DE3222860A1

DE3222860A1 - Fluid-regelventil

Info

Publication number: DE3222860A1
Application number: DE19823222860
Authority: DE
Inventors: Ralf 6238 Hofheim Bender; Rolf 6239 Kriftel Greeb; Manfred Dr. 6200 Wiesbaden Kahrs; Lothar Kunze; Bernhard 6000 Frankfurt Möller; Harald Vogt
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1983-12-22
Also published as: GB2121924A; GB8307310D0; IT1163527B; IT8321648A0; GB2121924B; FR2528937A1; DE3222860C2; FR2528937B1

Description

Fluid-Regelventil

Fluid-Regelventil mit einem Gehäuse, das mindestens einen ersten Fluidanschluß und einen zweiten Fluidanschluß aufweist, mit einem Steuerkolben, der in einer Bohrung des Ventilgehäuses zwischen einer Offenstellung, in der erster und zweiter Anschluß miteinander verbunden sind und einer Schließstellung, in der er den ersten Anschluß vom zweiten Anschluß trennt, verschiebbar ist durch Druckbeaufschlagung mindestens einer Wirkfläche am Steuerkolben und mit einer in einer Fluidleitung am Steuerkolben angeordneten Drosseleinrichtung.

Fluid-Regelventile werden in Abhängigkeit von mindestens einem sich verändernden Fluiddruck betätigt, um den Fluiddruck und/oder den Fluidstrom in einer angeschlossenen Anlage zu regeln. Durch den Druck wird gewöhnlich ein z.B. als Steuerschieber ausgebildeter Steuerkolben verschoben, der die Öffnungsquerschnitte von Fluidanschlüssen verändert. Bei einem Druckminderventil beispielsweise ist eine Federvorrichtung vorgesehen, die auf den Steuerkolben entgegen der durch den Ausgangsdruck aufgebrachten Kraft wirkt. Der Steuerkolben ist bei einem Druckminderventil durch den Ausgangsdruck gegen die Kraft der Federvorrichtung in die Schließstellung bewegbar.

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Fluid-Regelventile sollen über einen großen Viskositätsbereich des Fluids bei kleinen Regelabweichungen einsetzbar sein.

Bei veränderter Viskosität des Fluids kann es aufgrund von zu langsamen oder zu schnellen Bewegungen des Steuerkolbens zu unerwünschten Schwingungen, zu Geräuschbildungen oder zu unzulässigen Regelabweichungen kommen.

Es ist z.B. aus der GB-PS 1 355 898 bekannt, die Bewegungen des Steuerkolbens durch Anordnung einer Drosselöffnung mit festem Drosselquerschnitt am Steuerkolben zu dämpfen. Die Festlegung einer festen Drossel mit relativ großem Querschnitt hat jedoch zur Folge, daß die Neigung zu instabilem Arbeiten groß ist. Wird dagegen der Drosselquerschnitt zur Unterdrückung von Instabilitäten klein gehalten, so besteht die Möglichkeit, daß die Drosselöffnung verschmutzt und unzulässige Regelabweichungen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Fluid-Regelventil zu schaffen, das bei einer hohen Ansprechempfindlichkeit keine Neigung zu Schwingungen aufweist und über einen großen Viskositätsbereich des Fluids einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fluidleitung durch eine Bohrung,im Steuerkolben gebildet ist, daß die Drosseleinrichtung ein in der Bohrung angeordnetes, zylindrisches Bauteil umfaßt, das mit der

Innenwandung eines Abschnitts der Fluidleitung eine Drossel bildet, und daß das Bauteil eine längs seines Außenumfangs mit Steigung verlaufende Nut aufweist.

