WO2001036852A1

WO2001036852A1 - Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: WO2001036852A1
Application number: PCT/DE2000/003885
Authority: WO
Inventors: Peter Lauer; Karl Meyer
Original assignee: Mannesmann Rexroth Ag
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2001-05-25
Also published as: DE19955083A1

Abstract

Offenbart ist ein Druckbegrenzungsventil, dessen Kolben (24) mit einer Flächendifferenz ausgeführt ist. Die den Kolben in Schliessrichtung beaufschlagende Differenzfläche wird mit einem Druck beaufschlagt, der im Bereich einer den Öffnungsquerschnitt aufsteuernden Steuerkante (32) abgegriffen wird.

Description

Beschreibung

Druckbegrenzungsventi 1

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges, beispielsweise aus der DE 41 35865 AI bekanntes Ventil hat einen Ventilkörper, der über eine Druckfeder in eine Schließstellung vorgespannt ist. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Maximal drucks am Eingang des Druckbegrenzungsventils wird der Kolben gegen die Kraft der Druckfeder in eine Öffnungsstellung gebracht, in der Druckmittel zu einem Tank- oder Rücklaufanschluß abströmen kann, so daß der Druck in der hydraulischen Anlage auf den über die Vorspannung der Druckfeder vorgegebenen Maximalwert begrenzt ist. Bei der in der DE 41 35 865 AI offenbarten Lösung ist der Kolben mit einer Flächerdifferenz derart ausgeführt, daß eine Durckkraftkomponente in Schließrichtung auf den Kolben wirkt. Da diese zusätzliche resultierende Druckkraft parallel zur Kraft der Druckfeder wirkt, kann letztere mit einer verhältnismäßig geringen Federrate und mit einer vergleichsweise flachen Federkennlinie ausgelegt werden.

Im Einsatz eines derartigen Druckbegrenzungsventils zeigte es sich, daß der über das Druckbegrenzungsventil gesteuerte Druck trotz der geringen Federrate der Druckfeder noch eine vergleichsweise starke Volumenstromabhängigkeit hat.

In Figur 1, auf die bereits jetzt Bezug genommen sei, ist die Kennlinie des gemäß der DE 41 35 865 AI ausgeführten Druckbegrenzungsventil mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Es ist zu erkennen, daß diese Kennlinie sehr stark von der horizontalen Ideal li nie (gestrichelt in Figur 1) mit einem vom Volumenstrom unabhängigen Druck abweicht. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventi 1 zu schaffen, bei dem die Volumenstromabhängigkeit des begrenzten Druckes verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die in Schließrichtung wirksame Differenzfläche mit einem Druck beaufschlagt, der über eine Bohrung abgegriffen wird, die im Bereich einer den Öffnungsquerschnitt des Druckbegrenzungsventils bestimmenden Steuerkante mündet. Da beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils das zum Rücklauf- oder Tankanschluß abströmende Druckmittel im Öffnungsquerschnitt bei hohen Volumenströmen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist, hat der hydrostatische Druck entsprechend dem Satz von Bernoulli einen vergleichsweise geringen Wert. Dieser geringe hydrostatische Druck wird über die im Bereich des Öffnungsquerschnitts mündende Bohrung zur in Schließrichtung wirkenden Differenzfläche geführt, so daß die resultierende Druckkraft abhängig vom Druckmittel volumenstrom und somit von der Strömungsgeschwindigkeit des Druckmittels ist. D.h., mit Ansteigen des Druckmittel volumenstroms wird die in Schließrichtung wirkende Druckfläche aufgrund des sich verringernden hydrostatischen Druckes mit einer geringeren Kraft beaufschlagt, so daß die durch die Strömungskräfte und die endliche Federrate der Druckfeder be- dingte Volumenstromabhängigkeit der Kennlinie kompensiert wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Druckbegrenzungsventil als Sitzventil ausgeführt, wobei die Bohrung im Bereich der Sitzkante für den Kolben mündet.

Die Ausbildung der Bohrung ist besonders einfach, wenn diese als Schrägbohrung im Bereich der Steuerkante mündet und in einen Axi al bohrungsabschni tt übergeht .

Die Bohrung kann sowohl im Kolben als auch im Gehäuse des Druckbegrenzungsventils ausgeführt sein. Die Herstellung der Bohrung ist besonders einfach, wenn der Axialbohrungsabschnitt durch eine Sacklochbohrung gebildet ist, die stirnseitig von einer Dichtschraube abgesperrt ist. Diese Dicht- schraube kann von einer Drossel bohrung durchsetzt sein.

Der die Druckfeder aufnehmende Federraum des Druckbegrenzungsventils wird vorzugsweise mit dem Druck am Rücklaufanschluß beaufschlagt.

Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil wird vorzugsweise mit einem Nachsaugventil kombiniert, dessen Ventil körper durch einen Stufenkolben gebildet ist, der gegen einen Hauptsitz vorgespannt ist. Die Flächendifferenz des Stufenkolbens ist derart ausgelegt, daß bei einem Druckaufbau am Rücklaufanschluß der Stufenkolben von seinem Hauptsitz abhebbar ist. Bei dieser bevorzugten Variante ist der Kolben des Druckbegrenzungsventils im Stufenkolben des Nachsaugventil s aufgenommen. Dabei wird der Stufenkolben rückseitig von einer Steuerfeder und von einem dem Eingangsdruck des Druckbegren- zungsventils entsprechenden Druck beaufschlagt.

Die Herstellung des Stufenkolbens ist besonders einfach, wenn der Ventilsitz für den Kolben des Druckbegrenzungsventils an einem Sitzkörper ausgebildet ist, der in die Stirnfläche des Stufenkolbens eingesetzt ist.

Eine besonders kompakte Ausführung erhält man, wenn der Stufenkolben als tassenförmiger Kolben ausgeführt ist, in dessen Innenraum die Druckfeder des Druckbegrenzungsventils aufgenommen ist, die an einer den Federraum verschließenden, die Rückseite des Stufenkolbens bildenden Verschlußschraube abgestützt ist.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche. Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Kennlinien von Druckbegrenzungsventilen;

Figur 2 einen Schnitt durch ein Druckbegrenzungsventil mit Nachsaugventil und

Figur 3 eine Detail darstell ung des Druckbegrenzungsventils aus Figur 2.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein in Patronenbauweise ausgebildetes Ventil 1, das als Druckbegrenzungsventil mit Nachsaug- funktion ausgeführt ist. Derartige Ventile werden beispielsweise bei ziehenden Lasten eingesetzt, bei denen sich aufgrund des Absinken oder Ziehens der Last an einem Eingangsanschluß des Druckbegrenzungsventils ein Druck einstellen kann, der geringer als der Druck am Ausgangsanschluß ist. Dieser Zustand tritt ein, wenn die Pumpe aufgrund des Absinkens der Last nicht schnell genug Druck- mittel nachfördern kann. In diesem Betriebszustand wird das Nachsaugventil durch den Druck am Rücklaufanschluß aufgesteuert, so daß Druckmittel vom Tank zum Eingangsanschluß nachströmen kann.

Das erfindungsgemäße Ventil 1 hat ein patronenförmiges Ventil - gehäuse 2, in dem ein axialer Druckanschluß P und einer radialer Tank- oder Rücklaufanschluß T ausgebildet sind. In einer das Ventilgehäuse 2 durchsetzenden Ventil bohrung 4 ist ein radial vorspringender Hauptsitz 6 ausgeführt, gegen den ein Stufenkolben 8 über eine Steuerfeder 10 vorgespannt ist. Diese greift an einer Ringschulter 12 des Stufenkolbens 8 an und ist an dem Boden einer Verschlußschraube 14 abgestützt, die in den vom Eingangsanschluß P entfernten Endabschnitt der Ventil bohrung 4 eingeschraubt ist.

Der Stufenkolben 8 ist stromabwärts - oder in der Darstellung gemäß Figur 2, oberhalb des Ventilsitzes 6 - über eine Radial Schulter 16 vergrößert, wobei dieser radial vergrößerte Abschnitt des Stufenkolbens 8 in dem sich an den Hauptsitz 6 anschließenden Teil der Ventil bohrung 4 geführt ist. Die durch den Durchmesser des Hauptsitzes 6 und den maximalen Außendurchmesser des Stufenkolbens 8 begrenzte Ringfläche wirkt bei Anliegen eines Druckes am Tankanschluß T gegen die Kraft der Steuerfeder 10 in Öffnungsrichtung. Der Druck am Eingangsanschluß P wird über eine Längsbohrung 18 des Ventil gehäuses in den die Steuerfeder 10 aufnehmenden Federraum 20 eingespeist, der in Axialrichtung durch die Verschlußschraube 14 begrenzt ist.

Beim Absinken des Druckes am Eingangsanschluß P kann der Stufenkolben 8 durch die auf die Ringfläche 16 wirkende Druckkraft gegen die Kraft der Steuerfeder 10 vom Hauptsitz 6 abgehoben werden, so daß Druckmittel in der vorbestimmten Weise aus dem an den Tankan- Schluß T angeschlossenen Tank nachgesaugt werden kann.

Der Maximal druck am Eingangsanschluß P wird über ein Druckbegrenzungsventil 22 begrenzt, das im Stufenkolben 8 aufgenommen ist.

