DE2701580A1

DE2701580A1 - Druckventil

Info

Publication number: DE2701580A1
Application number: DE19772701580
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Seyffer; Philipp Wais
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-15
Filing date: 1977-01-15
Publication date: 1978-07-20

Description

Anlage
zur Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung Druckventil Zusammenfassung Es wird ein Druckventil vorgeschlagen, bei dem durch gleichmäßig und nur wenig sich ändernde Querschnittsübergänge im Bereich vor dem Schließglied ein Ablösen der Strömung und damit deren Turbulenz verringert wird, um ein schwingungsfreies Steuern von Drücken zu erreichen.
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigten Druckventil. Bei dem bekannten Ventil wird zum Steuern verschiedener Drücke ein Schließglied unmittelbar von einem Anker eines Hegelmagneten gegen einen Ventilsitz gedrückt. Um bei diesem direktgesteuerten Ventil eine Schwingen infolge der kleinen Masse des Ankers zu vermeiden, steht mit dem Anker eine Feder in Wirkverbindung, die in Schließstellung des Schließglieds mit ihrer maximalen, in Öffnungsrichtung wirkenden, der Magnetkraft entgegengerichteten Kraft am Anker angreift, um eine Dämpfung zu erreichen und damit die Schwingungsgefahr zu verringern. Es hat sich nun gezeigt, daß diese Art der Dämpfung nicht bei allen Betriebszuständen wirksam wird. Außerdem baut dieses Druckventil durch die zusätzliche Feder relativ aufwendig. Zudem erfordert die Kraft der Feder eine größere, magnetische Kraft beim Steuern des hydraulischen Drucks. Außerdem führt der plötzliche Übergang von einer Drosselstelle in eine den Ventilsitz bildende Bohrung zu verstärkter Wirbelbildung in der Strömung und erhöht damit die Neigung zu Schwingungen.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Druckventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptan;)ruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es durch allmähliche Querschnittsübergänge im Zulauf im Bereich vor dem kegeligen Schließglied eine Ablösung der Strömung von den Wänden und damit Turbulenzen in der Strömung vermeidet. Auf diese Weise wird eine weitgehend laminare Strömung erreicht und das Schließglied, selbst wenn es nur eine geringe Masse aufweist, neigt im Betrieb viel weniger zum Schwingen.
Zudem läßt sich die derartig kegelig ausgebildete Bohrung ohne zusätzlichen Aufwand, insbesQndere an Raum und Material leicht herstellen. Die nahezu kavitationsfreie Strömung im Bereich des Ventilsitzes verringert ferner den Durchflußwiderstand, so daß klein bauende Ventile für relativ große Durchflüsse einsetzbar sind. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Druckventil besonders für relativ große Durchflußmengen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Druckventils möglich. Dadurch wird die Bohrung im Ventilsitz so ausgebildet, daß optimale Strömungsverhältnisse bei möglichst geringem, technischem Aufwand erreicht werden.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein elektromagnetisch betätigtes Druckventil teilweise im Längsschnitt, Figur 2 den Ventilsitz mit dem kegeligen Schließglied im vergrößerten Maßstab und Figur 3 den typischen Druckverlauf abhängig von der Spannung für das Druckventil nach Figur 1.
Beschreibung der Erfindung Figur 1 zeigt ein elektromagnetisch betätigtes Druckventil 10, das im wesentlichen aus einem Ventilteil 11, einem Proportionalmagneten 12, einem induktiv arbeitenden Wegaufnehmer 13 sowie einem Differenzverstärker 14 besteht. Das Ventilteil 11 weist in einer mehrfach abgestuften Bohrung 15 eines Gehäuses 16 einen Ventilsitz 17 auf, dem ein Schließglied 18 zugeordnet ißt. Der Ventilsitz 17 wird von einer in die Bohrung 15 eingesetzten Schraube 19 in seiner axialen Lage gesichert. Ferner begrenzt er mit zwei kolbenförmigen Abschnitten 21, 22 einen Ringraum 23, der mit einem Zulauf 24 verbunden ist. Im Bereich des Ringraumes 23 hat der Ventilsitz 17 eine Querbohrung 25, von der eine axiale Bohrung 26 in eine Ventilsitzfläche 27 führt. Wie Figur 2 deutlicher zeigt, ist diese Bohrung 26 konisch mit einem Kegelwinkel von 5 Grad so ausgebildet, daß sie sich zur Ventilsitzfläche 25 hin erweitert. Dabei ist die Bohrung 26 nahezu über ihre ganze Länge gleichmäßig kegelig ausgebildet und geht erst nahe einer Dichtkante 28 in einen kurzen, zylindrischen Abschnitt 29 über, der aus fertigungstechnischen Gründen für eine genaue Bearbeitung der Dichtkante 28 zweckmäßig ist und die Wirkung der kegeligen Bohrung 26 praktisch nicht mehr beeinflußt. Ein das Schließglied 18 aufnehmender Raum 31 der Bohrung 15 hat mit einem Rücklauf 32 Verbindung. Das Schließglied 18 selbst ist mit einem Bund 33 zwischen eine am Gehäuse 11 sich abstützende, schwache Gegenfeder 34 und eine am Anker 35 des Magneten 12 sich abstützende, relativ starke Druckfeder 30 gespannt; ferner ragt es mit einem kegelförmigen Teil 36 in die Bohrung 26 hinein. Das kegelförmige Teil 36 ist besonders zweckmäßig mit einem Kegelwinkel von 15 Grad ausgebildet, so daß der in die Bohrung 26 hineinragende Abschnitt länger ist als der doppelte Durchmesser der Dichtkante 28, um somit gute Strömungsverhältnisse zu erzielen. Der Anker 35 steht mechanisch mit einem nicht näher gezeichneten beweglichen Glied des Wegaufnehmers 13 in Verbindung, dessen elektrischer Ausgang 37 mit dem Eingang 38 des Differenzverstärkers 14 Wirkverbindung hat. Der Differenzverstärker 14 hat ferner einen Sollwerteingang 3i, während sein Ausgang 41 mit einem elektrischen Eingang 42 des Proportionalmagneten 13 verbunden ist.
Die Wirkung des Druckventils 10 ist wie folgt: Bei nicht erregtem Proportionalmagneten 12 ist die Druckfeder 30 entlastet und das Schließglied 18 vom Ventilsitz 17 abgehoben, so daß der Zulauf 24 mit dem Rücklauf 32 Verbindung hat. Wird der Magnet 12 erregt, so wird proportional zu der Größe der am Sollwerteingang 39 vorgegebenen Spannung die Druckfeder 30 mit Hilfe des Ankers 35 vorgespannt und das Schließglied 18 mit einer entsprechenden Kraft auf den Ventilsitz 17 gedrückt, von der die Größe des Drucks im Zulauf 24 abhängt. Auf den Einfluß der Gegenfeder 34 zur Verminderung der Reibungseinflüsse braucht hier nicht näher -eingegangen zu werden. Figur 3 zeigt eine Kennlinie 43, welche den Druck p im Zulauf 24 in Abhängigkeit von der am Sollwerteingang 39 angelegten Spannung U angibt, wobei ein Durchfluß Q von etwa 1,5 1/min durch das Druckventil 10 fließt. Durch die relativ lange und sich gleichmäßig zum Schließglied 18 hin erweiternde Bohrung 26 wird erreicht, daß die Strömung in der Bohrung 26 sich nicht von den Wänden ablöst, also keine Querströmungen auftreten, die zu Kavitationserscheinungen führen können.
Unterstützt wird dieser vorteilhafte Strömungsverlauf noch durch den spitzen Kegelwinkel des Schließgliedes 18, der für eine gleichmäßige Beschleunigullg der Strömung zur Dichtkante 28 hin mit beiträgt. Bei geöffnetem Schließglied 18 wird somit die Strömung in der vom Schließglied 18 nicht durchdrungenen Teil der Bohrung 26 gleichmäßig verzögert und anschließend im Bereich des Schließgliedes 18 wieder gleichmäßig beschleunigt.
Auf diese Weise wird die Stabilität der ohnedies leicht bauenden Schließglied-Druckfeder-Anker-Ksombination beträchtlich erhöht und damit Schwingungen im Betrieb unterdrückt. Zugleich führen diese vorteilhaften Strömungsverhältnisse zu einem niedrigeren Durchflußwiderstand des Druckventils 10. Außerdem eignet es sich dadurch für relativ große Durchflußmengen.
Selbstverständlich ist es möglich, das gezeigte Druckventil 10 unter Beibehaltung aller sonstigen Bauelemente für Druckbereiche bis z.B. 300 ljar umzubauen, indem lediglich die Bohrung 26 im Ventilsitz 17 mit einem noch spitzeren Kegelwinkel von z.B. 2,5 Grad hergestellt wird, ohne daß dabei auf die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung verzichtet werden müßte.
Der kurze zylindrische Abschnitt 29 in der Bohrung 26 kann bei Bedarf auch ganz entfallen. Ebenso sind die Anordnungen der Federn für die erfindungsgemäße Lösung von untergeordneter Bedeutung, da die erfindungsgemäße Lösung auch bei einem Druckventil mit unmittelbar auf das Schließglied wirkenden Anker ausführbar wäre. Ferner ist der Erfindungsgegenstand nicht auf Druckventile mit elektromagnetsicher Betätigung beschränkt.
Ferner sind relativ große Kegelwinkel am Schließglied einem relativ großen Kegelwinkel der axialen Bohrung zugeordnet, um somit den von Schließglied und Bohrung gebildeten Ringspalt zum Ventilsitz hin möglichst spitz auszubilden.
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Claims

