DE2827128A1

DE2827128A1 - Balanced fluid pressure relief valve - has pressure chamber round plunger inlet end connected by throttle to outlet

Info

Publication number: DE2827128A1
Application number: DE19782827128
Authority: DE
Inventors: Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1980-01-03

Abstract

The balanced pressure relief valve for fluids, has a spring-loaded plunger acting as a pressure balancer and with a throttle passage running through it. A pilot valve has inlet and outlet connected respectively to the plunger spring chamber and to the valve outlet. Plunger and pilot valve plug have a common closing spring, the end face of the plunger on the inlet side being of smaller area than at the spring chamber side. A pressure chamber encloses the plunger between the inlet end face and a face forming a step. This chamber is connected by a throttle to the valve outlet. The size of the step face and the flow resistance of the throttle are such that the apparent spring rate is small or negligible.

Description

Anwendungsgebiet, Stand der Technik Field of application, state of the art

Die Erfindung bezieht sich auf ein kompaktes; vorgesteuertes Druckbegrenzungs-Ventil für Flüssigkeiten der im übrigen im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art.The invention relates to a compact; pilot operated pressure relief valve for liquids of the type otherwise mentioned in the preamble of claim 1.

Mit dem Ausdruck kompakt soll ein Druckbegrenzungs-Ventil bezeichnet werden, dessen Abmessungen im Vergleich zum abzuregelnden Strom klein sind. Zum Beispiel soll ein Flüssigkeitsstrom bis zu 60 1/min von einem Ventil abzuregeln sein, dessen Ventilsitzdurchmesser 10 mm beträ.gt.iruckbegrenzungs-Ventile dieser Art werden in hydraulisch betriebenen Lenkanlagen verwendet. Sie begrenzen den Maximaldruck in einer von einer Hochdruckpumpe gespeisten Druckleitung und lassen Jeweils die von der Lenkanlage nicht benötigte Flüssigkeitsmenge zu einem Ausgleichsbehälter zurückfließen, Ubersteigt der Druck im Federraum den Abregeldruck des Vorsteuerventils, so öffnet es. -Hierdurch entsteht am Drosselkanal ein Druckabfall, der bewirkt, daß der Kolben des Druckbegrenzungs-Ventils öffnet.The expression compact is intended to denote a pressure relief valve whose dimensions are small compared to the current to be regulated. To the Example is to regulate a liquid flow of up to 60 1 / min from a valve with a valve seat diameter of 10 mm Art are used in hydraulically operated steering systems. They limit the maximum pressure in a pressure line fed by a high pressure pump and leave the Amount of fluid not required by the steering system to an expansion tank flow back, if the pressure in the spring chamber exceeds the control pressure of the pilot valve, so it opens. -This creates a pressure drop at the throttle channel, which causes that the piston of the pressure relief valve opens.

Ein Druckbegrenzungs-Ventil der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art ist aus der DE-OS 25 00 480 der Anmelderin bekannt. Bei der dort in Figur 11 dargestellten Ausführungsform ist ein St-ufenkolben vorgesehen, also ein K-olben, bei dem die zulaufseitige Stirnfläche um eine Differenzfläche kleiner ist als die federraumseitige Stirnfläche.Hierdurch soll Jedoch lediglich die Wirkung der Schließfeder des Kol--bens unterstützt werden.A pressure relief valve as recited in the preamble of claim 1 Art is known from DE-OS 25 00 480 of the applicant. When there in Figure 11 the embodiment shown, a stepped piston is provided, i.e. a K-piston, in which the inlet-side face is smaller than that by a difference area The end face on the spring chamber side. However, this is only intended to reduce the effect of the closing spring of the piston are supported.

Soll ein kompaktes Ventil der genannten Art für höhere-Drücke, zum Beispiel 100 oder 500 bar, ausgelegt werden, so ist eine entsprechend kräftige gemeinsame Schließfeder erforderlich. Soll in dem vorhandenen, sehr begrenzten Einbauraum eine Feder hoher Kraft untergebracht werden, so ist hierzu ein dicker Federdraht erforderlich, von dem nur wenige Drahtwindungen unterzubringen sind. Damit erhöht sich (mit der 4. Potenz der Drahtstärke) die Federsteife und damit der Kraftanstieg Je Federweg.Should a compact valve of the type mentioned for higher pressures, for Example 100 or 500 bar, are designed, so is a correspondingly strong joint Closing spring required. Should a High-force springs are accommodated, a thick spring wire is required for this, of which only a few turns of wire can be accommodated. This increases (with the 4th power of the wire size) the spring stiffness and thus the increase in force per spring deflection.