Ein Kolben 24 des Druckbegrenzungsventils 22 ist ebenfalls als Stufenkolben ausgeführt und mit einem radial verringerten Endabschnitt in einer Führungsbohrung 26 des Stufenkolbens 8 geführt. Die Führungsbohrung 26 ist nach oben (Darstellung nach Figur 2) hin zu einem Federraum 28 für eine Druckfeder 30 erweitert, über die der Kolben 24 gegen einen Ventilsitz 32 vorgespannt ist. Dieser Ventilsitz 32 ist am Stufenkolben 8 ausgebildet.

Wie Figur 2 entnehmbar ist, taucht der Kolben 24 mit einem End- abschnitt in den Federraum 28 ein. An diesem Endabschnitt ist ein Federteller 34 abgestützt, an dem die Druckfeder 30 angreift.

Der stirnseitige, obere (Ansicht nach Figur 2) Abschluß des Federraums 28 im Stufenkolben 8 ist durch eine Abschlußschraube 34 ge- bildet, die in den den Federraum 28 begrenzenden Ringmantel des Stufenkolbens 8 eingeschraubt ist. Die Druckfeder 30 ist an der Innen- Stirnfläche der Abschlußschraube abgestützt. Wie der Darstellung gemäß Figur 2 entnehmbar ist, taucht der obere Endabschnitt des Stufenkolbens 8 mit der Verschlußschraube 34 in den Federraum 20 für die Steuerfeder 10 ein, wobei diese den Außenumfang des Stufenkol- bens 8 umgreift. Der Druck am Tankanschluß T wird über einen Kanal 36 in den Federraum 28 geführt.

Einzelheiten des Druckbegrenzungsventils 22 werden anhand der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 3 erläutert. Demgemäß sind der Kolben 24 und die diesen aufnehmende Führungsbohrung im mittleren Bereich radial erweitert, so daß ein Ringraum 38 gebildet wird, der einerseits vom Kolben 24 und andererseits von der Führungsbohrung 26 begrenzt ist.

Der Kolben 24 hat eine ballige Stirnfläche 40, über die er auf dem Ventilsitz 32 aufliegt. Im Übergangsbereich zwischen der balligen Stirnfläche 40 und dem zylindrischen Teil des Kolbens 24 ist eine Radial schulter 58 ausgebildet. Dieser ist an einer Innenumfangskante eines Sitzkörpers 42 ausgebildet, der in den ein- gangsanschlußseitigen Endabschnitt des Stufenkolbens 8 eingeschraubt ist. Der Sitzkörper 42 hat einen Axial durchbruch 44, so daß das Druckmittel vom Eingangsanschluß P zum Ventilsitz 32 strömen kann. Der Axialdurchbruch 44 ist als Innensechskant ausgebildet, so daß das Einschrauben des Sitzkörpers 42 erleichtert ist. Der Stufenkol- ben 8 hat im Bereich des Tankanschlußes T Radialdurchbrüche 43, so daß Druckmittel bei vom Ventilsitz 32 abgehobenem Kolben 24 vom Druckanschluß P zum Tankanschluß T abströmen kann.

Der Kolben 24 ist mit einer in der balligen Stirnfläche 40 mün- denden Axialsacklochbohrung 46 ausgeführt, die über eine Radialbohrung 48 mit dem Ringraum 38 hydraulisch verbunden ist. Den stirnflä- chenseitigen Abschluß der Axial sackbohrung 46 bildet eine Dichtschraube 50, die von einer Drossel bohrung 52 durchsetzt sein kann.

Im Bereich zwischen der Dichtschraube 50 und der Radial bohrung 48 mündet eine Schrägbohrung 54 in der Axial bohrung, über die der im Bereich des Ventilsitzes 32 herrschende Druck in die Axial sacklochbohrung 46 und damit über die Radial bohrung 48 in den Ringraum 38 einspeisbar ist.

Wie insbesondere Figur 3 entnehmbar ist, mündet die Schrägbohrung 54 stirnflächenseitig in demjenigen Bereich, in dem die Stirnfläche 40 des Kolbens 24 auf dem Ventilsitz 32 aufsitzt. Mit anderen Worten gesagt, die Schrägbohrung 54 ist derart ausgebildet, daß sie stirnflächenseitig in einem an den Öffnungsquerschnitt des Druckbegrenzungsventils angrenzenden Abschnitt mündet. Diese, den Ringraum 38 mit den ventilsitzseitigen Druck beaufschlagende Bohrung muß nicht notwendigerweise im Kolben 24 ausgebildet sein, sondern könnte auch im Stufenkolben 8 vorgesehen werden.

Über die Bohrungen 54, 46, 48 wird der Ringraum 48 mit dem hydrostatischen Druck beaufschlagt, der im Bereich des Ventilsitzes 32 vorliegt. Dieser Druck wirkt auf die den Ringraum 38 stirnseitig begrenzende Ringstirnfläche 56, so daß der Kolben 24 zusätzlich zur Kraft der Druckfeder 30 in Schließrichtung beaufschlagt ist. Wie be- reits vorstehend angedeutet, kann die Dichtschraube 50 auch ohne die Druckschwankungen kompensierende Drossel bohrung 52 ausgeführt werden, da die Bohrung 54 all eine bereits als Drossel bohrung wirken kann.