Das in den Steuerkolben eingesetzte zylindrische Bauteil hat an seinem Außenurafang eine wendelförmig verlaufende Nut. Dadurch kann der Drosselquerschnitt der Nut relativ groß sein, da die Länge der Drossel und damit die Dämpfungswirkung über die Steigung der wendelförmig verlaufenden Nut in weiten Grenzen einstellbar ist. Die Drot>seleinrichtung ist dadurch unempfindlich gegen Verschmutzungen. Zur Veränderung der Dämpfungseigenschaften braucht lediglich ein anders ausgelegtes Bauteil in den Steuerkolben eingesetzt zu werden, so daß eine Veränderung am Steuerkolben bzw. eine Lagerhaltung von unterschiedlichen Steuerkolben überflüssig wird. Die wendeiförmige Nut am zylindrischen Bauteil ist einfach und kostengünstig herstellbar; die Herstellung kalibrierter Bohrungen kleineren Durchmessers und größerer Länge entfällt.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß der Durchmesser des Bauteils geringer ist als der Durchmeser des Abschnitts der Fluidleitung. Dadurch wird der Dämpfungswirkung durch die Strömung in der wendeiförmigen Nut eine weitere Dämpfung überlagert, die durch Reflektionen an der strukturierten Oberfläche der radial inneren Begrenzung des durch die unterschiedlichen Durchmesser entstandenen schmalen Ringraums und durch Reflektionen in den Nuten verursacht wird. Da das Bauteil mit Bewegungsspiel im" Steuerkolben angeordnet ist, ist dieses die Dämpfung bewirkende Bauteil schwingungsmäßig vom Steuerkolben abgekoppelt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die axiale Längenüberdeckung von Bauteil .und Abschnitt der Fluidleitung veränderbar ist. Dies ermöglicht eine Veränderung der Dämpfungseigenschaft.

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Weiter ist vorgesehen, daß die Länge des Bauteils kleiner ist als die Länge des Abschnitts der Fluidleitung. Hierdurch kann das Bauteil bei Druckstößen vom Steuerkolben unabhängige Bewegungen durchführen, wodurch die Dämpfung der Schwingungen verbessert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, daß die Verschiebung des Steuerkolbens entgegen der Kraft einer Vorspanneinrichtung aus der Offenstellung in die Schließstellung durch Druckbeaufschlagung der der Vorspanneinrichtung abgewandten Stirnfläche des Steuerkolbens mit dem Druck am zweiten, den Auslaß bildenden Anschluß erfolgt und daß die an der druckbeaufschlagbaren Stirnfläche mündende Fluidleitung einen radialen Innenbohrungsabschnitt und einen axialen Innenbohrungsabschnitt, in dem das Bauteil angeordnet ist, aufweist. Diese Ausbildung bezieht sich auf ein Druckminderventil, bei dem eine einfache Herstellung der Fluidleitung, in der das Bauteil angeordnet ist, gegeben ist.

Weiter ist vorgesehen, daß das Bauteil eine über eine Stirnfläche verlaufende Ausnehmung aufweist.

Besonders vorteilhaft ist das Bauteil ein handelsüblicher Gewindestift.

1st der an der druckbeaufschlagbaren Stirnfläche angeordnete Fluidraum im Gehäuse durch eine Verschlußschraube ab-

geschlossen, so läßt sich der Steuerkolben einfach montieren bzw. austauschen.

Vorteilhaft ist es, daß die. Verschlußschraube ein dem Bauteil zugewandtes Einsatzstück aus einem Material höherer Festigkeit aufweist. Dadurch kann an einer handelsüblichen Verschlußschraube an der besonders beanspruchten, einen

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Anschlag für das Bauteil bildenden Stirnfläche auf einfachste Weise ein Bereich größerer Festigkeit ausgebildet werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß koaxial im Gehäuse hintereinanderliegend angeordnet sind der Fluidraum, die Bohrung für den Steuerkolben mit einer ringförmigen Erweiterung in ihrem mittleren Abschnitt, in die der erste Anschluß mündet und in deren unteren Abschnitt der zweite Anschluß mündet, und eine Aufnahmebohrung für die Vorspanneinrichtung, und daß der Steuerkolben zwei durch jeweils einen Bund gleichen Durchmessers von den Stirnflächen und voneinander getrennte Ausnehmungen kleineren,, gleichen Duchmessers aufweist, die in der Schließstellung dem Eingangsanschluß bzw. dem Ausgangsanschluß zugeordnet sind, und daß der radiale Innenbohrungsabschnitt an der dem Ausgangsanschluß zugeordneten Ausnehmung endet. Da der Steuerkolben nicht leckagefrei in seiner Bohrung sitzt, muß für die Ableitung des Leckageöls gesorgt werden, um eine unerwünschte Druckerhöhung auf der Ausgangsseite zu vermeiden. Durch diese Anordnung ist eine Ableitung des Leckagestroms zum Leckölanschluß hin sichergestellt.

