DE4024482A1 - Stromregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromregelventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Stromregelventile bekannt (z. B. EP 01 33 623 A1), die als Regelglied einen Kolben aufweisen. Der Regelkolben besitzt üblicherweise eine dünne axiale Bohrung, die als Drossel fungiert. Diese Konstruktion erfordert eine sehr genaue Spielpassung des Regelkolbens und seiner Regelkante, wodurch die Herstellung kostenintensiv wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfachereren Aufbau und Verwendung preiswert herstellbarer Teile ein kostengünstiges Stromregelventil zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, einen aufwendig herzustellenden Regelkolben durch eine handelsübliche Stahlkugel zu ersetzen, deren Querschnitt die Bohrung weitgehend ausfüllt. Die nötige Drossel wird dabei durch einen Ringspalt zwischen Kugel und Gehäusewand gebildet. Die Kugel wird von der Seite des Auslaßkanals her von einer Druckfeder zur Einlaßseite hin beaufschlagt. Ein solcher Aufbau hat zudem den Vorteil, daß bei Temperaturänderung der thermische Expansionskoeffizient der Metallkugel Viskositätsänderungen des Druckmittels dahingehend ausgleicht, daß der Ringspalt kleiner wird, wenn die Viskosität sinkt, so daß die Temperatur nur geringen Einfluß auf die Durchflußmenge hat.

Damit der Einlaßkanal nicht von der Kugel versperrt werden kann, kann einlaßseitig ein Anschlag angebracht sein, der - vorzugsweise als zylindrischer Körper oder Kegelstumpf ausgestaltet - vorteilhaft mit einem einlaßseitigen Ventilverschlußdeckel fest verbunden oder einteilig ausgeführt ist, so daß sich die Fertigung des Anschlags besonders einfach gestaltet. Dieser Anschlag ragt dann soweit in die Bohrung, daß der Strom in den Einlaßkanal der in dieser Ausgestaltung radial in die Bohrung mündet, nicht beeinträchtigt wird durch die Lage der Ventilkugel.

Die Ventilkugel kann sich auch an einer die Bohrung einlaßseitig begrenzenden Stirnwand abstützen. Der Einlaßkanal mündet dann günstigerweise in einen Bereich, wo die zylindrische Gehäusewand und die einlaßseitige Stirnwand sich berühren und einen Winkel bilden, so daß der Einlaßstrom von der Kugel nicht behindert wird.

Die erforderliche Genauigkeit des Bohrungsquerschnitts kann durch Bohren, Reiben und anschließendes Kalibrieren mit einer Kugel oder Rollieren erzeugt werden. Für die Regelkugel ist eine handelsübliche Toleranz von 1 bis z um ausreichend, um Funktionstüchtigkeit des Ventils zu gewährleisten. Es kann auch einfacherweise einer Bohrung nach Bohren und Reiben eine passende Kugel zugeordnet werden.

Bei Ventilbetätigung wird dem einlaßseitigen Abschnitt der Bohrung Druck aufgebaut, der gegen die Kraft der Druckfeder auf die Kugel einwirkt. Da sich zwischen Kugel und Bohrungswand zumindest partiell ein kleiner Ringspalt befindet, fließt ein gedrosselter Druckmittelstrom in den auslaßseitigen Bereich der Bohrung, aus welchem Druckmittel durch den Auslaßkanal abfließen kann, so daß zwischen einlaß- und auslaßseitigem Bohrungsabschnitt sowie zwischen auslaßseitigem Bohrungsabschnitt und Auslaßkanal jeweils ein Druckgradient entsteht. Übersteigt das Produkt aus der Druckdifferenz zwischen den zwei Bohrungsabschnitten und dem Kugelquerschnitt die dieser Kraft entgegenwirkende Federkraft, setzt sich die Kugel gegen ihre Druckfeder zur Auslaßseite hin in Bewegung und wird soweit über die Mündung des Auslaßkanals geschoben, daß der austretende Volumenstrom durch eine von der Druckdifferenz gesteuerte Drosselung soweit gesenkt wird, daß der Druck im auslaßseitigen Bohrungsbereich ansteigt und die zwei entgegengesetzten Kräfte auf die Kugeln, nämlich die Druckkraft und die Federkraft ins Gleichgewicht kommen.

Für stärkere Drosselung durch die Kugel ist es vorteilhaft, den Auslaßkanal mit kleinem Querschnitt auszuführen oder ihn zu stufen. Die Bohrung kann auch am Ort der Mündung des Auslaßkanals eine schmale radiale Ringnut oder eine ähnliche ringförmige Erweiterung aufweisen so daß die Drosselung über den gesamten Bohrungsumfang stattfindet.

Ein erfindungsgemäßes Stromregelventil läßt sich in hydraulischen aber auch pneumatischen Regelkreisen einsetzen.

Anhand zweier Beispiele der vielen möglichen Ausführungen veranschaulichen die Abbildungen den einfachen Aufbau. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Stromregelventil,

Fig. 2 eine qualitative Kennlinie eines erfindungsgemäßen Stromregelventils,

Fig. 3 eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils,

Fig. 4 einen Abschnitt einer dritten Ausführungsform.

