DE2329639A1

DE2329639A1 - Ventil

Info

Publication number: DE2329639A1
Application number: DE19732329639
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Bruene
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-06-09
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1975-01-02

Description

R. 15 12

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, STUTTGART

Ventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Sitzventilkörper, auf den in einander entgegengesetzten Richtungen die Kraft einer Feder und eines Antriebs einwirken können und welcher Sitzventilkörper die Verbindung zwischen wenigstens einem Zulauf-Anschluß und einem Ablauf-Anschluß steuert und gegenüber dem statischen Druck im ZuIauf-Anschluß druckausgeglichen-ist.

Bei einem bekannten Ventil der erwähnten Bauart mit elektromagnetischem Antrieb ist ein Doppelsitz mit einem zugehörigen kugelförmigen Schließglied vorgesehen, um die Verbindungen zwischen drei Anschlüssen zu steuern. Dieses Ventil erfüllt die Funktion eines Steuerventils; ein kontinuierliches Steuern eines Druckes in Abhängigkeit eines elektrischen Eingangssignals ist nicht beabsichtigt. Besonders bei sehr hohen Drükken kann hier der Fall eintreten, daß eine dynamische Kraft auf das kugelförmige Schließglied einwirkt und das Steuerverhalten des Ventils nachteilig'beeinflußt, weil die Kraft des elektio-

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magnetischen Antriebs konstant bleibt, während sich die dynamische Kraft proportional zum Eingangsdruck ändert. So kann zum Beispiel die durch den Ventilsitz strömende Druckmittelmenge sinken, obwohl der Druck im Zulauf noch weiter steigt, wenn die Magnetkraft nicht ausreicht.

Ferner ist auch ein elektromagnetisch betätigter Druckregler bekannt, dessen kegelförmiges Schließglied vom zu regelnden Druckmittel in Öffnungsrichtung angeströmt und bewegt wird und von einer Magnetspule in Schließrichtung betätigbar ist. Das Schließglied ist hier nicht druckausgeglichen und wird auch nicht von einer Feder in Schließrichtung belastet. Das bekannte Ventil eignet sich daher weniger für hohe Drücke. Ferner können auch hier beim Steuern hoher Drücke am Schließglied dynamische Kräfte auftreten, welche die Proportionalität zwischen geregeltem Druck und elektrischem Eingangssignal stören.

Es ist auch ein elektromechanisches Stellglied bekannt, dessen von einer Feder und von einem Magneten betätigtes Schließglied mit einem Flachsitz zusammenarbeitet. Solch ein Flachsitz mit einem ebenen Schließglied vermeidet zwar weitgehend dynamische Kräfte auf das Schließglied; diese Ventilart ist aber aus Gründen der Herstellung und der Abdichtung nicht immer erwünscht. Außerdem ist das bekannte Stellglied nicht druckausgeglichen, so daß es sich weniger für hohe Drücke eignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil mit einem kegel- oder kugelförmigen Sitzventilkörper möglichst einfach so auszubilden, daß der Sitzventilkörper in allen Lagen durch Ausgleich aller Kräfte, insbesondere auch der dynamischen Kräfte, stabile Zustände einnehmen kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Sitzventilkörper im ZuIauf-Anschluß ein Drosselelement vorgeschaltet ist, das mit dem Sitzventilkörper in Wirkverbindung steht, daß ein dem Druckausgleich dienender Kanal im Bereich zwischen Drosselelement und einem Ventilsitz vom Zulauf-Anschluß abzweigt

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und daß das Drosselelement eine solche Größe aufweist, daß die von ihm verursachte Kraft auf den Sitzventilkörper bei strömendem Druckmittel im Zulauf-Anschluß dem dynamischen Anteil der Kraft auf den Sitzventilkörper mindestens nahezu das Gleichgewicht hält.

Auf diese Weise kann der statisch bereits druchausgeglichene Sitzventilkörper auch dynamisch druckausgeglichen werden, ohne daß auf die Vorteile eines kegel- oder k\igelförmig ausgebildeten Sitzventilkörpers verzichtet werden muß. Die Erscheinung bei bekannten druckausgeglichenen Ventilen, daß der Durchfluß in Abhängigkeit des Drucks gerade beim Steuern sehr hoher Drücke von einer erwarteten Parabelfunktion abweicht, vermeidet der Erfindungsgegenstand. Darüber hinaus verwendet er nur einfachste Mittel und ist daher an· unterschiedliche Ventilbauarten leicht anpaßbar. Gegenüber Ventilen in Flachsitzbauart läßt sich das erfindungsgemäße Ventil leichter herstellen und weist nicht so hohe Energieverluste beim Durchströmen des Ventils auf.

Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Durchflußmenge abhängig vom Druck zeigt.

Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 10 mit einem Gehäuse 11, das einen vereinfacht dargestellten Magnetantrieb 12 aufnimmt. Im Gehäuse 11 bildet eine Bohrung 13 einen ZuIauf-Anschluß 14. Am Übergang der Bohrung 13 in einen Raum 15 ist ein Ventilsitz 16 ausgebildet. Eine mit dem Raum 15 verbundene zweite Bohrung 17 bildet im Gehäuse 11 einen Ablauf-An-

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Schluß 18. Gleichachsig zur Bohrung 13 verläuft eine Längsbohrung 191 die den Raum 15 mit einer Kammer 21 verbindet. Ein Kanal 22 im Gehäuse 11 verbindet die Kammer 21 mit der Bohrung 13; eine öffnung 23 des Kanals 22 in der Bohrung 13 liegt im Abstand von dem Ventilsitz 16.

Im Gehäuse 11 ist ein Sitzventilkörper 24 gleitend geführt. Der Sitzventilkörper 24 weist ein kegelförmiges Schließglied 25 auf, das von einer Feder 26 auf den Ventilsitz 16 gedrückt wird. Das Schließglied 25 ist fest mit einem Bolzen 27 verbunden, der in der Längsbohrung 19 dicht und gleitend geführt ist. An einer in die Kammer 21 ragenden Verlängerung ^%28 ist ein Anker 29 des Magnetantriebs 12 befestigt. Auf der dem Bolzen 27 abgewandten Seite des Schließgliedes 25 setzt sich der Sitzventilkörper 24 in einem Fortsatz 31 fort, der an seinem Ende einen zylindrischen Kolben 32 trägt. Der Fortsatz 31 weist einen kleineren Außendurchmesser auf als der Kolben 32 und ist so lang ausgebildet, daß der Kolben 32 in jeder Lage des Sitzventilkörpers 24 im Abstand von der öffnung 23 liegt.

Der Magnetantrieb 12 weist in üblicher Weise eine Magnetspule 33 auf; zur Auslenkung des Magnetflusses über den Anker 29 ist im Gehäuse 11 ein.nicht magnetischer Ring 3^ angeordnet.

Da der wirksame Durchmesser des Ventilsitzes 16 und der Außendurchmesser des Bolzens 27 gleich groß sind, ist der Sitzventilkörper in geschlossenem Zustand gegenüber dem statischen Druck vollkommen druckausgeglichen.

übt der Magnetantrieb 12 nun eine Kraft auf den Sitzventilkörper

24 entgegen der Kraft der Feder 26 aus, so hebt das Schließglied

25 vom Ventilsitz 16 ab. Vom Zulauf-Anschluß 14 strömt somit Druckmittel am Kolben 32 vorbei und zwischen Ventilsitz 16 und Schließglied 25 hindurch zum Ablauf-Anschluß 18. Diejenige Kraft auf das Schließglied 25, die durch das durchströmende Druckmittel entsteht, kann als Resultierende gedacht werden aus einer ersten

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Kraft gebildet aus dem Produkt von Druck vor dem Kolben 32 mal Stirnfläche des Kolbens 32 zuzüglich einer zweiten Kraft gebildet aus dem Druck in der Öffnung 23 mal einer Ringfläche gebildet aus Ventilsitzfläche minus Kolbenstirnfläche, und vermindert um eine dritte Kraft gebildet aus dem Druck in der Kammer 21 mal Querschnittsfläche des Bolzens 27 und ferner vermindert'um eine vierte, dynamische Kraft. Diese dynamische Kraft ist abhängig von der Geschwindigkeit des Druckmittels im Sitz und der Strahlumlenkung. Dieser dynamische A.nteil der Kraft wirkt schließend auf das Schließglied 25 und würde bei fehlendem Kolben 32 bewirken, daß oberhalb einer bestimmten Druckhöhe der vom Schließglied 25 aufgesteuerte Querschnitt bei weiter zunehmendem Druck mehr und mehr zugesteuert würde. Nun wirkt aber der Kolben 32 als Drosselelement in der Bohrung 13» so daß der über den Kanal 22 in der Kammer 21 wirksame Druck niedriger ist als der Druck vor dem Kolben 32. Somit übt der Kolben 32 eine Kraft auf das Schließglied 25 aus.

Durch die Wahl von Länge und Durchmesser des Kolbens 32 im Verhältnis zum Durchmesser der Bohrung 13 läßt sich dabei eine solche Drosselung erreichen, daß die dynamische Kraft vollkommen ausgeglichen wird. Darüber hinaus kann auch eine durch die Flüssigkeitsreibung am Kolben 32 entstehende, relativ geringe Kraft zusätzlich mit berücksichtigt und auch ausgeglichen werden. Gerade bei hohen Drücken, insbesondere bis 500 bar und bei einem Kegelwinkel des Schließglieds um 90° kann die dynamische Kraft besonders hohe Werte annehmen und stabile Lagen des Sitzventilkörpers 24 verhindern, wenn sie nicht ausgeglichen wird.