Sieht man vor, daß die Vorspanneinrichtung mit ihrer dem Steuerkolben abgewandten Seite an einem Abstützelement anliegt, dessen axiale Lage im Gehäuse einstellbar ist, so läßt sich durch Veränderung der Federvorspannung auf einfachste Weise das Betriebsverhalten einstellen.

Weiter kann vorgesehen werden, daß nach Erreichen der Schließstellung der Ausgangsanschluß durch weiteres Verschieben des Steuerkolbens mit einem drucklosen Rücklauf für das Fluid verbindbar ist. Bei übermäßigen ausgangsseitigen Druckstößen kann der Ausgangsanschluß so mit einem drucklosen Rücklauf verbunden werden.

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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß das Bauteil mit Preßpassung in dem Abschnitt der Fluidleitung angeordnet ist.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Fluid-Regelventils,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform.

Das Druckminderventil weist ein Gehäuse 1 mit einem ersten, mit der Druckquelle verbundenen Eingang 2 und einem zweiten, zu einem Verbraucher führenden Ausgang 3 auf. Weiter ist ein Anschluß 4 zur Leckölrückführung vorgesehen.

Die Anschlüsse 2,3,4 münden in eine mittig im Gehäuse 1 angeordnete, mehrfach gestufte Bohrung 5. Am nach Fig. 1 unteren Ende des Gehäuses 1 ist ein Bohrungsabschnitt 6 größeren Durchmessers ausgebildet, der an seinem Ende einen Innengewindeabschnitt 7 aufweist. Der Bohrungsabschnitt 6 erstreckt sich etwa über die Hälfte der axialen Länge des Gehäuses 1.

An den Bohrungsabschnitt 6 schließt sich eine Zylinderbohrung 8 an, in der der Steuerkolben 9 verschiebbar angeordnet ist. Die Zylinderbohrung 8 weist eine ringförmige Erweiterung 10 auf, die die Zylinderbohrung 8 in zwei ungefähr gleiche Abschnitte 11,.12 unterteilt. In den gemäß Fig. 1 unteren Abschnitt 11 mündet der zum Verbraucher führende Ausgang 3, in die ringförmige Erweiterung 10 der Eingang 2.

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Am oberen Ende des oberen Abschnitts 12 ist die Zylinderbohrung 8 mit einem Innengewindeabschnitt 13 versehen, in den eine Verschlußschraube 14 eingeschraubt ißt, die die Zylinderbohrung 8 dicht abschließt. Statt dessen kann auch ein ohne Gewinde befestigbarer Verschlußstopfen verwendet werden.

Der Steuerkolben 9 weist zwei ringförmige Ausnehmungen 15,16 gleichen Durchmessers auf, durch die drei Bereiche 17,18,19 bestimmter axialer Länge und gleichen Außendurchmessers definiert sind. Oberer 17 und unterer Bereich 19· sind jeweils in einem Teil des oberen 12 und unteren Abschnitts 11 der Zylinderbohrung 8 dichtend und verschiebbar angordnet. Der mittlere Bereich 18 ist in der ringförmigen Erweiterung 10 angeordnet.

Die untere Ringkante des mittleren Bereichs 18 des Steuerkolbens 9 bildet die Steuerkante 28 und wirkt mit der zugeordneten Gehäusekante am Übergang der ringförmigen Erweiterung 10 in den unteren Abschnitt 11 der Zylinderbohrung 8 zusammen. An der Steuerkante 28 kann zur Verbesserung des Regelverhaltens eine Abschrägung angebracht werden. Bei kleineren Öffnungsquerschnitten wird die Dämpfung von Schwingungen dadurch verbessert. Auch können die Drosselquerschnitte bei gleichem Betriebsverhalten größer gewählt werden, so daß die Verschmutzungsgefahr geringer ist. ' .

An seinem unteren Ende weist der Steuerkolben 9 einen zapfenförmigen Ansatz 20 auf, der an einer Vertiefung 21 eines Federtellers 22 anliegt.

