DE3308575C2 - Steuerventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil mit einem in einer Gehäusebohrung zwischen einer Neutralstellung mit drucklosem Durchlauf und wenigstens einer Steuerstellung verschiebbaren Kolbenschieber zur Arbeitsströmungssteuerung, wobei für den drucklosen Durchlauf ein Druckanschluß zur Gehäusebohrung, ein im Kolbenschieber ausgebildeter Durchgangskanal und ein Ablaufanschluß vorgesehen sind. Bei den bekannten Steuerventilen sind der Druckanschluß, der Durchgangskanal und der Ablaufanschluß so bemessen, daß sich für das durchströmende Druckmittel zwei Drosselstellen mit annähernd gleicher Drosselwirkung ergeben, so daß der Druck im Druckmittel in zwei annähernd gleichen Stufen abgebaut wird. Es resultiert daraus ein störendes lautes Geräusch, wenn aus der Neutralstellung in eine Arbeitsstellung oder umgekehrt geschaltet wird. Erfindungsgemäß wird dieses Geräusch dadurch verringert, daß der Druckanschluß und der Eintrittsquerschnitt des Durchgangskanals einerseits und der Austrittsquerschnitt des Durchgangskanals und der Ablaufanschluß andererseits so bemessen sind, daß der Durchgangsquerschnitt vom Durchgangskanal zum Ablaufanschluß in jeder Kolbenstellung zwischen einer vollen Schließstellung und einer vollständigen Überdeckung zwischen dem Druckanschluß und dem Durchgangskanal größer ist, als der Durchgangsquerschnitt vom Druckanschluß zum Durchgangskanal.

Description

zwischen dem Druckanschluß und dem DurchgangskanaL

Da die Herstellungskosten für ein derartiges Steuerventil durch die Maßnahme zur Geräuschminderung möglichst nicht oder nur vernachlässigbar angehoben werden sollen, ist eine Ausführungsform besonders zweckmäßig, wie sie aus Anspruch 3 hervorgeht Diese Aufweitung kann einfach durch Ansenken der den Durchgangskanal bildenden Bohrung erfolgen.

Alternativ ist auch eine Ausführungsform zweckmä-Big, wie sie aus Anspruch 4 hervorgeht. Eine Stufenbohrung läßt sich sehr maßgenau und mit geringem technisehen Aufwand herstellen.

Bei einer weiteren, zweckmäßigen Ausführungsform wird der Kolbenschieber gegenüber der üblichen Handhabung nicht abgeändert, sondern der Ablaufanschluß entsprechend vergrößert, was zu dem gleichen, wünsehenswerten Effekt einer Geräuschminderung führt

Günstig ist es dabei, die Vergrößerung cies Ablaufan-Schlusses auf eine Weise vorzunehmen, wie sie aus Anspruch6 hervorgeht

Die Bemessung der einzelnen Querschnitte in Relation zueinander wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Fördermenge bzw. dem Arbeitsdruck der Viskosität des Druckmittels und anderer praxisbezogener Parameter erfolgen.

Nachstehend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Steuerventil unter Weglassung von für die Erfindung nebensächlicher Einzelheiten, in einer Steuerstellung des Kolbenschiebers,

Fig.2 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 1, wobei der Kolbenschieber gegenüber F i g. 1 geringfügig verschoben ist,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform eines Steuervcntils,

Fig.4 eine weitere Ausführungsform eines Steuerventils, und

F i g. 5 ein Schaubild, aus dem der Verlauf des Druckabbaus erkennbar ist.

Gemäß den F i g. 1 und 2 ist in einem Gehäuse 1 eines Steuerventils eine Gehäusebohrung 2 angeordnet, in der ein Kolbenschieber 3 in üblicher Weise zwischen einer Neutralstellung und wenigstens einer Steuerstellung verschiebbar gelagert ist. Der Kolbenschieber 3 ist gegen eine Verdrehung in der Gehäusebohrung 2 gesichert und sitzt in einem Gleitsitz in der Gehäusebohrung 2, so daß seine Umfangsfläche eine abdichtende Funktion ausübt.

Im Gehäuse 1 ist ein Druckkanal 4 vorgesehen, der mit einem Druckanschluß 5 in die Gehäusebohrung 2 mündet und an einen nicht dargestellten Pumpenzulauf angeschlossen ist.

