere Oberfläche hinweg und - wie dargestellt - mit einem Einfallswinkel von annähernd 60°, oder vorzugsweise innerhalb des Bereichs von annähernd 50 bis 70 auf, wenn der Kopfkolben Strömungsmittel mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit abläßt. Dies hat eine in signifikanter Weise vergrößerte tendenziell den Kolben öffnende Axialkraft oder eine größere Ventilanhebung zur Folge, und somit eine verbesserte Gesamtregulierung des Ablaß- oder Überdruckventils.

Das erfindungsgemäße auf Strömung ansprechende oder strömungskompensierende Kopfüberdruckventil zeigt vorteilhafterweise eine relativ hohe Ansprechgeschwindigkeit, wobei es ebenfalls hinsichtlich seiner StrömungsSteuerfunktionen stabil ist. Das erfindungsgemäße Ventil besitzt ferner eine relativ flache Kennlinie des gesteuerten Drucks abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, und zwar mit einer beobachteten Regulierung von annähernd 8%.

Die oben erwähnte Arbeitsweise steht in deutlichem Gegensatz zu dem nicht kontrollierten Ansprechen eines üblichen Kopfüberdruckventils, welches in teilweiser Vergrößerung beispiels weise in Fig. 5 zu sehen. Man erkennt, daß selbst bei einer relativ geringen Strömungsmittelflußgeschwindigkeit der Strom mit einem relativ abrupten Einfallswinkel von annähernd 60° auf die Schulter des Ventilkopfes auftrifft, wie dies durch den Pfeil E veranschaulicht ist. Sodann wird beim weiteren öffnen des Ventils gemäß dem Stand der Technik der gleiche Einfallswinkel beibehalten. Die Folge davon ist, daß das Ventil

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unstabil ist, und zwar insbesondere bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, und das Ventil hat ferner eine unerwünschte Schwingungstendenz.

Es sei nunmehr ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der erfindungsgemäße sich nach aussen erweiternde Kopf kann so abgewandelt werden, daß ein proportioniertes Vorspannen des Kopfüberdruckventils ansprechend auf die Strömungsgeschwindigkeit erfolgt, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In diesem Zusammenhang sei auf das alternative Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 verwiesen, wo ein sich nach aussen erweiternder Kopf 100 dargestellt ist, der einen konischen Nasenteil 102 und einen sich progressiv glatt nach aussen erweiternden Oberflächenteil aufweist, weichletzterer innerhalb der Klammer 104 der Zeichnung angedeutet ist. Bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten würde das Strömungsmittel die Tendenz besitzen, den stetigen glatten zusammenarbeitenden Oberflächen dieser beiden Teile zu folgen, wie dies durch die Pfeile F dargestellt ist. Bei höheren ^Strömungsgeschwindigkeiten würde jedoch der über den konischen Nasenteil laufende dickere Strömungsmittelfluß die Tendenz haben, weiter radial nach aussen auf den glatten sich erweiternden Oberflächenteil aufzutreffen, und zwar mit einem proportional steiler werdenden Einfallswinkel und über eine größere ümfangsoberfläche hinweg, um auf diese Weise eine größere Ventilkolbenanhebung in einer Weise ähnlich dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hervorzurufen. Während das bevorzugte Ausführungsbeispiel mindestens zwei winkelmäßig geneigte Ringoberflächen mit größerem Winkel als der konische Nasenteil.aufweist, kann das alternative Ausführungsbeispiel derart betrachtet werden, daß eine unbegrenzte Anzahl von benachbarten Ringoberflächen von graduell ansteigender konischer Winkelanordnung bezüglich der mittigen Longitudinalachse 36 aufweist.

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Im. Hinblick auf die vorstehende Beschreibung erkennt man ohne weiteres, daß das erfindungsgemäße Kopfüberdruckventil 12 auf den darauf ausgeübten Strömungsmittelfluß kompensierend einwirkt, um sowohl ein stabiles Ansprechen als auch ein hohes Ausmaß an Druckregulierung zu erzeugen, wobei also eine Kombination erreicht wird, die bislang unerreichbar war. Das erfindungsgemäße Ventil ist ferner in seinem Aufbau wirtschaftlich und es ist sowohl zur Anwendung in Hydraulikkreisen mit hohem Druck und breitem Strömungsbereich geeignet.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße auf Fluß ansprechende Kopfüberdruckventil 12 nicht zusammen mit dem Pilotkopfventil 66 verwendet werden muß; es ist vielmehr möglich, das erfindungsgemäße Ventil direkt durch einen vorbestimmten Druck innerhalb des Einlaßkanals 32 zu öffnen, und zwar entgegengesetzt zur Vorspannbelastung von lediglich der Druckfeder 89, da die Kammer 60 dann derart angeordnet werden könnte, daß sie in offener Verbindung mit dem Reservoir 16 steht.