Da sich bei diesem Ventil die Federkraft auch auf das Vorsteuerventil auswirkt, ergibt sich ohne besondere Maßnahmen ein mit der Strömungsmenge ansteigender Abregeldruck.Since with this valve the spring force is also applied to the pilot valve has an effect, without special measures there is an increasing with the flow rate Control pressure.

Dies soll aber vermieden werden, denn der Zweck des Ventils liegt darin, den Abregeldruck konstant zu halten.However, this should be avoided because the purpose of the valve lies in keeping the control pressure constant.

Aufgabe, Lösung, Vorteile Durch die vorliegende Erfindung soll ein kompaktes, von gesteuertes Druckbegrenzungsventil der genannten Art geschaffen werden, bei dem auch bei hohen Drücken und dementsprechend steifer gemeinsamer Schließfeder der Abregeldruck unabhangig von der Strömungsmenge konstant bleibt. Task, solution, advantages The present invention is intended to be a compact, controlled pressure relief valve of the type mentioned are created, with that even at high pressures and a correspondingly stiff common closing spring the control pressure remains constant regardless of the flow rate.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the invention according to claim 1.

Durch geschickte Wahl der Größe der Differenzfläche und des Strömungswideæstandes der Drossel läßt sich überraschenderweise die Wirkung der Federsteife in der Weise kompensieren, daß die Federsteife scheinbar klein, insbesondere verschwindend klein, wird. Damit fällt der Anstieg der Federkraft bei zunehmender Strömungsmenge praktisch fort.By clever choice of the size of the differential area and the flow width the throttle can, surprisingly, the effect of the spring stiffness in the way compensate for the fact that the spring stiffness appears to be small, especially vanishingly small, will. The increase in the spring force practically falls as the flow rate increases away.

Wird durch die Drossel in der Druckkammer ein Druck erzeugt, der größer ist als null, so wird das Druckgefälle an der Regelkante des Kolbens verringert. Infolgedessen muß der Kolben für eine bestimmte Strömungsmenge das Ventil weiter öffnen als ohne Vorhandensein der Drossel. Durch die Vergrößerung des Offnungshubes ergibt sich eine geringere Schmutzempfindlichkeit> da rauch größere Schmutzteilchen unbehindert abströmen können.If the throttle in the pressure chamber generates a pressure that is greater is than zero, the pressure gradient at the control edge of the piston is reduced. As a result, the piston has to keep the valve open for a certain flow rate open than in the absence of the throttle. By increasing the opening stroke the result is a lower sensitivity to dirt> there are also larger dirt particles can flow off unhindered.

Weiterbildung der Erfindung Durch eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 läßt sich die Abregelkennlinie.noch weiter verbessern, d. h. der Abregeldruck noch weitergehend unabhängig machen von der Strömungsmenge. Further development of the invention By a further development of the invention According to claim 2, the control characteristic curve can be further improved, d. H. the Make the control pressure even more independent of the flow rate.

Erläuterung der Erfindung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Explanation of the Invention An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawings.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch ein Druckbegrenzungsventil mit Vorsteuerventil nach der wrfindung mit einer Prinzipdarstellung ihrer Anschlüsse.Fig. 1 is an axial section through a pressure relief valve with a pilot valve after the discovery with a schematic diagram of their connections.

Fig. 2 und 5 sind Kennlinien des Abregeldrucks und der Kolbenwege in Abhängigkeit von Strömungsmengen für Drücke um 500 bzw. 100 bar, jeweils mit Angaben über wesentliche Abmessungen der zugehörigen Ventilkolben.Figs. 2 and 5 are characteristic curves of the regulation pressure and the piston travel depending on the flow rates for pressures around 500 or 100 bar, each with Information on the essential dimensions of the associated valve pistons.

In Figur 1 ist das Druckbegrenzungs-Ventil als Ganzes mit 1 bezeichnet. Es hat ein nicht dargestelltes Gehäuse mit einer Einschraubbüchse 2, in der der Kolben 4 des Druckbegrenzungs-Ventils unter Abdichtung (Ringdichtung 6) verschiebbar ist. Die Einschraubbüchse 2 hat einen kegelförmigen Ventilsitz 8. Der Kolben 4 hat eine Dichtkante 10. Der Kolben wird von der beiden Ventilen gemeinsamen Schließfeder 12 gegen den Ventilsitz gedrückt.In FIG. 1, the pressure-limiting valve is designated as a whole by 1. It has a housing, not shown, with a screw-in sleeve 2 in which the Piston 4 of the pressure relief valve can be moved under sealing (ring seal 6) is. The screw-in sleeve 2 has a conical valve seat 8. The piston 4 has a sealing edge 10. The piston is actuated by the closing spring common to both valves 12 pressed against the valve seat.