Dem Druckanschluß 5 diametral gegenüberliegend ist im Gehäuse ein Ablaufkanal 6 vorgesehen, der mit einem Ablaufanschluß 7 in die Gehäusebohrung 2 mündet. Der Druckanschluß 5 und der Ablaufanschluß 7 sind gleich groß.

Im Kolbenschieber 3 ist ein Durchgangskanal 8 als Querbohrung ausgebildet, der über den größten Teil seiner Längserstreckung gleich groß ist, wie der Druckanschluß 5 und der Ablaufanschluß 7. Mit 9 ist der Eintrittsquerschnitt in den Durchgangskanal 8 bezeichnet. Am dem Ablaufanschluß 7 zugewandten Ende des Durchgangskanals 8 ist eine kegelige Aufweitung 11 angebracht, so daß der mit 10 bezeichnete Austrittsauerschnitt des Durchgangskanals 8 größer ist, als der Eintrittsquerschnitt 9.

In Fi g. 1 befindet sich der Kolbenschieber 3 in einer Absperrstellung, d. h, der Durchgangskanal 8 ist soweit gegenüber dem Druckanschluß 5 und dem Ablaufan-Schluß 7 verschoben, daß keine Strömungsverbindung besteht Das anstehende Druckmittel wird auf nichtdargestellte Weise einem Arbeitsanschluß zugeführt von dem es der Kolbenschieber 3 in gewünschter Weise zu einem Verbraucher führt In F i g. 2 wird der Kolbenschieber 3 in Richtung eines Pfeiles 13 in Richtung auf seine Neutralstellung mit drucklosem Durchlauf verschoben. Es ist erkennbar, daß zwischen dem Austrittsquerschnitt 10 und dem Ablaufanschluß 7 bereits ein verhältnismäßig großer Durchgangsquerschnitt vor-Hegt, während der Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Druckanschluß 5 und dem Eintrittsquerschnitt 9 des Durchgangskanals 8 noch sehr klein ist

Entsprechend stark ist die Drosselwirkung im letztgenannten Bereich, während im erstgenannten Bereich die Drosselwirkung geringer ist. Die Druckdifferenz im Druckmittel ist deshalb zwischen dem Druckanschluß 5 und dem Durchgangskanal 8 deutlich größer als die Druckdifferenz zwischen dem Austrittsquerschnitt 10 und dem Ablaufanschluß 7, hinter dem das Druckmittel praktisch drucklos ist

Anhand F i g. 5 ist diese Wirkung deutlich erkennbar, wobei auf der vertikalen Achse des Schaubildes der Druck im Druckmittel aufgetragen ist, während auf der horizontalen Achse der Weg angedeutet ist den das Druckmittel vom Druckkanal 4 zum Ablaufkanal 6 zurücklegt. Die gesamte Druckdifferenz beträgt dp. Im Bereich A entsprechend dem Durchtrittsquerschnitt vom Druckanschluß 5 zum Eintrittsquerschnitt 9 ergibt sich ein Druckdifferenzwert dpa- Im Punkt B ergibt sich hingegen ein Druckdifferenzwert dp_A, wenn das Druckmittel aus dem Durchgangskanal 8 in den Ablaufkanal 6 übertritt Deutlich erkennbar ist Druckdifferenzwert dpo erheblich größer als der Druckdifferenzwert dp_A. Da das Druckmittel bei der Entspannung aus dem Durchgangskanal 8 in den im wesentlichen drucklosen Ablaufkanal weitaus stärker zur Geräuschentwicklung neigt, als bei der Entspannung vom DruckanschluB 5 in den Durchlaßkanal 8, wo noch ein erheblicher Gegendruck herrscht, ist die Gesamtgeräuschentwicklung geringer, da das Geräusch, welches das Druckmittel im Punkt A erzeugt durch den im Durchgangskanal 8 herrschenden Druck gedämpft wird, und da das im Bereich B vom Druckmittel erzeugte Geräusch leiser ist, da dort die Druckdifferenz kleiner ist.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Steuerventils, bei dem im Gehäuse 1 der Druckanschluß 5 und der Ablaufanschluß 7 in die Gehäusebohrung münden, in der der Kolbenschieber 3' verschiebbar ist. Die beiden Anschlüsse sind gleich groß. Der Durchgangskanal 8' im Kolbenschieber 3' besitzt einen Eintrittsquerschnitt 9, der gleich groß ist, wie der Druckanschluß 5. Der Austrittsquerschnitt 10' des Durchgangskanals 8' ist hingegen größer als der Eintrittsquerschnitt 9', da er im Bereich eines Stufenbohrungsabschnittes 14 liegt Der Durchgangskanal 8 ist hierbei insgesamt als Stufenbohrung ausgebildet.