Wie Fig. 2 näher zeigt, nimmt die durchströmende Druckmittelmenge in Abhängigkeit vom Druck gemäß der Kurve 38 nach einer Parabelfunktion zu. Die Kurve 39 zeigt demgegenüber das Abbiegen von der Parabelfunktion bei bekannten Ventilen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale; infolge des immer stärker wirksam werdenden dynamischen Kraftanteils wird bei den bekannten Ventilen

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ein Sitzventilkörper in Richtung Schließen bewegt und die durchströmende Druckmittelmenge trot.z steigenden Drucks verringert .

Ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, ist es möglich, den Sitzventilkörper anstelle des kegeligen Schließkörpers mit einem kugelförmigen Schließkörper auszustatten. Auch wäre es möglich, anstelle des gezeichneten Kolbens ein anderes Drosselelement zu setzen, das die gewünschte Wirkung erreicht. Ferner könnte das Drossel element auch als ein vom Schließkörper getrennter, in der Bohrung geführter Kolben ausgebildet sein, der mit dem Schließkörper in Wirkverbindung steht.

Das erfindungsgemäße Ventil läßt sich nicht nur besonders vorteilhaft bei Magnetventilen mit reiner Wegeventilfunktion einsetzen, sondern auch bei Magnetventilen, die einen hydraulischen Druckmittelstrom proportional zu elektrischen Eingangssignalen steuern. Ferner ist auch eine Verwendung bei druckausgeglichenen Druckreglern in vorteilhafter Weise möglich. Anstelle des äußerst vorteilhaften elektromagnetischen Antriebs kann auch ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb treten, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. "

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Claims

- - 7 - R. I 5 f j Ansprüche

1.) Ventil mit einem Sitzventilkörper, auf den in einander entgegengesetzten Richtungen die Kraft einer Feder und eines Antriebs einwirken können und welcher Sitzventilkörper die Verbindung zwischen wenigstens einem Zulauf-Anschluß und einem Ablauf-Anschluß steuert und gegenüber dem statischen Druck im ZuIauf-AnSchluß druckausgeglichen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sitzventilkörper (24) im Zulauf-Anschluß (14) ein Drosselelement (32) vorgeschaltet ist, das mit dem Sitzventilkörper (24) in Wirkverbindung steht, daß ein dem Druckausgleich dienender Kanal (22) im Bereich zwischen Drosselelement (32) und einem Ventilsitz (16) vom Zulauf-Anschluß (14) abzweigt und daß das Drosselelement (32) eine solche Größe aufweist, daß die von ihm verursachte Kraft auf den Sitzventilkörper (24) bei strömendem Druckmittel im Zulauf-Anschluß dem dynamischen Anteil der Kraft auf den Sitzventilkörper (24) mindestens nahezu das Gleichgewicht hält.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement ein Kolben (32) ist, der in einer den Zulauf-Anschluß (14) bildenden Bohrung (13) angeordnet ist.

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3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (32) mit dem Sitzventilkörper (24) fest verbunden ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 2 und 3 mit einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzventilkörper (24) ein kegeliges Schließglied (25) aufweist, das mit einem Bolzen (27) in einer Längsbohrung (19) des Gehäuses (11) geführt ist und das von der Feder (26) in Richtung des Ventilsitzes (16) gedrückt wird und daß das Schließglied (15) auf seiner dem Bolzen (27) gegenüberliegenden Seite einen den Kolben .(32) tragenden Fortsatz(31) aufweist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durchmesser des Ventilsitzes (16) und der des Bolzens (27) gleich groß sind.

6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (31) einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der Kolben (32) und seine Länge so groß ist, daß der Kolben (32) im Abstand von einer Öffnung (23) des Kanals (22) angeordnet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zulauf-Anschluß bildende Bohrung (13), der Ventilsitz (16) und die Längsbohrung (19) gleichachsig angeordnet sind.

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8. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Schließgliedes (25) vorzugsweise um etwa 90° beträgt.

9. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und/oder der Außendurchmesser des Kolbens (32) im Verhältnis zum Innendurchmesser der Bohrung (13) so aufeinander abgestimmt sind, daß die dynamische Kraft auf das Schließglied vollkommen kompensiert wird.

10. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kol ben (32) zylindrisch ausgebildet ist.

11. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzventilkörper als Kugel ausgebildet ist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es einen elektromagnetischen Antrieb (12)

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