WO2006050684A1 - Ventil - Google Patents

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WO2006050684A1
WO2006050684A1 PCT/DE2005/001844 DE2005001844W WO2006050684A1 WO 2006050684 A1 WO2006050684 A1 WO 2006050684A1 DE 2005001844 W DE2005001844 W DE 2005001844W WO 2006050684 A1 WO2006050684 A1 WO 2006050684A1
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valve
piston
control edge
valve according
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PCT/DE2005/001844
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Inventor
Eric MÜLLER
Manfred Homm
Reinhard Stehr
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Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg
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Publication date
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Priority to JP2007540482A priority patent/JP4935678B2/ja
Publication of WO2006050684A1 publication Critical patent/WO2006050684A1/de
Priority to US11/801,346 priority patent/US7559336B2/en

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F16K17/0446—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with an obturating member having at least a component of their opening and closing motion not perpendicular to the closing faces
    • F16K17/046—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with an obturating member having at least a component of their opening and closing motion not perpendicular to the closing faces the valve being of the gate valve type or the sliding valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F16D2048/0209—Control by fluid pressure characterised by fluid valves having control pistons, e.g. spools
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2559—Self-controlled branched flow systems
    • Y10T137/2562—Dividing and recombining

Definitions

  • the invention relates to a valve, in particular a pressure relief valve, with a piston with piston collars, which forms control edges with a piston bore / guide with inlet and outlet grooves.
  • valves are known.
  • the valve has for example a piston collar, which is acted upon on one side by a pilot pressure and on the other side of a pressure which prevails in a hydraulic main system. If the system pressure exceeds the pressure force of the pilot pressure by its pressure force, the piston collar begins to open, and a flow arises at the control edge which partially reduces the static pressures previously existing there in the closed state. This is also referred to as the action of a so-called flow force, which is physically generated by the now lacking static pressure force component. With increasing flow at the control edge further pressure force components in the opening direction are reduced by the flow, so that the Sys ⁇ temdruck must increase further to open the valve piston against the constant pilot pressure.
  • valve in particular pressure limiting valve, with a piston with piston collars, which forms with a piston bore / guide with inlet andesque ⁇ grooves control edges, wherein the valve has two control edges and a hydraulic resistance, which with one of the control edges is connected in series.
  • This has the advantage that increasing static pressure losses at the control edge in the case of flow, that is to say so-called flow forces, can be compensated for by an increasing dynamic pressure, which is generated by the resistance, on the valve piston.
  • a valve is preferred in which the hydraulic resistance is connected in series with the first control edge. Furthermore, a valve is preferred in which the hydraulic resistance of the first control edge is upstream or downstream in the flow direction.
  • An inventive valve is characterized in that the second control edge is switchable in the flow direction parallel to the first control edge. Also preferred is a valve in which the second control edge opens later in the direction of the opening movement than the first control edge.
  • An inventive valve is characterized in that the hydraulic resistance is designed as a diaphragm. This has the advantage that temperature influences on the hydraulic medium, which have the effect as viscosity changes of the medium, do not significantly influence the pressure drop occurring at the orifice.
  • Another valve is characterized in that the hydraulic resistance is designed as a throttle. As a result, temperature effects and thus the influence of viscosity for specific effects can be meaningfully exploited, if this is desired for the control strategy.
  • a valve is preferred which is designed as a slide valve. Also preferred is a valve which can be precontrolled by a pilot pressure. Also, a valve is preferred in which the piston collars have different sized Druckwirkflä ⁇ chen. This has the advantage that, for example, high system pressures can be regulated with a low pilot pressure.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the pressure limiting valve according to the invention.
  • FIG. 2 shows the different effects of the static and dynamic pressure forces on the valve piston.
  • FIG. 3 shows the valve of FIG. 1 with both open control edges.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a pressure limiting valve according to the invention.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the control edge from FIG. 4 under the influence of flow forces.
  • Figure 6 shows the comparison of the pressure relief valve characteristics between a conventional pressure relief valve, the optimized pressure relief valve and an ideal pressure relief valve.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the pressure limiting valve according to the invention.
  • a piston 3 with three piston collars 5, 7 and 9 ge leads.
  • the piston bore 1 is larger in diameter in the region 11 than in the region 13.
  • the piston collar 5 is larger in diameter than the piston collars 7 and 9.