Die dargestellten Stromregelventile weisen zwar einige Unterschiede im Aufbau auf, sind in ihrer Funktionsweise aber gleichwertig.

Das Ventil gemäß Fig. 1 besitzt in einem Gehäuse 2 eine im wesentlichen zyindrische Bohrung 1, in der sich eine Kugel 6 vorzugsweise aus Stahl befindet, welche den Bohrungsquerschnitt nahezu ausfüllt. In einem 13 der durch die Kugel getrennten axialen Abschnitte der Bohrung 1, mündet radial der Einlaßkanal 3, in den anderen 14 ebenfalls radial der Auslaßkanal 4, dessen Verbindung zur Bohrung 1 als verengte Mündung 5 gestaltet ist. An der die Bohrung 1 auslaßseitig begrenzenden Stirnwand 12 stützt sich eine Druckfeder 7 ab, welche die Kugel 6 zur Einlaßseite hin auf einen Anschlag 8 drückt, der in die Bohrung 1 ragt und die Kugel vom Einlaßkanal 3 fernhält. Dieser Anschlag 8 ist in der abgebildeten Ausführung zylinderförmig und einteilig ausgebildet mit einem einlaßseitig angebrachten Verschlußdeckel 9, der durch druckdichte Verstemmungen 11 im Gehäuse 2 festgehalten wird. In Ruhelage befindet sich die Kugel in der Position A. Die Drücke p₁ im einlaßseitigen Bohrungsabschnitt 13, p₂ im auslaßseitigen Bohrungabschnitt 14 und p₃ im Auslaßkanal sind gleich. Bei Druckmittelzufuhr vom Einlaßkanal 3 her wird der Druck p₁ größer als p₂, so daß durch den Ringspalt 15 Druckmittel in den auslaßseitigen Bohrungsabschnitt 14 strömt. Da der Ringspalt 15 aber so klein ist, daß er den durchfließenden Volumenstrom drosselt und da aus dem auslaßseitgen Bohrungsabschnitt 14 ein Volumenstrom Q durch die Mündung 5 in den Auslaßkanal 4 abfließen kann, wird die Druckdifferenz p₁-p₂ nicht abgebaut, solange vom Einlaßkanal weiteres Druckmittel zugeführt wird. Bei weiterem Druckaufbau im einlaßseitigen Bohrungsabschnitt 13 wird schließlich die dem Produkt aus Kugelquerschnitt und Druckdifferenz p₁-p₂ entsprechende Kraft größer als die ihr entgegengerichtete Federkraft. Die Kugel wird folglich zum ausgangsseitigen Bohrungsabschnitt 14 hin gegen die Federkraft verschoben, bis sie die Mündung 5 am Auslaßkanal 4 zum Teil bedeckt und den austretenden Volumenstrom Q reduziert, so daß der Druck p₂ im auslaßseitigen Bohrungsabschnitt 14 ansteigt. Schließlich nimmt die Kugel 6 eine Regelposition B ein, in der sie den Volumenstrom Q durch die Mündung 5 so kontrolliert, daß die Druckdifferenz p₁-p₂ auf den Kugelquerschnitt eine gleichgroße Kraft ausübt wie die Feder, so daß sich diese Kräfte im Gleichgewicht befinden. Damit erreicht die Druckdifferenz p₁-p₂ einen etwa konstanten Wert.

Der Volumenstrom durch den Ringspalt 15, der bei Vernachlässigung von Druckmittelkompression und Reibung bekanntlich proportional zur Wurzel der Druckdifferenz p₁-p₂ ist, nimmt folglich ebenfalls einen konstanten Wert an. In Fig. 2 ist der Volumenstrom Q durch den Ringspalt 15 in Abhängigkeit vom Druck p₁ aufgetragen. Die gestrichelte Linie stellt den Volumenstrom durch eine Drossel konstanten Querschnitts dar. Bis zu einem Initialdruck p_i im einlaßseitigen Bohrungsabschnitt 13 verläuft die Kurve entlang der gestrichelten Linie. Dann ist die zur Abreglung nötige Druckdifferenz p₁-p₂ erreicht, so daß der Volumenstrom fortan konstant bleibt.

Das Stromregelventil nach Fig. 3 ist in seiner Funktionsweise gleich und in seinem Aufbau ähnlich, dem in Fig. 1 dargestellten Ventil. Einander entsprechende Teile tragen dieselben Bezugszeichen.

Im folgenden wird im wesentlichen nur auf die Unterschiede von Fig. 3 zu Fig. 1 eingegangen.