Patentansprüche 1. Druckventil mit einem in einem Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz und einem diesem zugeordneten kegeligen Schließglied, das in eine mit dem Zulauf verbundene, axiale Bohrung des Ventilsitzes ragt und einen Kegelwinkel von höchstens 30 Grad aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (26) kegelig ausgebildet ist, daß sie ihren größten Druchmesser an ihrer dem Schließglied (18) zugewandten Ventilsitzfläche (27) aufweist und daß der Kegelwinkel der axialen Bohrung (26) zwischen 2 und 15 Grad beträgt.
2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (26) länger ist als der in sie ragende Abschnitt des Schließgliedes (18) und mindestens nahezu über ihre ganze Länge gleichmäßig kegelig ausgebildet ist.
3. Druckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Schließgliedes (18) zwischen 30 und 10 Grad, vorzugsweise 15 Grad beträgt.
4. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Bohrung (26) etwa doppelt so groß ist wie der in sie ragende Abschnitt des Schließgliedes (18).
5. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des in die Bohrung (26) eintauchenden Abschnittes des Schließgliedes (18) größer ist als der doppelte Durchmesser der Bohrung (26) an ihrer Dichtkante (28).
6. Druckventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (26) im Bereich zwischen Dichtkante (28) und kegeligem Teil einen kurzen zylindrischen Abschnitt (29) aufweist.
7. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer die Bohrung schneidenden Querbohrung im Ventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung (26) an ihrer Mündung in die Querbohrung (25) kleiner ist als der Radius der Querbohrung (25).
8. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit elektromagnetischer Betätigung, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (18) über eine Druckfeder (30) mit dem Anker (35) eines Proportionalmagneten (12) und in entgegengesetzter Richtung über eine Gegenfeder (34) mit dem Gehäuse (16) in Wirkverbindung steht.