DE3911426A1

DE3911426A1 - Druckmittelventil

Info

Publication number: DE3911426A1
Application number: DE3911426A
Authority: DE
Inventors: Goetz-Dieter Machat; Eugen Ebert; Hans Woelfges
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1991-08-01
Anticipated expiration: 2009-04-08
Also published as: JP2898088B2; WO1990012232A1; DE3911426C2; JPH04500551A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmittelventil, und zwar insbesondere auf ein vorgesteuertes Druckbegrenzungs- und Druckzuschaltventil.

Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Druckbegrenzungs ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ventile dieser Bauart sind bereits bekannt und werden in der Figurenbeschrei bung anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert.

Bei einem bekannten Hauptstufenventil mit einem herkömmlichen Ringkanal treten außerordentlich hohe Regelabweichungen auf. Bei einem bekannten Hauptstufenventil mit konkaver Kolbenman telfläche wird eine Strömungskraftkompensation erreicht, und zwar durch eine Eindrehung in der Mantelfläche des Hauptkol bens im Bereich eines inneren Ausströmringkanals zwischen Buchse und Kolben (vgl. dazu auch die Fig. 3 und 4). Durch die seitliche Eindrehung entsteht eine Angriffsfläche am Kolben für den hinter dem Steuerquerschnitt umgelenkten austretenden Druckmittelstrahl. Die Strahlimpulswirkung des strömenden Druckmittels (Flüssigkeit) und der im inneren Ausströmkanal entstehende Staudruck, der auf eine mit dem Hub veränderliche Angriffsfläche auf den Kolben wirksam wird, können in bestimm ten Bereichen sogar zu einer Überkompensation der Strömungs kraft führen, so daß sich ein abfallender Verlauf der Kennli nien in bestimmten Volumenstrombereichen ergibt. Die zusätzli che Kraft in Öffnungsrichtung bewirkt einen Zusatzhub, den der Kolben bei gleichen Bedingungen, jedoch ohne die seitliche Eindrehung an der zylindrischen Fläche des Kolbens nicht aus führen würde. Durch diesen Zusatzhub wird die Regelabweichung dieses bekannten Ventils herabgesetzt. Ein großer Nachteil der seitlichen Eindrehung am Kolben ist aber der, daß die durch den Staudruck im Ausströmbereich erzeugte Zusatzkraft in Öff nungsrichtung hub- bzw. volumenstromabhängig ist, was einen "S"-förmigen Kennlinienverlauf zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil ist die schlechte Wiederholgenauigkeit in der Ferti gung des konkaven Profils der Mantelfläche, so daß Abweichun gen der Kennlinien bei Ventilen aus verschiedenen Fertigungs losen auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckmittelventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und anderer Ansprüche unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik auszubilden. Insbesondere bezweckt die Erfindung, das Druckmittelventil derart auszubilden, daß die Regelabweichung des Ventils im gesamten Mengenbereich der jeweiligen Nenngröße niedrig ist, und zwar bei einer gleichzeitig erreichten guten Stabilität. Erfindungsgemäß geschieht dies durch eine wirkungsvolle Kompensation der Axialkomponente der Strömungskraft im Ausströmbereich der Ventilbuchse. Weiterhin soll das erfindungsgemäße Druckmittelventil mit guter Wiederholgenauigkeit zu fertigen sein.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein bekanntes Hauptventil eines vorgesteuerten Druckbe grenzungsventils;

Fig. 2 Regelkennlinien für das Ventil gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein weiteres bekanntes Hauptventil für ein vorgesteuer tes Druckbegrenzungsventil;

Fig. 4 Regelkennlinien für das Ventil der Fig. 3;

Fig. 5 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Hauptventils für ein vorgesteuertes Druck begrenzungsventil;

Fig. 6 Regelkennlinien für das Ventil der Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische teilweise geschnittene Einzelheit des Ventils der Fig. 5;

Fig. 8 einen Schnitt längs Linie 8-8 in Fig. 7;

Fig. 9 einen Ausschnitt aus Fig. 7 zur Aufnahme der zahlrei chen Bezugszeichen;

Fig. 10 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hauptventils, wobei es sich hier allerdings nicht um Sitzventil wie in Fig. 5, sondern um ein Schiebeventil handelt;