  • a supply line 15 is divided within a valve housing not directly shown here in a first Zu ⁇ 17 and a second Inlet 19 in the form of circulation grooves on. If a system pressure prevails in the inlet 15, the system pressure at the piston collar 7 on the pressure-acting surface 21 and at the piston collar 9 on the pressure-acting surface 23 will cancel each other out in terms of force.
  • This opening force is acted upon by a pilot pressure, which acts via the feed 31 on the entire pressure-acting surface 29 of the larger piston collar 5, - A - compensated, so that a large pressure acting surface 29 with a low pilot pressure in the region of the supply 31 against a small differential area between the piston collar 27 and 25, acted upon by a higher system pressure, compensated.
  • Two outlet connections 33 and 35 of the valve reunite into a common outlet 37, wherein a hydraulic resistance 39, for example in the form of an orifice, is arranged behind the outlet 33.
  • This resistance 39 generates a back pressure in the area 33 when the control edge 41 of the piston collar 5 is opened and thereby flows through the resistor 39 in accordance with the throughflow.
  • the effects of this arrangement between the control edge 41 and the resistance 39 are shown in FIG described.
  • valve piston collar 5 is shown in Figure 1 in the closed state.
  • the control edge 41 of the Koibenbundes 5 has with the control edge 43 of a housing 45 ge a certain overlap and is thus closed.
  • an effective static pressure profile 47 results which effects a force in the opening direction of the piston by means of the system pressure. This opening force is kept in equilibrium by the pressure force of the pilot pressure on the piston surface 29, as described in FIG.
  • the function of the blanks 39 from FIG. 1 now comes into effect, as shown in FIG. 2c.
  • the resistance 39 generates a back pressure in the region 33 with increasing throughflow, which adds to the previous residual pressure profile 49 from FIG. 2b in the form of an additional pressure profile 53 and thus the opening pressure losses which occur in the flow according to FIG. 2b with respect to FIG. compensated.
  • the system pressure does not have to increase any further in order to allow the opening of the valve piston, since this is prevented by the additional back pressure of the aperture 39 is realized. Only when the opening of the control edges
  • FIG. 3 differs from FIG. 1 in that an opening is formed on the piston collar 7 between the control edge 55 of the piston collar 7 and the control edge 57 of the housing, which now permits a further volume flow via the inlet 19 parallel to the volume flow via the inlet 17 , All other functions also correspond to the functions as described in FIG. 1 and should not be mentioned again to avoid repetition.
  • the additional volume flow via the inlet 19 and the control edges 55, 57 into the outlet 35 does not flow through any resistance and thus does not generate any significant additional pressure increase, so that a low-resistance parallel volume flow to the volume flow mentioned in FIG.
  • FIG. 4 shows another embodiment of a pressure limiting valve according to the invention.
  • a constant on the outer diameter valve piston 60 is guided within a piston bore 62.
  • the piston 60 furthermore has a guide pin 64, which is guided in an inner axial piston bore 66.
  • the hydraulic medium passes under system pressure into the region 70 and via an opening 72 in the Kol ⁇ benbohrung 66 of the piston 60.
  • the hydraulic fluid From the piston bore 66 then the hydraulic fluid through a force acting as a resistance narrow bore 74 to a mounted in the piston STEU ⁇ 76 76, which cooperates with a control edge 78 of the housing, passed. From the control edge region 76 and 78, the fluid then enters the drainage region 80 and thus into the drain 82.
  • a second control edge 84 comes to the opening with respect to the control edge 78 of the housing and thus leaves a second volume flow from the region 70 into the region 80, while the Steu ⁇ erkanten Scheme 76 of the piston is now fully open and thereby no change takes place at the control edge region 76 and the flow through the resistor 74.
  • a first control edge opening 76 this time with an upstream resistor 74, and parallel to this in a further ⁇ Stammsbewe ⁇ supply a second control edge region 84 is used, which leads to the same effects as in the valve construction in Figure 1.
  • the pilot pressure in the region 86 on the large valve piston surface 88, which corresponds to the entire diameter of the valve piston 60 and Kol ⁇ 62 ben Adjust is compensated by the system pressure within the inner piston bore 66 on the surface 90, which here the opening force for the valve piston - testifies.