Im Stromregelventil nach Fig. 3 dient als Anschlag die die Bohrung einlaßseitig begrenzende Stirnwand 8′. Ein Versperren des Einlaßkanals 3 wird dadurch unmöglich, daß die Mündung des Einlaßkanals in die Bohrung 1 im Winkel zwischen besagter Stirnwand 8′ und der zylindrischen Gehäusewand liegt. Auslaßseitig ist die Bohrung 1 mit einem Verschlußdeckel 9′ versehen, welcher hier beispielsweise eingeschraubt ist und zur Abdichtung gegen die Bohrungswand ein Dichtring 10 aufweist, der in einer umlaufenden Nut liegt. Um einem Herausschrauben des Verschlußdeckels 9′ vorzubeugen, können am Gehäuse 2 eine oder mehrere Verstemmungen 11′ vorgenommen werden. Die die Kugel 6 beaufschlagende Feder 7 stützt sich an der in die Bohrung 1 befindlichen Stirnfläche des Verschlußddeckels 9′ ab, der zur Sicherung der Druckfeder 7 gegen radiales Verrutschen einen im wesentlichen zylindrischen Vorsprung 16 aufweist, welcher etwa dem Innendurchmesser der Druckfeder 7 entspricht.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Gestaltung um die Mündung 5 des Auslaßkanals 4 herum. Zwischen zwei Gehäuseteilen 2′ und 2′′ besteht ein radialer Ringspalt 17, dessen axiale Dicke bei größerem Radius größer ist und in den der Auslaßkanal 4 mündet, so daß die Drosselung durch die Kugel sich über den gesamten Umfang der Bohrung 1 erstreckt.

Bezugszeichenliste

 1 Bohrung
 2 Gehäuse
 2′ Gehäuseteil
 2′′ Gehäuseteil
 3 Einlaßkanal
 4 Auslaßkanal
 5 Mündung
 6 Kugel
 7 Druckfeder
 8 Anschlag
 8′ Stirnwand
 9 Verschlußdeckel
 9′ Verschlußdeckel
10 Dichtring
11 Verstemmung
11′ Verstemmung
12 Stirnwand
13 einlaßseitiger Bohrungsabschnitt
14 einlaßseitiger Bohrungsabschnitt
15 Ringspalt
16 Vorsprung
17 Ringspalt
A Ruhelage der Kugel
B Regelposition der Kugel
p₁ Druck
p₂ Druck
p₃ Druck
p_i Initialdruck
Q Volumenstrom

Claims (6)

1. Stromregelventil mit einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung, welche von zwei Stirnwänden begrenzt ist und in axialen Abstand mindestens je ein Einlaß- und einen Auslaßkanal aufweist, von denen zumindest der Auslaßkanal dessen Mündung als Drossel gestaltet ist, radial in die Bohrung mündet, wobei sich in der Bohrung zwischen Einlaß- und Auslaßkanal ein Regelglied befindet, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Regelglied eine Kugel (6) ist, deren Querschnitt den Querschnitt der Bohrung (1) weitgehend ausfüllt, so daß ein zwischen der Kugel (6) und der die Bohrung (1) begrenzenden zylindrischen Wand zumindest partiell vorhandener Ringspalt (15) als Drossel dient.

2. Stromregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (6) in ihrer Ruhlage auslaßseitig von einer Druckfeder (7) auf eine einlaßseitige Anschlagvorrichtung (8, 8′) gedrückt wird, welche so angelegt ist, daß ohne Ventilbetätigung der Mittelpunkt der Kugel (6) in einem Bohrungsabschnitt zwischen den Anschlußkanälen (3, 4) liegt und daß der Strom durch ihre Mündungen von der Kugel nicht behindert wird, während die Kugel von einem Eingangsdruck (p₁), der über einen bestimmten, durch Federkonstante, Kugelquerschnitt und Ringspaltfläche festgelegten Umschaltdruck (p_i) liegt, gegen ihre Druckfeder (7) zumindest teilweise über die Drossel (5) des Ausgangskanals (4) geschoben wird und den ausfließenden Volumenstrom (Q) begrenzt.

3. Stromregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (3) radial in die Bohrung (1) einmündet, und daß die Anschlagvorrichtung (8) im wesentlichen zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist und einlaßseitig soweit in die Bohrung (1) ragt, daß der Volumenstrom durch den Einlaßkanal (3) von der Kugel (6) nicht behindert wird.

4. Stromregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagvorrichtung (8) mit einem einlaßseitigen Verschlußdeckel fest verbunden oder einteilig gefertigt ist, welcher die Bohrung als Stirnwand begrenzt.

5. Stromregelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagvorrichtung aus einer die Bohrung (1) begrenzenden einlaßseitigen Stirnwand (8′) besteht, wobei der Einlaßkanal (3) so angelegt ist, daß der Volumenstrom durch denselben von der Kugel (6) nicht behindert werden kann, beispielsweise in dem sich seine Mündung in einem Bereich befindet, wo von der die Bohrung begrenzenden zylindrischen Wand und der einlaßseitigen Stirnwand an ihrer gemeinsamen Berührungsstelle ein Winkel gebildet wird.

6. Stromregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (1) am Ort der Mündung des Auslaßkanals (4) eine ringförmige radiale Erweiterung aufweist.