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Claims

- 14 Ansprüche

i/ Auf eine Strömung ansprechendes Kopfüberdruckventil mit einem Gehäuse, welches eine Auslaßkammer und einen sich in die Kammer hinein öffnenden Einlaßkanal aufweist, wobei dazwischen ein Ringventilsitz ausgebildet ist, und wobei in dem Gehäuse für eine Axialbewegung ein Kolben angeordnet ist, der einen Kopf sowie einen konischen Nasenteil aufweist, und wobei durch zwischen dem Gehäuse und dem Kolben angeordnete Federmittel der konische Nasenteil axial abschließend gegen den Ventilsitz vorgespannt ist, während der Kolben in Axialrichtung öffnend durch ein Strömungsmittel in dem Einlaßkanal bei einem vorbestimmten Druck vom Sitz wegbewegt wird, gekennzeichnet durch eine sich nach aussen erweiternde Oberfläche (93) am Kopf (76) zur Sicherstellung, daß bei der Öffnungsbewegung des Kolbens (74) ein relativ dünner Strömungsmittelstrom durch den konischen Nasenteil (90) einfallend gegen die erweiterte Oberfläche (93) geleitet wird, und zwar mit einer axialen eine relativ geringe Kraft übertragenden Auftreffbeziehung, und wobei ferner bei weiterer Öffnungsbewegung des Kolbens (74) ein relativ dicker Strömungsmittelstrom durch den konischen Nasenteil (90) axial mit einer relativ größeren Kraftübertragungs-Auftreffbeziehung gegen die erweiterte Oberfläche (93) geleitet wird, wobei die Ströme winkelmäßig nach aussen zur Auslaßkammer (38) hin abgelenkt werden, um ein stabiles Ansprechen und ein relativ hohes Ausmaß an Druckregulierung des Kopfüberdruckventils (12) sicherzustellen.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich nach aussen erweiternde Oberfläche (93) einen allmählich abfallenden Leit- oder Vorder-Teil (94) aufweist, der stromabwärts gegenüber dem konischen Nasenteil (90) angeordnet ist, und wobei stromabwärts benachbart zu dem allmählich abfallenden Vorderteil (94) ein steiler abfallender Schulterteil (98) angeordnet ist.

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3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der relativ dünne Strömungsmittelstrom auf den allmählich abfallenden Vorderteil (94) mit einem Einfallswinkel im Bereich von annähernd 10° bis 20° dann auftrifft, wenn der Kolben (74) mit relativ geringen Strömungsraten Strömungsmittel abläßt.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des relativ dickeren Strömungsmittelstromes gegen den steiler abfallenden Schulterteil (98) mit einem Einfallswinkel im Bereich von annähernd 50° bis 70 dann auftrifft, wenn der Kolben mit relativ hohen Strömungsraten Strömungsmittel abläßt.
5. Auf Strömungsmittelfluß ansprechendes Überdruckkopfventil, gekennzeichnet durch folgende Elemente:

Ein eine Bohrung (48) aufweisendes Gehäuse (34) mit einem Einlaßkanal (32) längs einer Achse (36) , sowie einer Auslaßkammer (38) dazwischen, welche einen Ringventilsitz (40) mit dem Einlaßkanal (32) bildet;

einen axial in der Bohrung (48) beweglichen Kopfkolben (74) mit einem einen konischen Nasenteil (90) aufweisenden Kopf (76);

eine zwischen dem Gehäuse (34) und dem Kolben (74) angeordnete Feder (89) zum Vorspannen des konischen Nasenteils (90) in Schließstellung gegen den Ventilsitz (40), wobei der Kolben (74) axial durch ein Strömungsmittel in dem Einlaßkanal (32) bei einem vorbestimmten Druck geöffnet wird; einen $ich nach aussen erweiternden Oberflächenteil (93) am Kopf (76) des Kolbens (74) zur Sicherstellung, daß ein proportionierteraxialer Vorspanneffekt erreicht wird, und zwar beim Auftreffen eines im ganzen konischen Strömungsmittelstroms geführt durch den konischen Nasenteil (90), und wobei bei -einer relativ geringen Strömungsrate des Ablaß-Strömungsmittels vom Einlaßkanal (32) der konische Strömungsmittelstrom einen axialen eine relativ geringe Kraft übertra-

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genden Kontakt mit dem sich erweiternden Oberflächenteil (93) bei einem relativ kleinen Auftreffwinkel macht/ und wobei bei einer relativ hohen Strömungsrate mindestens ein Teil des konischen Strömungsmittelstromes einen axialen eine relativ größere Kraft übertragenden Kontakt mit dem sich erweiternden Oberflächenteil (93) unter einem relativ größeren Einströmwinkel macht, um ein stabiles Ansprechen und ein relativ hohes Ausmaß an Druckregulierung vorzusehen.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach aussen erweiternde Oberflächenteil (93) eine unbegrenzte Anzahl von benachbarten Ringoberflächen (104) von allmählich ansteigender konischer Winkelanordnung bezüglich der Achse (36) aufweist.
7. Auf Strömungsmittelfluß ansprechendes Überdruckventil, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (3 4) mit einer Bohrung (48) sowie einem längs einer Achse (36) angeordneten Einlaßkanal (32),mit dem eine Auslaßkammer (38) einen Ringventilsitz (40) bildet, und wobei ein Kolben (74) axial beweglich in der Bohrung (48) angeordnet ist und einen Kopf