  • the same pressure acting on the surface 92 of the guide pin 64 is effective in Ventil ⁇ housing and has no influence on the opening force of the piston 60th
  • the effect of the flow force that is to say the static pressure force loss when flowing through at the control edges 76 of the piston and 78 of the housing, is shown enlarged in FIG.
  • the control edge 76 of the piston 60 has opened relative to the control edge 78 of the housing 94, so that the hydraulic fluid flows from the piston bore 66 of the piston 60 through the resistor 74 in the control edge region 76 and 78.
  • these control edges were still closed, the pressures on the control edge surfaces 96 and 98 compensated Siert and thus generated no additional piston force.
  • FIG. 6 shows the corresponding characteristic curves of a conventional pressure-limiting valve, the optimized pressure-limiting valve and the theoretical characteristic of an ideal pressure-limiting valve.
  • the characteristic 114 should always remain the same pressure with increasing volumetric flow, ie not rise above the volumetric flow rate, which, however, corresponds to the previous explanations by static pressure losses in the form of Flow forces is not possible. Therefore, in a conventional pressure relief valve according to the characteristic curve 116, the previously described flow forces and thus the characteristic curve 116 increase above the volume flow.
  • the volume flow through the resistor 39 or 74 in the form of a diaphragm characteristic 118 now comes into effect.
  • the system pressure 112 correspondingly increases at the resistor 39 from FIG. 1 or 74 from FIG. 5, which leads to a dynamic pressure which reduces the flow force influence and thus drops the characteristic curve in the region 120 again.
  • the second control edge is used, so that in the pressure limiting valve according to the invention was used, so that now results in the pressure relief valve according to the invention, a further course of the characteristic curve 124 approximately parallel to the characteristic curve 116 of a conventional pressure relief valve.
  • the course of the characteristic curve 124 of the pressure limiting valve according to the invention at the set pressure level remains far below the characteristic curve of a conventional pressure limiting valve, namely the characteristic curve 116.
  • a Druckbegren ⁇ relief valve is shown, the operating pressure is less changed by the flow than in a conventional pressure relief valve.
  • the first control edge 41, 76 thus opens until the operating pressure of the valve in the region of the back pressure of the diaphragm 39 or the diaphragm 74 is.
  • the system pressure, ie the inlet pressure drops completely at the aperture 39, 74, and the first control edge 41, 76 is completely open.
  • the error of the valve is minimal. That is, the operating pressure of the open valve corresponds to the operating pressure of the closed valve shown in Figure 2a, and in spite of Vo ⁇ lumenstroms that passes the pressure relief valve.

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Abstract

Ventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, mit einem Kolben (3) mit Kolbenbunden (5, 7, 9), welcher mit einer Kolbenbohrung/ -führung (1) mit Zulauf (17, 19) - und Ablaufnuten Steuerkanten (4) ausbildet.

Description

Ventil
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, mit einem Kolben mit Kolbenbunden, welcher mit einer Kolbenbohrung/-führung mit Zulauf- und Ablaufnuten Steuerkanten ausbildet.
Derartige Ventile sind bekannt. Das Ventil besitzt beispielsweise einen Kolbenbund, der auf der einen Seite von einem Vorsteuerdruck beaufschlagt wird und auf der anderen Seite von einem Druck, welcher in einem hydraulischen Hauptsystem herrscht. Überschreitet der Sys¬ temdruck mitteis seiner Druckkraft die Druckkraft des Vorsteuerdrucks, so beginnt der Kol¬ benbund zu öffnen, und es entsteht an der Steuerkante eine Strömung, welche die vorher in geschlossenem Zustand dort existierenden statischen Drücke teilweise reduziert. Man spricht hier auch von dem Wirken ei¬ ner so genannten Strömungskraft, welche durch die nun fehlenden statischen Druckkraftantei¬ le physikalisch erzeugt wird. Mit zunehmender Durchströmung an der Steuerkante werden weitere Druckkraftanteile in Öffnungsrichtung durch die Strömung reduziert, so dass der Sys¬ temdruck weiter ansteigen muss, um gegen den konstanten Vorsteuerdruck den Ventilkolben weiter zu öffnen. Das führt bei derartigen Druckbegrenzungsventilen zu einer ansteigenden Kennlinie des Systemdruckes über dem zunehmenden Volumenstrom. Man spricht hier auch von einem Anstieg der Druckkennlinie durch so genannte Strömungskräfte. Der Anstieg der Druckkennlinie führt dadurch zu einem zunehmenden Druckanstieg im System, was eigentlich nicht erwünscht ist. Idealerweise möchte man einen konstanten Systemdruck über der Volu¬ menstromzunahme durch das Ventil erreichen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil darzustellen, bei welchem der Druckanstieg der Kennlinie reduziert wird und damit die Druck¬ kennlinie verbessert wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, mit einem Kolben mit Kolbenbunden, welcher mit einer Kolbenbohrung/-führung mit Zulauf- und Ablauf¬ nuten Steuerkanten ausbildet, wobei das Ventil zwei Steuerkanten und einen hydraulischen Widerstand aufweist, welcher mit einer der Steuerkanten in Reihe geschaltet ist. Das hat den Vorteil, dass zunehmende statische Druckverluste an der Steuerkante bei Durchströmung, also so genannte Strömungskräfte, durch einen zunehmenden Staudruck, welcher durch den Widerstand erzeugt wird, auf den Ventilkolben kompensiert werden kön¬ nen.