Fig. 11 einen Schnitt längs Linie 11-11 in Fig. 10;

Fig. 12 die gleiche Darstellung wie Fig. 7, wobei aber hier durch Pfeile der Druckmittelfluß angedeutet ist,;

Fig. 13 die gleiche Darstellung wie Fig. 10, wobei aber hier durch Pfeile der Druckmittelfluß angedeutet ist;

Fig. 14 ein bekanntes vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, in dem die Erfindung vorzugsweise verwirklicht werden kann;

Fig. 15 einen Ausschnitt des bekannten Ventils gemäß Fig. 1;

Fig. 16 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Ventils gemäß Fig. 5;

Fig. 17 einen Vergleich des Regelkennlinienverlaufs für die Ventile gemäß Fig. 15 und 16 (ähnlich den Fig. 2 und 6);

Fig. 18 einen Kennlinienvergleich für die Ventile gemäß Fig. 15 und 16;

Fig. 19 einen Kennlinienvergleich für die in dieser Figur sche matisch angedeuteten Ventilbauarten;

Fig. 20 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils (ohne Kolben) im Schnitt;

Fig. 21 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 22 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 23 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 zur Verdeutlichung eines wesentlichen Merkmals der Erfindung.

Im folgenden werden anhand der Fig. 1 bis 4 zwei bekannte Druckbegrenzungsventile (Hauptstufenventile) beschrieben, wie sie in einem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil gemäß Fig. 14 eingesetzt werden können. Sodann wird anhand der Fig. 5 zusammen den Fig. 7 bis 9 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmittelventils, im Zusammenhang eines Druckbegrenzungsventils beschrieben, wie es vorzugsweise in einem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil der Fig. 14 einzu setzen ist.

Sodann wird anhand der Fig. 10 und 11 ein zweites Ausführungs beispiel der Erfindung beschrieben, wobei es sich allerdings hier im Gegensatsz zu den Fig. 5 bis 9 nicht um ein Sitzven til, sondern um ein Schieberventil handelt.

Anhand der Fig. 12 bis 19 wird dann auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventile eingegangen. Die Fig. 20 bis 22 zeigen drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, die ein weiteres Prinzip der Erfindung veranschau lichen.

Beschreibung der Fig. 1 bis 6.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein bekanntes Druckbegrenzungsventil 10, welches eine Büchse 11 mit einer symmetrisch zur Längs- oder Ventilachse 13 verlaufenden Einströmbohrung 12 sowie quer zur Ventilachse 13 verlaufenden Ausströmbohrungen 14 besitzt. In der Büchse ist ein Ventilkolben 16 hin- und herbewegbar ge lagert und wird durch eine Feder 17 gegen den Ventilsitz vor gespannt. Fig. 2 zeigt die bei einem solchen Ventil erreichba ren Regelkennlinien.

Fig. 3 zeigt ein anderes bekanntes Druckbegrenzungsventil 20, bei dem der in der Büchse 11 hin- und herbewegbar gelagerte Kolben 22 eine konkave Kolbenmantelfläche 21 besitzt. Fig. 4 zeigt, etwas übertrieben, die Regelkennlinien für das Ventil der Fig. 3. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausge führt, bewirkt die seitliche Eindrehung am Kolben, daß die durch den Staudruck im Ausströmbereich erzeugte Zusatzkraft in Öffnungsrichtung hub- bzw. volumenstromabhängig ist, was zu dem gezeigten S-förmigen Kennlinienverlauf führt.

Fig. 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Druckbegrenzungsventils 24 mit einer Büchse 25, in der mehrere Ausströmbohrungen 26 sowie wieder parallel zur Ventil achse 13 eine Einströmbohrung 12 ausgebildet ist. Erfindungs gemäß wird der bereits bei dem Ventil der Fig. 1 vorhandene Ringkanal 19 verbessert, weshalb in Fig. 5 der Ringkanal mit 27 bezeichnet ist und auf Grund von dessen Einsatz die günsti gen in Fig. 6 gezeigten Regelkennlinien erhalten werden. In den Fig. 7 bis 9 ist das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung vergrößert dargestellt und man erkennt, daß der Ringkanal 27 eine Breite b2 besitzt. Der Ringkanal 27 besteht aus einem eigentlichen Ringkanal 30 mit der Breite b1 sowie einem sogenannten Ringkanalabschnitt 37. Der Ringkanalab schnitt 37 ist ein Teil einer kegelförmigen Ventilsitzfläche 35, die durch den Ventilsitz 36 in die in den bereits genann ten Ringkanalabschnitt 37 und einen Verbindungsabschnitt 38 unterteilt ist. Die kegelförmige Ventilsitzfläche 35 geht stromaufwärts in die Einströmbohrung 12 über.