Der Kolben hat eine Stufenfläche 14. Zum Flüssigkeitsablauf dienen Drosselbohrungen 16. Der Kolben ist zwischen seiner Dichtkante 10, seiner Stufenfläche 14 und der Innenwand der Einschraubbüchse 2 von einer Druckkammer 18 umgeben. Als Differenzfläche 14t des Kolbens ist die Ringfläche wirksam, die sich zwischen der gestrichelten Geraden 20 und der zylindrischen Innenwandung 22 der Einschraubbüchse 2 befindet.The piston has a stepped surface 14. Serve to drain the liquid Throttle bores 16. The piston is between its sealing edge 10, its step surface 14 and the inner wall of the screw-in sleeve 2 are surrounded by a pressure chamber 18. as Differential area 14t of the piston is the ring area effective between the dashed straight line 20 and the cylindrical inner wall 22 of the screw-in sleeve 2 is located.

In Figur 1 unten ist das Vorsteuerventil dargestellt, das als Ganzes mit 24 bezeichnet ist. Es hat ein Ventilorgan 26, das von der gemeinsamen Schließfeder 12 gegen seinen Ventilsitz 28 gedrückt wird. Beim Öffnen verschiebt sich das Ventilorgan 26 gegenüber einem ortsfesten Stempel 50, der unter Abdichtung (Scheibe 32) im Ventilorgan 26 geführt ist. Das Vorsteuerventil hat einen Ablaufkanal 54, der, ebenso wie die Drosselbohrungen 16, an eine Ablaufleitung zu einem Ausgleichbehalter 42 angeschlossen ist.In Figure 1 below, the pilot valve is shown as a whole is denoted by 24. It has a valve member 26, which is from the common closing spring 12 is pressed against its valve seat 28. When opening, the valve member moves 26 with respect to a stationary stamp 50, which is sealed (disc 32) in the valve member 26 is performed. The pilot valve has a drain channel 54 which, like the Throttle bores 16, connected to a drain line to a surge tank 42 is.

Eine Hochdruckpumpe 40 fördert aus dem Ausgleichbehälter 42 Druckflüssigkeit zu einem Verbraucher 44, insbesondere einer hydraulisch bet-riebenen Lenkanlage. Durch das Druckbegrenzungs-Ventil 1 muß jeweils die vom Verbraucher 44 nicht benötigte Flüssigkeitsmenge abgeregelt werden. Sie fließt durch die Druckkammer 18 und Drosselbohrungen 16 zum Ausgleichbehälter 42 zurück.A high-pressure pump 40 conveys pressure fluid from the expansion tank 42 to a consumer 44, in particular a hydraulically operated steering system. Through the pressure relief valve 1, the one that is not required by the consumer 44 must in each case Liquid amount can be regulated. It flows through the pressure chamber 18 and throttle bores 16 back to the expansion tank 42.

Der Zulauf raum 46 und der Federraum 48 des Druckbegrenzungs-Ventils 1 stehen durch eine Drosselbohrung 50 im Kolben 4 miteinander in Verbindung, während der Federraum 48 gleichzeitig den Zulaufraum zum Vorsteuerventil 24 darstellt.The inlet chamber 46 and the spring chamber 48 of the pressure relief valve 1 are in communication with one another through a throttle bore 50 in the piston 4, while the spring chamber 48 at the same time represents the inlet chamber to the pilot valve 24.

Zahlenbeispiele Fig. 2 betrifft ein Druckbegrenzungsventil mit folgenden Daten: Innendurchmesser der Einschraubbüchse und zugleich größter Kolbendurchmesser: 12 mm Durchmesser des Ventilsitzes: 10,4 mm Vier Drosseln mit einem Durchmesser von je 1,3 mm Federvorspannung 1,5 mm Die Federsteife ergibt sich aus diesen Maßen und dem Abregeldruck. Numerical Examples Fig. 2 relates to a pressure relief valve with the following Data: Inner diameter of the screw-in sleeve and at the same time the largest piston diameter: 12 mm diameter of the valve seat: 10.4 mm Four throttles with one diameter each 1.3 mm spring preload 1.5 mm The spring stiffness results from these dimensions and the control pressure.