Bevorzugt wird ein Ventil, bei welchem der hydraulische Widerstand mit der ersten Steuerkante in Reihe geschaltet ist. Bevorzugt wird weiterhin ein Ventil, bei welchem der hyd¬ raulische Widerstand der ersten Steuerkante in Strömungsrichtung vor- oder nachgeschaltet ist.
Ein erfindungsgemäßes Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Steuerkante in Strömungsrichtung parallel zur ersten Steuerkante schaltbar ist. Bevorzugt wird auch ein Ven¬ til, bei welchem die zweite Steuerkante in Richtung der Öffnungsbewegung später öffnet als die erste Steuerkante.
Das hat den Vorteil, dass zunächst die erste Steuerkante öffnet und der dort auftretende Strömungskrafteinfluss (Druckverluste an der Kolbenfläche) durch den Rückstaudruck des hydraulischen Widerstandes kompensiert wird. Bei weiterer Volumenstromzunahme und bei dem danach erfolgenden Öffnen der zweiten Steuerkante wird der Volumenstrom über die zweite Steuerkante ohne weitere Druckverluste durch den Widerstand mit entsprechend nied¬ rigerer Druckdifferenz erfolgen. Die Druckverluste über die zweite Steuerkante bleiben somit niedrig und ein Druckanstieg der Kennlinie, wie bei herkömmlichen Druckbegrenzungsventi¬ len, wird somit reduziert.
Ein erfindungsgemäßes Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass der hydraulische Widerstand als Blende ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass Temperatureinflüsse auf das hydrauli¬ sche Medium, welche sich als Viskositätsänderungen des Mediums auswirken, den an der Blende entstehenden Druckabfall nicht wesentlich beeinflussen.
Ein weiteres Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass der hydraulische Widerstand als Drossel ausgebildet ist. Dadurch können Temperatureinflüsse und damit Viskositätseinflüsse für be¬ stimmte Effekte sinnvoll ausgenutzt werden, wenn dies für die Regelstrategie gewünscht wird.
Weiterhin wird ein Ventil bevorzugt, welches als Schieberventil ausgebildet ist. Bevorzugt wird auch ein Ventil, welches durch einen Vorsteuerdruck vorsteuerbar ist. Auch wird ein Ventil bevorzugt, bei welchem die Kolbenbunde unterschiedlich große Druckwirkflä¬ chen aufweisen. Das hat den Vorteil, dass mit einem niedrigen Vorsteuerdruck beispielsweise hohe Systemdrücke geregelt werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils.
Figur 2 zeigt die unterschiedlichen Auswirkungen der statischen und dynamischen Druckkräfte auf den Ventilkolben.
Figur 3zeigt das Ventil aus Figur 1 mit beiden geöffneten Steuerkanten.
Figur 4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Druckbegrenzungsventils.
Figur 5 zeigt vergrößert die Steuerkante aus Figur 4 unter Einwirkung von Strömungskräften.