Der eigentliche Ringkanal 30 besitzt eine Ringkanalanfangs schräge 31 mit der Breite h, daran anschließend eine Ringka nalbodenfläche 32 mit der Breite b und wiederum daran an schließend eine Ringkanalendschräge 33 mit der Breite e. Mit 39 ist eine Gesamteinströmschräge bezeichnet, die zwischen dem Ventilsitz 36 und dem Beginn des Bodens 32 verläuft. Im ge schlossenen Zustand des Ventils sitzt eine vom Kolben 16 ge bildete Kolbenkante 40 am Ventilsitz 36. Die Breite der Gesamteinströmschräge 39 ist mit c bezeichnet.

Die Ausströmbohrungen 26, von denen mehrere nämlich 6 oder 7 vorzugsweise aber acht, vorgesehen sind, besitzen Mittelachsen 41 sowie einen mit d3 bezeichneten Durchmesser.

Erfindungsgemäß wird eine ringkanalfreie Zone 43 mit einer Breite f zwischen dem in Strömungsrichtung gelegenen Ende des Ringkanals 27 sowie der in Strömungsmittelflußrichtung am wei testen weg gelegenen Scheitellinie der Ausströmbohrung 26 ge bildet. Der Abstand oder die Breite zwischen dem Ventilsitz 36 und der Mittelachse 41 ist mit a bezeichnet.

Ferner wird zwischen der Kolbenkante 40 und der Gesamtein strömschräge 39 ein (ringförmiger) verstellbarer Steuerquer schnitt 45 gebildet. Wie man insbesondere in Fig. 8 erkennt, verläuft der Ringkanal 27 größtenteils in zwischen den Aus strömbohrungen 26 verbliebenen Stegen 47.

Die Ringkanalanfangsschräge 39 bildet gegenüber der Ventil achse 13 einen Winkel beta, während die kegelförmige Ventil sitzfläche 35 einen Winkel alpha bildet.

Erfindungsgemäß sind die folgenden Verhältniswerte vorgesehen:

a/d₁ = 0,18 bis 0,35,
b/d₁ = 0,16 bis 0,25,
c/d₁ = 0,05 bis 0,15,
d₂/d₁ = 1,05 bis 1,10,
alpha = 10 bis 25°,
beta = alpha oder beta = alpha + (7,5 bis 15°),
gamma = 15 bis 60°.

Während anhand der Fig. 7 bis 9 ein sogenanntes Sitzventil be schrieben wurde, sei nunmehr als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 10 und 11 ein Schieberventil be schrieben. Der Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß hier keine kegelförmige Ventilsitzfläche 35 vorgesehen ist, und daß der Ventilsitz 36 unmittelbar am Schnittpunkt von Ringkanalanfangsschräge 31 und Einströmbohrung 12 gebildet wird. Dementsprechend werden hier die gleichen Bezugszeichen wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet.

Erfindungsgemäß sind folgende Verhältniswerte vorgesehen:

a/d1 = 0,18 bis 0,35,
b/d1 = 0,16 bis 0,25,
c/d1 = 0,05 bis 0,15,
d2/d1 = 1,05 bis 1,10,

vorzugsweise mindestens acht Bohrungen

beta = 10 bis 40°,
gamma = 15 bis 60°.

Speziell anhand der Fig. 12 bis 19 sei auf die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Ventile eingegangen.

Die erfindungsgemäßen Ventile 24, 50 weisen eine besonders niedrige Regelabweichung im stationären Bereich sowie ein gutes Stabilitätsverhalten auf, und sie werden speziell als Hauptstufen sowohl bei Druckbegrenzungsventilen als auch bei Druckzuschaltventilen verwendet.