(76) mit einem konischen Nasenteil (90)·aufweist, und wobei eine Feder (89) zwischen dem Gehäuse (34) und dem Kolben (74) den konischen Nasenteil (90) in eine Schließstellung gegen den Ventilsitz (40) vorspannt, während der Kolben (74) in Axialrichtung durch ein Strömungsmittel in dem Einlaßkanal (32) bei einem vorbestimmten Druck geöffnet wird, und wobei ferner mindestens eine Ringoberfläche (94) auf dem Kopf (76) des Kolbens (74) und abwärts gegenüber ce-n konischen Nasenteil (90) ausgebildet ist, und gegenüber dem Auftreffen eines relativ dünnen konischen Strömungs-

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mittelstromes freiliegt, und zwar mit einem relativ kleinen Einströmwinkel bei der anfänglichen Bewegung des Kolbens (74) , während mindestens eine weitere Ringoberfläche am Kopf (76) stromabwärts gegenüber der einen Ringoberfläche (94) ausgebildet ist, die dem Auftreffen eines Teils eines relativ dickeren konischen Strömungsmittelstromes ausgesetzt ist, und zwar mit einem größeren Einströmwinkel als der relativ kleinere Einströmwinkel, und zwar dann, wenn eine weitere Öffnungsbewegung des Kolbens (74) vorgenommen wurde, wobei auf diese Weise ein axialer Vorspanneffekt erreicht wird, und zwar in Proportion zu der abgelenkten Strömung, auf welche Weise ein stabiles Ansprechen und ein relativ hohes Ausmaß an Druckregulierung erreicht wird.
8. überdruckventil mit einem Gehäuse sowie einer Bohrung und einem Einlaßkanal angeordnet längs einer Achse, wobei eine Auslaßkammer mit dem Einlaßkanal einen Ringventilsitz bildet, gekennzeichnet durch einen axial bewegbar in der Bohrung (48) angeordneten Kolben (74) mit einem Kopf (76), der einen konischen Nasenteil (90) aufweist, wobei zwischen dem Gehäuse (34) und dem Kolben (74) eine Feder (89) angeordnet ist, die den konischen Nasenteil (90) abschließend gegen den Ventilsitz (40) vorspannt, und wobei der Kolben (74) in Axialrichtung durch ein Strömungsmittel in dem Einlaßkanal (32) bei einem vorbestimmten Druck geöffnet wird, und wobei ferner eine teilkonische Oberfläche (94) auf dem Kopf (76) des Kolbens (74) ausgebildet ist und auf den auftreffenden relativ dünnen konischen Strömungsmittelstrom hinweist, der mit einem relativ kleinen Einströmwinkel dann auftrifft, wenn der Kolben (74) Strömungsmittel mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit abgibt, und wobei ferner eine Ringoberfläche (98) auf dem Kopf (76) stromabwärts gegenüber der teilkonischen Oberfläche (94) angeordnet ist und gegenüber dem Auftreffen von mindestens einem Teil eines relativ dickeren konischen Strömungsmittelstromes freiliegt, weichletzterer mit einem größeren Einströmwinkel dann auftrifft,

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wenn der Kolben (74) Strömungsmittel mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit freiläßt/ um auf diese Weise eine axiale Vorspannwirkung in Proportion zur Strömung zu erzeugen, so daß sich ein stabiles Ansprechen und relativ hohes Ausmaß an Druckregulierung ergibt.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Nasenteil (90) einen Konuswinkel· von annähernd 60° besitzt, und daß die teilkonische Oberfläche (94) auf einem Konuswinkel· von annähernd 90 ausgebiidet ist.
10. Ventil· nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringoberfiäche (98) in einer Ebene im wesentiichen rechtwinkiig zur Achse (36) angeordnet ist.
11. Auf einen Strömungsmitteifl·^ ansprechender Kopf-ÜberdruckventükoUDen, gekennzeichnet durch einen ianggestreckten zylindrischen Körper (78). mit einer mittig angeordneten Longitudinaiachse (36), Sitzmittel· (82) am Körper (78) zur federvorgespannten Belastung desselben in einer ersten Axialrichtung, einen am Körper (78) ausgebildeten Kopfteil· (76) mit einem sich zum Ende hin erstreckenden Nasenteil· (90) , angeordnet auf der Achse (36) , wobei schMeBiich ein sich nach aussen erweiternder Oberfiächenteil· (93) am Kopfteil· (76) ausgebiidet ist und eine a^mal^ich abfamende Oberfläche (94) aufweist, die in radial vergrößerter konzentrischer Beziehung axial nach innen gegenüber dem konischen Nasenteil (90) angeordnet ist, und wobei eine steilere abfamende Oberfläche (98) in radial erweiterter konzentrischer Beziehung axial nach innen gegenüber dem a^mähiich abf äsenden Ober iächenteil· (94) angeordnet ist, um eine gesteuerte auf Strömungsmittel·fiuß ansprechende,vorgespannte Bel·astung in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Axiairichtung zu erhaben.

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