Figur 6 zeigt den Vergleich der Druckbegrenzungsventilkennlinien zwischen einem herkömmlichen Druckbegrenzungsventil, dem optimierten Druckbegrenzungsventil und einem idealen Druckbegrenzungsventil.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils dargestellt. In einer Kolbenbohrung 1 ist ein Kolben 3 mit drei Kolbenbunden 5, 7 und 9 ge¬ führt. Die Kolbenbohrung 1 ist im Bereich 11 durchmessergrößer als im Bereich 13. Ebenso ist der Kolbenbund 5 im Durchmesser größer als die Kolbenbunde 7 und 9. Eine Zulaufleitung 15 teilt sich innerhalb eines hier nicht direkt dargestellten Ventilgehäuses in einen ersten Zu¬ lauf 17 und einen zweiten Zulauf 19 in Form von Umlaufnuten auf. Wenn im Zulauf 15 ein Systemdruck herrscht, so wird sich der Systemdruck am Kolbenbund 7 auf der Druckwirkflä¬ che 21 und am Kolbenbund 9 auf der Druckwirkfläche 23 gegenseitig kraftmäßig aufheben. Der Systemdruck im Zulaufbereich 17, der auf die kleinere Druckwirkfläche 25 des Bundes 7 und auf die größere Druckwirkfläche 27 des Kolbenbundes 5 wirkt, erzeugt eine Druckdiffe¬ renzkraft in öffnende Richtung. Diese Öffnungskraft wird durch einen Vorsteuerdruck, der über die Zuführung 31 auf die gesamte Druckwirkfläche 29 des größeren Kolbenbundes 5 wirkt, - A - kompensiert, so dass sich eine große Druckwirkfläche 29 mit einem niedrigen Vorsteuerdruck im Bereich der Zuführung 31 gegen eine kleine Differenzfläche zwischen dem Kolbenbund 27 und 25, beaufschlagt von einem höheren Systemdruck, kompensiert. Zwei Ablaufanschlüsse 33 und 35 des Ventils vereinen sich wieder in einen gemeinsamen Ablauf 37, wobei hinter dem Ablauf 33 ein hydraulischer Widerstand 39, beispielsweise in Form einer Blende, ange¬ ordnet ist. Dieser Widerstand 39 erzeugt beim Öffnen der Steuerkante 41 des Kolbenbundes 5 und dadurch bei der Durchströmung des Widerstandes 39 entsprechend dem durchströ¬ menden Volumenstrom einen Rückstaudruck im Bereich 33. Die Auswirkungen dieser Anord¬ nung zwischen der Steuerkante 41 und dem Widerstand 39 werden in Figur 2 beschrieben.
In Figur 2a ist der Ventilkolbenbund 5 aus Figur 1 in geschlossenem Zustand dargestellt. Die Steuerkante 41 des Koibenbundes 5 hat mit der Steuerkante 43 eines Gehäuses 45 eine ge¬ wisse Überdeckung und ist damit geschlossen. Aufgrund der Differenzflächenwirkung, wie in Figur 1 beschrieben, zwischen der Kolbenfläche 25 des Kolbenbundes 7 und der Kolbenflä¬ che 27 des Kolbenbundes 5 ergibt sich ein wirksames statisches Druckprofil 47, welches mit¬ tels des Systemdrucks eine Kraft in Öffnungsrichtung des Kolben bewirkt. Dieser Öffnungs¬ kraft wird durch die Druckkraft des Vorsteuerdruckes auf die Kolbenfläche 29, wie in Figur 1 beschrieben, das Gleichgewicht gehalten. Steigt nun der Systemdruck im Zulauf des Ventils weiter an, so dass die wirksame Druckkraft mit dem Druckprofil 47 die Druckkraft des Vor¬ steuerdruckes überwinden kann, so wird die Steuerkante 41 des Kolbens gegenüber der Steuerkante 43 des Gehäuses öffnen, wie in Figur 2b dargestellt. Dadurch ergibt sich zwi¬ schen den Steuerkanten 41 und 43 eine Strömung wie durch die Pfeile 51 dargestellt, welche dazu führt, dass der vorher wirksame statische Druck 47 im Strömungsbereich abgebaut wird und sich etwa ein wirksames Restdruckprofil 49 ergibt. Da im Strömungsbereich die stati¬ schen Druckkräfte reduziert werden, muss im Nichtströmungsbereich innen am Kolben der statische Druck und damit der Systemdruck höher werden, damit der Kolben seine Öffnungs¬ position beibehalten oder gar vergrößern kann. Das führt zu einem so genannten ungewollten Druckanstieg über dem Volumenstrom, welcher in einer Druckbegrenzungsventilkennlinie messtechnisch dargestellt werden kann. Erfindungsgemäß kommt nun die Funktion der Blen¬ de 39 aus Figur 1 zur Wirkung, wie in Figur 2c dargestellt. Der Widerstand 39 erzeugt mit zu¬ nehmender Durchströmung einen Rückstaudruck im Bereich 33, welcher sich zu dem vorheri¬ gen Restdruckprofil 49 aus Figur 2b in Form eines zusätzlichen Druckprofils 53 addiert und damit die Öffnungsdruckverluste, welche bei Durchströmung laut Bild 2b gegenüber Figur 2a auftreten, kompensiert. Das bedeutet, dass erfindungsgemäß der Systemdruck nicht weiter ansteigen muss, um die Öffnung des Ventilkolbens zu ermöglichen, da dieses durch den zu- sätzlichen Staudruck der Blende 39 realisiert wird. Erst wenn die Öffnung der Steuerkanten
43, 41 und damit auch der Staudruck vor dem Widerstand 39 unerwünscht groß wird, wird ei¬ ne zweite Steuerkante des Ventils geöffnet, wie in Figur 3 dargestellt.