Die im Vergleich zu den bekannten Ventilen deutlich verbesser ten Charakteristiken sind auf die besondere Form des stromab hinter dem variablen Steuerquerschnitt 45 gelegenen, trapez förmig ausgebildeten Ringkanals 27, 30 in der Führungsbüchse 25 des Hauptkolbens 16 zurückzuführen. Dieser, durch acht Ausströmbohrungen 26 unterbrochene Ringkanal 30 wird stromab wärts nach außen durch die in der Verlängerung des kegelförmi gen Ventilsitzes liegenden Stege zwischen den Ausströmbohrun gen 26 und stromaufwärts nach innen durch die zylindrische Mantelfläche des Hauptkolbens begrenzt.

Die geometrischen Abmessungen sind durch die oben genannten Verhältniswerte gekennzeichnet. Bei Berücksichtigung dieser Verhältniswerte können vergleichbar gute Ergebnisse bei Ventilen mit verschiedenen Kolbendurchmessern erreicht werden.

Um den Einfluß des Ringkanals auf das Regelverhalten des Ven tils 24, 50 erklären zu können, seien zuerst die Ursachen, die für das Zustandekommen der Regelabweichung verantwortlich sind, untersucht.

Bei vorgesteuerten Druckbegrenzungsventilen findet allgemein eine Erhöhung des eingestellten Druckes mit dem Volumenstrom statt. Diese Druckerhöhung, bezogen auf den Änderungsbereich des Volumenstromes, stellt die Regelabweichung des Ventiles im stationären Betriebszustand dar. Für die Regelabweichung gibt es zwei Ursachen: den mit dem Volumenstrom zunehmenden Hub des Hauptkolbens und die Strömungskraft.

Bei zunehmendem Hub erhöht sich die Kraft der Hauptkolbenfeder 17. Ihre Vorspannkraft und Steifigkeit sind niedrig ausgelegt, da der Hauptkolben 16 durch ein unter Druck stehendes Ölvolu men vorgesteuert bzw. "vorgespannt" wird. Die hohe Durchfluß geschwindigkeit im variablen Steuerquerschnitt 45 bedingt bei großen Einstelldrücken und großen Volumenstromänderungen nur geringe Hubveränderungen. Die Zunahme der Federkraft mit dem Kolbenhub ist somit sehr klein. Trotzdem kann die Zunahme der Federkraft aufgrund der Verstärkung durch die Wirkungskette Steuer-Volumenstrom-Regelabweichung des Vorsteuer-Druckbegren zungsventils eine nicht ganz zu vernachlässigende Erhöhung der Regelabweichung des Gesamtventils zur Folge haben. Die Ände rung der Federkraft beeinflußt die Regelabweichung auf direkte und indirekte Weise: direkt durch die Änderung der Federkraft alleine, und indirekt durch die Zunahme des Steuer-Volumenstromes.

Die Kraft der Hauptkolbenfeder 17, bezogen auf die druckbeauf schlagte Kolbenfläche, bestimmt das Druckgefälle an der festen Blende 1 (Dämpfungsnetzwerk) und somit den Steuer-Volumen strom. Eine Erhöhung des Steuer-Volumenstromes hat ein Anstei gen des Steuerdruckes zur Folge (Regelabweichung des Vorsteu er-Druckbegrenzungsventils 5), und dieser wiederum bewirkt eine Erhöhung des Eingangsdruckes am Hauptanschluß des Ven tiles 24.

Aufgrund der niedrigen Federrate der Hauptkolbenfeder 17 sowie der kleinen Regelhübe des Hauptkolbens 16 ist der Einfluß der Hauptkolbenfeder 17 auf die Druckerhöhung bei zunehmendem Kol benhub gegenüber den Strömungseinflüssen gering.

Eine wirksame Verminderung des Druckanstieges mit dem Volumen strom kann nur durch Beeinflussung der Strömungskraft erreicht werden.

Um den engsten Drosselquerschnitt passieren zu können, muß der Flüssigkeitsstrahl stark beschleunigt werden. Dazu wird poten tielle Energie des statischen Druckes in kinetische Beschleu nigungsenergie umgewandelt. Die dabei entstehende Druckabsen kung ist gleichbedeutend mit der Strömungskraft.