Bei Überschreiten des Maximal druckes am Eingangsanschluß P wird der Kolben 24 gegen die Kraft der Druckfeder 30 und die auf die Ringstirnfläche 56 wirkende Druckkraft von seinem Ventilsitz 32 abgehoben, so daß der Öffnungsquerschnitt des Druckbegrenzungsventils 22 ausgesteuert wird. Mit steigendem Druckmittel volumenstrom steigt die Strömungsgeschwindigkeit im Öffnungsquerschnitt an, so daß entsprechend der hydrostatische Druck absinkt. Dieser mit ansteigendem Druckmittel volumenstrom verringerte hydrostatische Druck wird über die Bohrungen 54, 46, 48 in den Ringraum 38 eingespeist, so daß die den Kolben 24 in Schließrichtung beaufschlagende Druckkraftresultie- rende mit ansteigendem Druckmittel volumenstrom absinkt. Die aufgrund der Federrate und der auf den Kolben 24 wirkenden Strömungskräfte ansteigende Kennlinie wird somit kompensiert, so daß sich eine nahezu ideale, in der Darstellung gemäß Figur 1 strichpunktiert angedeutete Kennlinie einstellt, gemäß der die Volumenstromabhängigkeit des vom Druckbegrenzungsventils 22 gesteuerten Druckes minimal ist.

Das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Druckbegrenzungsventil ist als Sitzventil ausgeführt - prinzipiell könnte das erfindungsgemäße Ventil jedoch auch in Ventil schieberbauweise ausgebildet sein.

Offenbart ist ein Druckbegrenzungsventil, dessen Kolben mit einer Fl chendifferenz ausgeführt ist. Die den Kolben in Schließrichtung beaufschlagende Differenzfläche wird mit einem Druck beaufschlagt, der im Bereich einer den Öffnungsquerschnitt aufsteuernden Steuerkante abgegriffen wird.

Claims

Ansprüche

1. Druckbegrenzungsventil mit einem Kolben (24), der über eine Druckfeder (30) in eine Schließstellung vorgespannt ist und derart zurückgestuft ist, das mit einer den zurückgestuften Abschnitt des Kolbens (24) führenden Ventil bohrung (4, 26) ein Ringraum (38) gebildet ist, wobei eine Bohrung (54, 46, 48) einerseits im Ringraum (38) und andererseits in einem an den Druckanschluß (P) des Druckbegrenzungsventi Is angrenzenden Raum mündet, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Bohrung (54, 46, 48) stirnseitig im Bereich einer den Öffnungsquerschnitt des Druckbegrenzungsventils (22) bestimmenden Steuerkante (32) mündet.

2. Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 1, wobei der Kolben (24) gegen einen Ventilsitz (32) vorgespannt ist und die Bohrung (54, 46, 48) im Bereich einer Sitzkante des Ventilsitzes (32) mündet.

3. Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 1 oder 2, wo- bei die Bohrung eine Schrägbohrung (54) hat, die in einem Axialbohrungsabschnitt (56) mündet.

4. Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 3, wobei der Axialbohrungsabschnitt (46) durch eine Axial sacklochbohrung gebildet ist, die stirnseitig von einer Dichtschraube (50) abgesperrt ist.

5. Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 5, wobei die Dichtschraube (50) von einer Drossel bohrung (52) durchsetzt ist.

6. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Federraum (28) des Druckbegrenzungsventils (22) über einen Kanal (36) mit dem Druck an einem Ausgangsanschluß (T) beaufschlagt ist.

7. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Kolben (24) in einem gegen einen Hauptsitz (6) vorgespannten Stufenkolben (8) geführt ist, dessen Flächendifferenz derart ausgebildet ist, daß der Stufenkolben (6) gegen die Kraft einer Steuerfeder (10) und einen auf seine vom Hauptsitz (6) begrenzte Fläche wirkenden Eingangsdruck von seinem Hautpsitz (6) abhebbar ist.

8. Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 7, wobei der Stufenkolben (8) rückseitig vom Eingangsdruck beaufschlagt ist.

9. Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei der Ventilsitz (32) für den Kolben (24) an einem Sitzkörper (42) ausgebildet ist, der in die Stirnfläche des Stufenkolbens (8) eingesetzt ist.

10. Druckbegrenzungsventil nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, wobei der Stufenkolben (8) tassenförmig ausgeführt ist und die den Kolben (24) gegen den Ventilsitz (32) vorspannende Druckfeder (30) an einer die Stufenkolbenrückseite verschließenden Abschlußschraube (34) abgestützt ist.