Figur 3 unterscheidet sich gegenüber Figur 1 dadurch, dass am Kolbenbund 7 zwischen der Steuerkante 55 des Kolbenbundes 7 und der Steuerkante 57 des Gehäuses eine Öffnung entsteht, die nun einen weiteren Volumenstrom über den Zulauf 19 parallel zu dem Volumen¬ strom über den Zulauf 17 ermöglicht. Alle anderen Funktionen entsprechen auch den Funktio¬ nen, wie in Figur 1 beschrieben, und sollen zur Vermeidung von Wiederholungen nicht noch einmal erwähnt werden. Der zusätzliche Volumenstrom über den Zulauf 19 und die Steuer¬ kanten 55, 57 in den Ablauf 35 durchströmt keinen Widerstand und erzeugt damit keinen we¬ sentlichen zusätzlichen Druckanstieg, so dass hier ein widerstandsarmer Parallelvolumen¬ strom zu dem in Figur 1 genannten Volumenstrom entsteht.
In Figur 4 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsven¬ tils dargestellt. Ein an dem Außendurchmesser konstanter Ventilkolben 60 ist innerhalb einer Kolbenbohrung 62 geführt. Der Kolben 60 weist weiterhin einen Führungszapfen 64 auf, wel¬ cher in einer inneren axialen Kolbenbohrung 66 geführt ist. Über einen Zulauf 68 gelangt das Hydraulikmedium unter Systemdruck in den Bereich 70 und über eine Öffnung 72 in die Kol¬ benbohrung 66 des Kolbens 60. Aus der Kolbenbohrung 66 wird dann das Hydraulikfluid durch eine als Widerstand wirkende enge Bohrung 74 zu einer im Kolben angebrachten Steu¬ erkante 76, welche mit einer Steuerkante 78 des Gehäuses zusammen arbeitet, geleitet. Von dem Steuerkantenbereich 76 und 78 gelangt dann das Fluid in den Ablaufbereich 80 und da¬ mit in den Ablauf 82. Bei einer weiteren Öffnungsbewegung des Kolbens kommt eine zweite Steuerkante 84 gegenüber der Steuerkante 78 des Gehäuses zur Öffnung und lässt damit ei¬ nen zweiten Volumenstrom aus dem Bereich 70 in den Bereich 80 fließen, während der Steu¬ erkantenbereich 76 des Kolbens jetzt ganz geöffnet ist und dadurch keine Veränderung mehr an dem Steuerkantenbereich 76 und bei dem Durchströmen des Widerstandes 74 erfolgt. Somit wird auch in dieser Ventilkonstruktion eine erste Steuerkantenöffnung 76, diesmal mit einem vorgeschalteten Widerstand 74, und parallel dazu bei einer weiteren Öffnungsbewe¬ gung ein zweiter Steuerkantenbereich 84 zum Einsatz gebracht, was zu den gleichen Effekten wie bei der Ventilkonstruktion in Figur 1 führt. Der Vorsteuerdruck im Bereich 86 auf die große Ventilkolbenfläche 88, die dem gesamten Durchmesser des Ventilkolbens 60 bzw. der Kol¬ benführung 62 entspricht, wird kompensiert durch den Systemdruck innerhalb der inneren Kolbenbohrung 66 auf die Fläche 90, welche hier die Öffnungskraft für den Ventilkolben er- zeugt. Der gleiche Druck, der auf die Fläche 92 des Führungsstiftes 64 wirkt, wird im Ventil¬ gehäuse wirksam und hat keinen Einfluss auf die Öffnungskraft des Kolbens 60.