Wird die Hauptstufe eines vorgesteuerten Druckbegrenzungsven tiles mit konstantem Steuerdruck beaufschlagt (z. B. durch Zuführen des Steuer-Volumenstromes über einen Mengenregler zum Vorsteuer-Druckbegrenzungsventil), so wird bei zunehmendem Vo lumenstrom über die Hauptstufe ein Ansteigen des eingestellten Druckes p_soll gemessen.

Die Strömungskraft wirkt dabei auf den Kolben 16 in Schließ richtung und ist die Hauptursache für das Ansteigen des Druc kes mit dem Volumenstrom.

Bei der Ausströmgeomertie nach Fig. 7 wird der mit hoher Geschwindigkeit aus dem variablen Steuerquerschnitt 45 austre tende Strahl beim Eintritt in den durch die Stege zwischen den Ausströmbohrungen 26 der Buchse 25 und der Mantelfläche des Kolbens 16 gebildete Spalt (= innere Ausström-Ringkanal) stark verzögert, ein Teil seiner kinetischen Beschleunigungsenergie wird in potentielle Druckenergie rückgebildet. Die so entstan dene, dem Volumenstrom proportionale Druckerhöhung stromab hinter dem variablen Steuerquerschnitt kompensiert zu einem großen Teil die für die Strömungskraft verantwortliche Druck absenkung stromauf im Zuströmbereich in der Nähe des variablen Steuerquerschnittes 45. Anders ausgedrückt: Aufgrund des er höhten Druckes im Spalt zwischen Kolben 16 und Bohrungsstegen 47 ist die integrale Druckdifferenz am Steuerquerschnitt klei ner. Der Kolben 16 wird also einen größeren Öffnungshub aus führen, bzw. der gleichen Volumenstromzunahme entspricht eine größere Zunahme der Steuerquerschnittsfläche als im Falle eines Ringkanals der herkömmlichen Bauweise mit einem niedri geren Staudruck in diesem Ausström-Ringspalt. Dadurch wird die Zunahme des Eingangsdruckes mit dem Volumenstrom erheblich reduziert. In Fig. 15-18 wurde ein Vergleich der Kennlinien des Druckes in Abhängigkeit vom Volumenstrom sowie des Steuer- Volumenstromes in Abhängigkeit von der Durchflußmenge mit dem Druck als Parameter für eine Hauptstufe der alten, herkömmli chen Bauweise (Fig. 15) und eine Hauptstufe mit neuer Sitzgeo metrie (Fig. 16) dargestellt.

Die Reduzierung der axialen Komponente der Strömungskraft ist bei den erfindungsgemäßen Hauptstufenventil 24 offensichtlich. Auffallend ist auch die geringe Zunahme der Regelabweichung mit dem Druckniveau, entsprechend gering ist auch der Ände rungsbereich der Steuerölmenge mit dem Volumenstrom und dem eingestellten Druck. Wie bereits erwähnt, werden die besten Ergebnisse mit Buchsen 25 mit acht in einer Ebene senkrecht zur Ventilachse 13 angeordneten Ausströmbohrungen 26 und den Ringkanal-Abmessungen innerhalb oben angegebenen Grenzwerte erreicht.

Messungen betreffend die Änderung der Strömungskraft mit dem Kolbenhub weisen einen grundsätzlich gleichen Verlauf auf (Fig. 19). Die Strömungskraft steigt zunächst mit dem Kolben hub und dem Volumenstrom stark an, ab dem Maximum der Strö mungskraft bleibt der Volumenstrom im weiteren Verlauf kon stant und die Strömungskraft fällt von da an mit dem Kolbenhub hyperbolisch ab. Mit der erfindungsgemäßen Sitzgeometrie konn te das Maximum erheblich herabgesetzt werden (Fig. 19, gestri chelte Kennlinie), daher auch die gute Stabilität und geringe Flatterneigung. Die Wirkung der Strömungskraft auf die Regel abweichung des Ventiles wird - ähnlich wie die der Kraft der Hauptkolbenfeder - durch die Regelabweichung der Vorsteuerung verstärkt, d. h. eine Zunahme der Strömungskraft bewirkt ein Ansteigen des Druckgefälles an der Blende für den Steuer-Volu menstrom, dieser nimmt zu und bewirkt ein Ansteigen des Steu erdruckes und somit des Eingangsdruckes.