Die Kurvendarstellung in Fig. 2 zeigt für Strömungsmengen von 0 bis 60 1/min die Federwege für das dargestellte und oben beschriebene Ventil in dec Kurve 60. Im Vergleich dazu wurde eine Kurve 60' für ein Ventil aufgezeichnet, das keine Drossel 16 hat und bei dem im Raum 18 derselbe Druck herrscht wie in der Ablaufleitung. Aus den Kurven 60 und 60' erlcennt man, daß der Öffnungsweg des Kolbens 4 nach größeren Strömungsmengen doppelt so groß wird wie bei einem Ventil ohne Kompensation.The graph in Fig. 2 shows for flow rates from 0 to 60 1 / min the spring travel for the valve shown and described above in dec Curve 60. In comparison, a curve 60 'was recorded for a valve which has no throttle 16 and the pressure in space 18 is the same as in the drain line. From the curves 60 and 60 'it is explained that the opening travel of the piston 4 is greater Flow rates is twice as large as with a valve without compensation.

Bei der Darstellung der Drücke ist zu beachten, daß links nur der oberste Abschnitt der Druckskala von 470 bis 510 bar angegeben ist, der übrige Teil dieser Skala also unterdrückt wurde. Die Druckkurve 62 ist also, im richtigen Verhältnis betrachtet, praktisch eine Gerade. Hier wird wieder mit einer Druckgeraden 62' für ein nicht kompensiertes Ventil verglichen. Wie man sieht, bleibt der Druck des kompensierten Ventils zwischen 500 und 510 bar praktisch konstant, während der des nicht kompensierten Ventils weit über 510 bar hinaus ansteigt.When showing the pressures it should be noted that on the left only the The top section of the pressure scale is indicated from 470 to 510 bar, the rest of the part this scale was suppressed. The pressure curve 62 is therefore in the correct proportion considered, practically a straight line. Here is again with a pressure line 62 'for compared to an uncompensated valve. As you can see, the pressure of the compensated remains Valve practically constant between 500 and 510 bar, during that of the uncompensated Valve rises well above 510 bar.

Figur 5 betrifft ein Ventil, das einen Druck von etwa 100 bar einhalten soll und folgende Werte hat: Innendurchmesser der Einschraubbüchse und zugleich größter Kolbendurchmesser: 12 mm Durchmesser des Ventilsitzes: 11 mm Vier Drosseln mit einem Durchmesser von Je 2 mm Federvorspannung: 5 mm Die Kurvendarstellung in Fig. 3 zeigt bei wesentlich.Figure 5 relates to a valve which maintain a pressure of about 100 bar and has the following values: inside diameter of the screw-in sleeve and at the same time Largest piston diameter: 12 mm Diameter of the valve seat: 11 mm Four throttles with a diameter of 2 mm each. Spring preload: 5 mm The curve display in Fig. 3 shows at substantially.

anderen Zahlenwerten die gleichen Verhältnisse wie die nach Fig. 2.other numerical values have the same relationships as those according to FIG. 2.

Die beiden Beispiele zeigen, daß sich für verschiedene vorgegebene Abregeldrücke und dadurch gegebene Federsteifigkeiten passende Werte für die genannten Durchmesser fin- -den lassen, d. h. insbesondere Größe-der Stufenfläche, Drosselquerschnitt und Federvorspannungen, bei denen die erwünschte Konstanz des Abregeldruckes erzielt wird.The two examples show that there are different given Reduction pressures and the resulting spring stiffnesses are suitable values for the named ones Let the diameter be found, d. H. in particular the size of the step area, throttle cross-section and spring preloads, in which the desired constancy of the control pressure is achieved will.

Claims

COMPACT, PRE-CONTROLLED PRESSURE LIMITATIONWGS-VENT.IL patent claims Compact, pilot operated pressure relief valve for liquids, with a spring-loaded one Piston that acts as a pressure compensator and is pierced by a throttle channel and with a pilot valve whose inlet to the spring chamber of the pressure relief valve and its drain is connected to the drain line of the pressure relief valve are, wherein the piston and the valve body of the pilot valve are a common one Have closing spring and the tapered face of the piston by a difference area is smaller than its end face on the spring chamber side, thus g e k e n n n z e i c h n e t - that the piston (4) between its inlet-side end face (60) and the differential area (14 ') is surrounded by a pressure chamber (18), - that the pressure chamber (18) connected to the discharge line of the pressure relief valve via a throttle (16) and - that the size of the difference area (14 ') and the flow resistance of the The throttle (16) is dimensioned in this way are that the apparent spring stiffness is small, in particular becomes vanishingly small.

2. Pressure relief valve according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the valve seat (8! for the piston is conical, facing in the direction of flow is designed to widen and that the piston (4) has an angled, in particular right-angled Has sealing edge (10).