Die Auswirkung der Strömungskraft, also der statischen Druckkraftverlust bei Durchströmung an den Steuerkanten 76 des Kolbens und 78 des Gehäuses, ist in Figur 5 vergrößert darge¬ stellt. Die Steuerkante 76 des Kolbens 60 hat gegenüber der Steuerkante 78 des Gehäuses 94 geöffnet, so dass das Hydraulikfluid aus der Kolbenbohrung 66 des Kolbens 60 durch den Widerstand 74 in den Steuerkantenbereich 76 und 78 abströmt. Als diese Steuerkanten noch geschlossen waren, haben sich die Drücke auf die Steuerkantenflächen 96 und 98 kompen¬ siert und damit keine zusätzliche Kolbenkraft erzeugt. Im nun geöffneten Zustand wird an der Steuerkante 76 der statische Druck bei Durchströmung am Rande reduziert, so dass sich ein Druckprofil 100 aufbaut, welches gegenüber dem Druckprofil 102 an statischer Druckkraft ver¬ liert und damit durch eine Überhöhung des Systemdrucks kompensiert werden müsste. Aber da der Volumenstrom vorher durch den Widerstand 74 geströmt ist und damit der statische Druck stark reduziert worden ist, wird an den Steuerkantenflächen 96 und 98 kein so hoher statischer Druck mehr herrschen, wie bei geringerer Durchströmung, und damit werden auch entsprechende Strömungskräfte in ihrer tatsächlichen Höhe entschieden niedriger ausfallen. So werden hier durch den vorher erzeugten Druckverlust des Widerstandes 74 die wirksamen Strömungskräfte an der Steuerkante 76 erfindungsgemäß reduziert.
In Figur 6 sind die entsprechenden Kennlinien eines herkömmlichen Druckbegrenzungsven¬ tils, des optimierten Druckbegrenzungsventils und die theoretische Kennlinie eines idealen Druckbegrenzungsventils dargestellt. Aufgetragen wird dabei der entsprechende Systemdruck 112 über dem Volumenstrom 110. Bei einem idealen Druckbegrenzungsventil soll die Kennli¬ nie 114 mit zunehmendem Volumenstrom immer den gleichen Druck behalten, also über dem Volumenstrom nicht ansteigen, was aber entsprechend den vorherigen Erläuterungen durch statische Druckverluste in Form von Strömungskräften nicht möglich ist. Deswegen steigen bei einem herkömmlichen Druckbegrenzungsventil entsprechend der Kennlinie 116 die vorher beschriebenen Strömungskräfte und damit die Kennlinie 116 über dem Volumenstrom an. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil kommt nun der Volumenstrom durch den Widerstand 39 bzw. 74 in Form einer Blendenkennlinie 118 zur Wirkung. Mit zunehmendem Volumenstrom 110 steigt also an dem Widerstand 39 aus Figur 1 bzw. 74 aus Figur 5 der Systemdruck 112 ent¬ sprechend an, was zu einem Staudruck führt, welcher den Strömungskrafteinfluss reduziert und damit die Kennlinie im Bereich 120 wieder abfallen lässt. In dem Punkt 122, in welchem die Blendenkennlinie 118 den Druckkennlinienbereich 120 schneidet, kommt die zweite Steuerkante zum Einsatz, so dass sich bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil erkante zum Einsatz, so dass sich bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil jetzt ein weiterer Verlauf der Kennlinie 124 annähernd parallel zu der Kennlinie 116 eines her¬ kömmlichen Druckbegrenzungsventils ergibt. Es ist aber anhand dieses Diagramms gut zu er¬ kennen, dass der Verlauf der Kennlinie 124 des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils in der eingestellten Druckhöhe weit unter der Kennlinie eines herkömmlichen Druckbegren¬ zungsventils, nämlich der Kennlinie 116 bleibt. Somit ist erfindungsgemäß ein Druckbegren¬ zungsventil dargestellt, dessen Betriebsdruck weniger durch den Durchfluss verändert wird als bei einem herkömmlichen Druckbegrenzungsventil. Die erste Steuerkante 41, 76 öffnet also so lange, bis der Betriebsdruck des Ventils im Bereich des Rückstaudruckes der Blende 39 oder der Blende 74 ist. Damit fällt der Systemdruck, also der Zulaufdruck, komplett an der Blende 39, 74 ab, und die erste Steuerkante 41 , 76 ist komplett geöffnet. In diesem Bereich ist der Fehler des Ventils minimal. Das heißt, der Betriebsdruck des geöffneten Ventils entspricht dem in Figur 2a dargestellten Betriebsdruck des geschlossenen Ventils, und das trotz des Vo¬ lumenstroms, der das Druckbegrenzungsventil passiert.