Durch die erfindungsgemäße Geometrie im Ausstrrömbereich der Ventilbuchse wird die axiale Komponente der Strömungskraft wirkungsvoll kompensiert. Dadurch bleibt die Regelabweichung im gesamten Mengenbereich der jeweiligen Nenngröße sehr nie drig bei einer gleichzeitig guten Stabilität.

Fig. 20 zeigt im Schnitt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, von dem nur eine Ventilbüchse 60 im Schnitt darge stellt ist, während der Kolben weggelassen wurde. Auch hier sind wieder eine Einströmbohrung 12 sowie mehrere Ausströmboh rungen 26 vorgesehen. Obwohl es sich hier um ein Sitzventil handelt, ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 nur eine Ringkanalanfangsschräge 61 vorgesehen, die mit der kegelförmigen Ventilsitzfläche zusammenfällt und den Ventil sitz 63 bildet. Der Ringkanal ist hier mit 64 bezeichnet und besitzt eine Breite b2. Man erkennt, daß eine ringkanalfreie Zone 43 mit der Breite f verbleibt. wodurch sich trotz der Tatsache, daß hier b2 ungefähr gleich d3 ist, eine vorteilhaf te Arbeitsweise für das Ventil ergibt. Der Winkel beta ist hier 30°.

Fig. 21 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar in Abwandlung der Fig. 20 insofern, als hier wieder um gesondert eine kegelförmige Ventilsitzfläche 65 mit einem Ventilsitz 66 vorgesehen ist. Anschließend ist eine Ringkanal anfangsschräge 67 vorgesehen. Die Breite b2 des Ringkanals 69 ist hier größer als der Durchmesser d3 der Ausströmbohrungen 26. Trotzdem ergibt sich ein vorteilhafter Betrieb des Ventils.

Fig. 22 zeigt schließlich ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Ringkanal 71 wiederum eine Breite b2 besitzt, die wesentlich größer ist, etwa 50% größer, als der Durchmesser d3. Auch hier gibt es wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 21 eine ringkanalfreie Zone 43 mit einer Breite f. Darüber hinaus sind abwechselnd Ausströmbohrungen 73 und 74 mit unterschiedlich großem Durchmesser vorgesehen.

Das Hauptgewicht der vorliegenden Erfindung liegt zunächst auf dem stufenlosen Übergang im Regelbereich des Steuerkolbens von der Eingangsbohrung zum Ringkanal. Durch diese Maßnahme wird bereits eine wesentliche Verbesserung des Regelverhaltens des Druckventils erzielt. Vgl. dazu Fig. 23, die aus Fig. 7 abge leitet wurde um diese Maßnahme darzustellen. Die in Fig. 7 gezeigte Stufe ergibt sich in der Praxis aufgrund der Schleifen. Es ist aber darauf hinzuweisen, daß der Durch messer d2 größer ist als die Einströmbohrung 12. Im Regelbereich der Kontrollkante 40 zwischen Einströmbohrung 12 und Ringkanal 27 ist ein stufenloser Übergangsbereich 31, 35 vorgesehen.

Ferner gilt, daß sich der Übergangsbereich aus zwei kegel förmigen Teilbereichen zusammensetzt, die gleichzeitig die eine Begrenzungswand der Ringkanals 27 bilden, wobei der eine sich an der Einströmöffnung 12 anschließende Teilbereich 35 unter einem Winkel α zwischen 10° und 25° verläuft und der zweite Teilbereich 31 unter einem Winkel β verläuft, der dem Winkel α entspricht oder einem Winkel α + 7,5° bis 15°.

Ferner gilt, daß der an der Einströmöffnung 12 sich an schließende Übergangsbereich 35 die Sitzfläche 36 für die Kolbenkante 40 bildet und geschliffen ist. Bevorzugt ist, daß die Längserstreckung der beiden Teilbereiche 31, 35 annähernd gleich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die ringkanalfreie Zone der Ausströmbohrungen 26 mindestens 60% des Durchmesser d3 der Ausströmbohrungen beträgt.