Wie strichliert angedeutet ist, könnte der im Durchmesser größere Abschnitt der Stufenbohrung auch bis nahe an den Eintrittsquerschnitt 9 heran verlängert sein.

t>5 Bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 ist der Durchgangskanal 8" über seine gesamte Länge mit gleichbleibender Größe gebildet. Hingegen mündet der Ablaufkanal 6 mit einem gegenüber dem Druckan-

schluß S vergrößert ausgebildeten Ablaufanschluß T in die Gehäusebohrung. Der Kolbenschieber 3" erhält somit eine bisher übliche Ausführung. Der vergrößerte Ablaufanschluß T ergibt sich durch eine kegelförmige Aufweitung 15 des Ablaufkanaies 6. Es könnte — wie in Fig.3 — auch eine Stufenbohrungsform für den Ablaufkanal 6 gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1 2 um dann über den Durchtrittsquerschnitt vom DurchPatentansprüche: gangskanal in den Ablaufkanal auf Null abzufallen. Aus diesem Druckabbau resultiert eine starke Geräuscheni-

1. Steuerventil, insbesondere für eine Hochdruck- wicklung, obwohl der Druckabbau in zwei Stufen erHydraulik-Anlage, mit einem Gehäuse und einem in 5 folgt Beim Druckabbau vom Druckanschluß in den einer Gehäusebohrung zwischen einer Neutralstel- Durchgangskanal entsteht ein verhältnismäßig leises lung mit drucklosem Durchlauf des Arbeitsdruck- Geräusch, da im Durchgangskanal noch ein bcträchtlimittels und wenigstens einer Steuerstellung ver- eher Druck herrscht Hingegen entsteht beim Druckabschiebbaren Kolbenschieber zur Arbeitsströmungs- bau vom Durchgangskanal in den Ablaufkanal ein Versteuerung, wobei für den drucklosen Durchlauf ein io hältnismäßig lautes Geräusch, da im Ablaufkanal prakmit dem Pumpendruck beaufschlagter Druckan- tisch kein Gegendruck mehr vorhanden ist, so daß eine schluß zur Gehäusebohrung, ein im Kolbenschieber mit starker Geräuschentwicklung verbundene Kavitaausgebildeter Durchgangskanal und ein Ablaufan- tion auftritt Diese Geräuschentwicklung ist in manchen schluß vorgesehen sind, der einem im wesentlichen Anwendungsfällen des Steuerventils nicht nur störend, drucklosen Ablaufkanal angehört, dadurch ge· is sondern es kann aus der auftretenden Kavitation auch kennzeichnet, daß der DruckanschluS (S) und eine mechanische Beschädigung hervorgehen.

der Eintrittsquerschnitt (9) des Durchgangskanals (8, Der Erfindung liegt das technische Problem zugrun-

8', 8") einerseits und der Austrittsquerschnitt (10, de, ein Steuerventil der eingangs genannten An zu

10") des Durchgangskanals und der Ablaufanschluß schaffen, bei dein die Geräuschentwicklung deutlich

(7, T) andererseits so bemessen sind, daß der Durch· 20 verringert ist und auch die Gefahr eines Schadens durch'

gangsquerschnitt vom Durchgangskanal (8, 8', 8") Kavitation reduziert ist

zum Ablaufanschluß (7,7') in jeder Kolbenschieber- Das gestellte Problem wird erfindungsgemäß durch stellung zwischen einer Schließstellung und einer die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 entvollen Überdeckung zwischen dem Druckanschluß haltenen Merkmale gelöst

und dem Durchgangskanal größer ist, als der Durch- 2s Bei dieser Ausbildung ergeben sich zwar wie beim

gangsquerschnitt vom Druckanschluß zum Durch- Stand der Technik zwei hintereinanderl-egende Dros-

gangskanal. selstellen. in denen das Druckmittel vom Arbeitsdruck

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bis auf den vernachlässigbaren Druck im Ablaufkanal zeichnet, daß der Austrittsquerschnitt (10, 10') des entspannt wird, jedoch ist die Drosselwirkung zwischen Durchgangskanals (8, 8') — zumindest in der Rieh- 30 dem Druckanschluß und dem Durchgangskanal stärker, tung der Kolbenschieberlängsachse gesehen — grö- als zwischen dem Durchgangskanal und dem Ablaufkußer ist als der Eintrittsquerschnitt (9) des Durch- nal. Zwangsweise ergibt sich damit in der ersten Drosgangskanals. selstelle ein wesentlich größerer Druckabbau, als in der

