DE3911426A1 - Druckmittelventil - Google Patents
DruckmittelventilInfo
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- F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
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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°.
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,
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°.
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 psoll 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 (34)
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.
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).
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.
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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