Ferner ist vorteilhaft, daß die Breite b₄ des Ringkanals 27 kleiner ist als der Durchmesser d3 der Ausströmbohrungen 26 und wenigstens 6 vorzugsweise 8 Ausströmbohrungen vorgesehen sind und die der Einströmöffnung 12 abgewandte Begrenzungswand 33 des Ringkanals 27 im Bereich der Ausströmbohrungen 26 verläuft. Vgl. dazu insbesondere auch Fig. 22.

Vorzugsweise wird die Erfindung bei Ventilen mit Nennweiten von 10-20 mm verwendet.

Was die Ausführung in den Fig. 21 und Fig. 22 anlangt. so ist hier die Ringkanalbreite größer als der ⌀ der Abström bohrungen d₃. Diese Abmessungen sind bevorzugt.

Gute Druckmengenabhängigkeit bei gleichzeitig stabilem Regel verhalten wird nur dann erreicht, wenn die folgenden Bedingungen eingehalten sind.

Die Breite b des Ringkanals 27 zum Durchmesser d₁ der Kolben bohrung im Verhältnis < 1 : 3 ist, daß wenigstens 6 Ausström bohrungen 26 vorgesehen sind, daß der Abstand b₄ bzw. c < 3 mm beträgt und die Durchmesser im Verhältnis 1,05 bis 1,15 zueinander stehen. Zusätzlich müssen die Winkel α 10° bis 25°, β = α oder β =α +(7,5° bis 15°) sowie γ = 15° bis 60° sein.

Claims

1. Druckmittelventil mit einer Eingangsbohrung, einem Ringkanal und einem Steuerkolben dadurch gekennzeichnet, daß im Regelbereich des Steuerkolbens von der Eingangsbohrung zum Ringkanal ein stufenloser Übergang liegt.

2. Druckmittelventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, mit einer Büchse (25) ,
in der eine axial verlaufende Einströmbohrung (12) sowie mehrere radial verlaufende Ausströmbohrungen (26) ausge bildet sind und
das einen als Steuer- oder Schließelement arbeitenden in der Büchse (25) axial verschiebbar gelagerten Kolben (16), der eine Kolbenkante (40) aufweist,
wobei in der Büchse (25) zwischen der Einströmbohrung (12) und den Ausströmbohrungen (26) ein Ringkanal (27) mit einer Breite (b2) und einem Durchmesser (d2)ausgebildet ist, welch letzterer größer ist als der Durchmesser der Einströmbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelbereich der Kolbenkante (40) zwischen Einströmbohrung (12) und Ringkanal (27) ein stufenloser Übergangsbereich (31, 35) vorgesehen ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Übergangsbereich aus zwei kegelförmigen Teilbereichen zusammensetzt, die gleichzeitig die eine Begrenzungswand des Ringkanals (27) bilden und wobei der eine sich an der Einströmöffnung (12) anschließende Teilbereich (35) unter einem Winkel α zwischen 10° und 25° verläuft und der zweite Teilbereich (31) unter einem Winkel β verläuft, der dem Winkel α entspricht oder einem Winkel α + 7,5 bis 15°.

4. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Einström öffnung (12) sich anschließende Übergangsbereich (35) die Sitzfläche (36) für die Kolbenkante (40) bildet und geschliffen ist.

5. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Längserstreckung der beiden Teilbereiche (31, 35) annähernd gleich ist.

6. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel γ der Ringkanal endschräge (33) zwischen 15 und 60° liegt.

7. Ventil, insbesondere nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring kanal über einen Teil der Ausströmbohrungen hinweg ange ordnet ist, d. h., daß eine ringkanalfreie Zone (43) ver bleibt.

8. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die ringkanalfreie Zone (43) der Ausströmbohrungen (26) mindestens 60% des Durchmessers d3 der Ausströmbohrungen (26) beträgt.

9. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite b4 des Ringkanals (27) kleiner ist als der Durchmesser d3 der Ausströmbohrungen (26) und wenigstens 6 vorzugsweise 8 Ausströmbohrungen vorgesehen sind und die der Einström öffnung (12) abgewandte Begrenzungswand (33) des Ringkanals (27) im Bereich der Ausströmbohrungen (26) verläuft.

10. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanalbreite größer ist als der ⌀ der Abströmbohrungen d₃.

11. Ventil insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß für eine gute Druckmengenabhängigkeit bei gleichzeitig stabilem Regel verhalten folgende Bedingungen eingehalten sind: Die Breite b des Ringkanals (27) zum Durchmesser d₁ der Kolbenbohrung im Verhältnis < 1 : 3 ist.

12. Ventil nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 6 Ausströmbohrungen (26) vorgesehen sind.

13. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand b₄ bzw. c < 3 mm beträgt und die Durchmesser im Verhältnis 1,05 bis 1,15 zueinander stehen.

14. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel α 10° bis 25°, β =α oder β = α + (7,5° bis 15°) sowie γ = 15° bis 60° sind.

15. Druckmittelventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, mit einer Büchse (25),
in der eine axial verlaufende Einströmbohrung (12) sowie mehrere radial verlaufende Ausströmbohrungen (26) ausge bildet sind, und
einen als Steuer- oder Schließelement arbeitenden in der Büchse (25) axial verschiebbar gelagerten Kolben (16), der eine Kolbenkante (40) aufweist,
wobei in der Büchse (25) zwischen der Einströmbohrung (12) und den Ausströmbohrungen (26) ein Ringkanal (27) mit einer Breite (b2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b2) des Ringkanals (27) kleiner ist als der Durchmesser (d3) der Ausströmbohrungen (26).

16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß meh rere vorzugsweise acht Ausströmbohrungen (26) vorgesehen sind.

17. Ventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sämt liche Ausströmbohrungen (26) den gleichen Durchmesser be sitzen.

18. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ausström bohrungen (26) auf derselben Axialhöhe liegen und mit gleichem Radialabstand voneinander angeordnet sind.

19. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal eine Ge samteinströmschräge (39 in Fig. 9; Ringkanalanfangsschräge 31 in Fig. 10) aufweist.

20. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch kennzeichnet, daß der Ringkanal eine Ringka nalendschräge (33) aufweist.

21. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamteinströmschräge (39) durch eine Ringkanalanfangsschräge (31) und einen Ringkanalabschnitt (37) einer kegelförmigen Ventilsitzflä che (35) gebildet ist.

22. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α der kegel förmigen Ventilsitzfläche (35) zwischen 10 und 25° liegt.

23. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β der Ring kanalanfangsschräge (31) gleich dem Winkel ß ist, oder aber gleich dem Wert α + (7,5 bis 15°).

24. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel γ der Ringkanal endschräge (33) zwischen 15 und 60° liegt.

25. Ventil, insbesondere nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring kanal über einen Teil der Ausströmbohrungen hinweg ange ordnet ist, d. h., daß eine ringkanalfreie Zone (43) ver bleibt.

26. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die ringkanalfreie Zone (43) zwischen 1/3 und 1/5 des Durchmessers (d3) der Ausströmbohrungen (26) liegt.

27. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) des Ven tilsitzes (36) gegenüber den Mittelachsen (41) der Aus strömbohrungen (26) im Bereich von 0,18 bis 0,35 liegt.

28. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß für die Breite (b) der Ringkanalbodenfläche (32) und dem Durchmesser (d1) der Längsbohrung (12) folgendes gilt: b/d1 = 0,16 ... 0,25.

29. Ventil nach einem oder mehreren der vorherghenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abstand (c) zwi schen dem Ventilsitz (36) und in Strömungsrichtung gesehen den Beginn der Ringkanalbodenfläche (32) folgendes gilt: c/d1 = 0,5 ... 0,15.

30. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß für den Durchmesser (d2) der Ringkanalbodenfläche (32) und den Innendurchmesser (d1) folgendes gilt: d1/d2 = 1,05 bis 1,10.

31. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanalbodenfläche (32) parallel zur Ringachse (13) verläuft.

32. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet daß es ein Druckbegrenzungs ventil ist.

33. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Druckzuschaltven til ist.

34. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß es ein vorgesteuertes Druckbegrenzungs- bzw. Druckzuschaltventil ist.