3. Steuerventil nach den Ansprüchen 1 und 2, da- zweiten Drosselstelle. Da jedoch der Druckabbau in der durch gekennzeichnet, daß der Durchgangskanal (8) 3s ersten Drosselstelle in den Durchgangskanal hinein ereine Bohrung ist die im Bereich des Austrittsquer- folgt, wo noch ein beträchtlicher Restdruck im Druckschnittes (10) eine kegelige Aufweitung (It) auf- mittel vorliegt ist hier die Geräuschentwicklung nicht weist stärker, als beim Stand der Technik. Jedoch ist das

4. Steuerventil nach den Ansprüchen 1 und 2, da- Druckgefälle zwischen dem Durchgangskanal und dem durch gekennzeichnet, daß der Durchgangskanal (8') 40 Ablauficanal deutlich geringer, als beim Stand der Techeine Stufenbohrung ist nik, so daß hier — wo sich das Druckmittel praktisch in

5. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- den drucklosen Ablaufkanal hinein entspannt — die Gezeichnet daß der Ablaufanschluß (7') in der Gehäu- rauchentwicklung erheblich geringer ist. Das insgesamt sebohrung (2) — zumindest in Richtung der Kolben· hörbare Geräusch ist erheblich leiser, da die Summe aus schieberlängsachse gesehen — größer ist, als der 45 zwei annähernd gleichlauten Geräuschen zu einem Druckanschluß (5). niedrigeren Geräuschpegel führt, als die Summe aus

6. Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn- einem sehr lauten und einem leisen Geräusch. Dazu zeichnet, daß der Ablaufanschluß (7') im Übergang kommt, daß infolge der geringeren Drosselwirkung in zum Ablaufkanal (6) eine kegelige oder zylindrische der zweiten Drosselstelle Kavitationserscheinungen Aufweitung (15) aufweist 50 weitgehend unterbleiben, so daß auch eine mechanische

Beschädigung des Steuerventils durch Kavitation unter-

bleibt

Eine zweckmäßige Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes geht aus Anspruch 2 hervor. Mit dieser

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil der im Ober- 55 baulichen Maßnahme wird auf besonders einfache Weibegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. se erreicht, daß die Drosselwirkung zwischen dem

Bei einem aus der DE-AS 2t 52 830 bekannten Steu- Druckanschluß und dem Durchgangskanal größer ist, erventil dieser Art ist dor Druckanschluß genauso groß als die Drosselwirkung zwischen dem Durchgangskanal wie der Ablaufanschluß und auch der Durchgangskanal. und dem Ablaufanschluß. Bei der Bewegung des KoI-Dies bedeutet, daß, z. B, beim Umschalten des Steuer- 60 benschiebers bedeutet dies, daß die Verbindung zwiventils aus einer Arbeitsstellung, in der der drucklose sehen dem Durchgangskanal und dem Ablaufanschluß Durchlauf gesperrt ist, in Richtung auf die Neutralstel- jeweils voreilend zur Verbindung zwischen dem Drucklung zu, der Druck im Druckmittel in zwei Stufen bis auf anschluß und dem Durchgangskanal geöffnet bzw. Null bzw. den vernachlässigbar geringen Druck im Ab- nacheilend geschlossen wird und daß der Durchganpslaufkanal abgebaut wird. Wenn beispielsweise am 65 querschnitt in allen Kolbenschieberstellungen zwischen Druckanschluß 200 bar anstehen, so fällt der Druck einer vollen Absperrstelliing und einer vollen Überdeküber den Durchtrittsquerschnitt vom Druckanschluß in kung zwischen dem Druckanschluß und dem Durchden Durchgangskanal hinein auf annähernd 100 bar ab, gangskanal größer ist, als der Durchgangsquerschnitt