Bezυqszeichenliste
I Kolbenbohrung 3 Kolben
5 erster Kolbenbund
7 zweiter Kolbenbund
9 dritter Kolbenbund
I 1 durchmessergrößerer Bereich der Kolbenbohrung 13 durchmesserkleinerer Bereich der Kolbenbohrung 15 Zulaufleitung
17 erster Zulauf
19 zweiter Zulauf
21 Druckwirkfläche am Kolbenbund 9
23 Druckwirkfläche am Kolbenbund 9
25 kleinere Druckwirkfläche am Bund 7
27 größere Druckwirkfläche am Bund 5
29 gesamte Druckwirkfläche am Kolbenbund 5
31 Zuführung Vorsteuerdruck
33 erster Ablaufanschluss
35 zweiter Ablaufanschluss
37 gemeinsamer Ablauf
39 hydraulischer Widerstand
41 Steuerkante des Kolbenbundes 5
43 Steuerkante des Gehäuses 45
45 Gehäuse
47 wirksames statisches Druckprofil
49 wirksames Restdruckprofil bei Durchströmung
51 Strömungspfeile
53 zusätzliches Druckprofil durch Staudruck
55 Steuerkante des Kolbenbundes 7
57 Steuerkante des Gehäuses
60 Ventilkolben
62 Kolbenbohrung
64 Führungszapfen innere axiale Kolbenbohrung Zulauf Zulaufbereich Zulauföffnung innerer Bereich des Kolbens 60 Widerstandsbohrung Steuerkante des Kolbens Steuerkante des Gehäuses Ablaufbereich Ablauf zweite Steuerkante des Kolbens Bereich des Vorsteuerdrucks große Ventilkolbenfläche Druckwirkfläche der inneren Kolbenbohrung 66 Druckwirkfläche des Führungsstiftes 64 Gehäuse Steuerkantenfläche Steuerkantenfläche Druckprofil Druckprofil Volumenstromachse Systemdruckachse Kennlinie eines idealen Druckbegrenzungsventils Kennlinie eines herkömmlichen Druckbegrenzungsventils Blendenkennlinie Druckkennlinienbereich Schnittpunkt zwischen Blendenkennlinie 118 und Druckkennlinie 120 weiterer Verlauf der Kennlinie des optimierten Druckbegrenzungsventils

Claims

Patentansprüche
1. Ventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, mit einem Kolben (3, 60) mit Kolbenbun¬ den (5, 7, 9) , welcher mit einer Kolbenbohrung/ -führung (1, 62) mit Zulauf-(17, 19) und Ablaufnuten (80) Steuerkanten (41 , 55, 76, 84) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil zwei Steuerkanten (41, 55, 76, 84)und einen hydraulischen Widerstand (39, 74) aufweist, welcher mit einer der Steuerkanten (41 , 76) in Reihe geschaltet ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand (39, 74) mit der ersten Steuerkante (41, 76) in Reihe geschaltet ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand (39, 74) der ersten Steuerkante (41, 76) in Strömungsrichtung vor- oder nächgeschaltet ist.
4. Ventil nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steu¬ erkante (55, 84) in Strömungsrichtung parallel zur ersten Steuerkante (41, 76) schaltbar ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerkante (55, 84) in Richtung der Öffnungsbewegung später öffnet als die erste Steuerkante (41 , 76) .
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand als Blende (39, 74) ausgebildet ist.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand (39, 74) als Drossel ausgebildet ist.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als Schieberventil ausgebildet ist.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil durch einen Vorsteuerdruck steuerbar ist.
10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbunde ( 5, 7, 9) unterschiedlich große Wirkflächen aufweisen.
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