Auf den Federteller 22 wirkt die Druckkraft einer Druckfeder 23, die eine Verschiebekraft auf den Steuerkolben 9 in Richtung auf die Verschlußschraube 14 ausübt. Die Druckfeder 23 und der Federteller 22 sowie der Anschluß 4 für die Leckölrückführung sind im Bohrungsabschnitt 6 größeren Durchmessers der gestuften Bohrung 5 angeordnet. Im Innengewindeabschnitt 7 des Bohrungsabschnitts 6 ist eine Einstellschraube 24 angeordnet, die zur Einstellung der Federkraft der sich an ihr abstützenden Druckfeder 23 dient.

Der Steuerkolben 9 weist eine im Inneren verlaufende Ausnehmung mit einem radialen 25 und einem axialen Innenbohrungsabschnitt 26 auf. Der radiale Innenbohrungsabschnitt 25 mündet am Außenumfang der unteren ringförmigen Ausnehmung 16 des Steuerkolbens 9 und steht so in Verbindung mit dem zum Verbraucher führenden Ausgang 3. Der axiale Innenbohrungsabschnitt 26 mündet an der oberen Stirnseite des Steuerkolbens 9 in einen Druckraum 27, der axial durch den Steuerkolben 9 und die Verschlußschraube 14 begrenzt ist.

In dem axialen Innenbohrungsabschnitt 26 ist ein Därapfungselement 30 mit wendeiförmiger Nut am Außenurafang in Form eines handelsüblichen Gewindestifts mit Bewegungsspiel eingesetzt. Die axiale Länge des Dämpfungselements 30 ist kleiner als die des axialen Innenbohrungsabschnitts 26. Das Dämpfungselement 30 weist an seiner unteren Stirnfläche radial sich über diese Stirnfläche erstreckende Vertiefungen auf.

In die Verschlußschraube 14 ist ein Einsatzstück 31 höherer Festigkeit in Form einer Kugel eingesetzt und durch plastische Verformung gehalten.

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Das Druckminderventil ist im Ruhezustand geöffnet, so daß Eingang 2 und Ausgang 3 miteinander in Verbindung stehen. Bei Druckaufbau am Eingang 2 wird der Steuerkolben 9 durch den sich im Druckraum 27 aufbauenden Druck entgegen der Kraft der Druckfeder 23 nach unten verschoben und schließt mit seiner Steuerkante 28 so weit, daß nur der Fluidstrom zum Ausgang 3 fließen kann, der ohne ausgangsseitige Druckerhöhung vom Verbraucher aufgenommen wird.

Zur Dämpfung von Schwingungen ist in den Steuerkolben 9 das Dämpfungselement 30 mit Bewegungsspiel eingesetzt, das durch die Drosselwirkung aufgrund des kleinen ringförmigen Drosselquerschnitts, durch die Drossseiwirkung der wendelförraigen Gewindenut und durch Reflektionen an der rauhen Außenoberfläche Schwingungen unterdrückt. Durch die von der Bewegung des Steuerkolbens 9 unabhängige Bewegungsmöglichkeit für das Dämpfungselement 30 ist das Dämpfungselement 30 schwingungsmäßig vom Steuerkolben 9 abgekoppelt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements gezeichnet; gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

Das Dämpfungselement 30' ist bei dieser Ausführung fest in den axialen Innenbohrungsabschnitt 26 eingepreßt. Das Dämpfungselement 30' besitzt eine oder mehrere wendeiförmige Nuten 32 am Außenumfang, die mit der Innenwand des axialen Innenbohrungsabschnitts 26 Drosselkanäle zur Dämpfung der Bewegung des Steuerkolbens 9 bilden.

Da der Steuerkolben 9 mit Bewegungsspiel in der Zylinderbohrung 8 angeordnet ist, tritt ein geringer Leckverlust zwischen Steuerkolben 9 und Bohrungswand auf. Durch die gewählte Anordnung von Eingang 2 und Ausgang 3 kann das

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Lecköl in Richtung Lecköl-Anschluß 4 abfließen, so daß kein Durchtritt zur Ausgangsseite und damit eine unerwünschte ausgangsseitige Drucksteigerung auftritt.

Leerseite .

Claims

Patentansprüche

Fluid-Regelventil mit einem Gehäuse, das mindestens ^: einen ersten Fluidanschluß und einen zweiten. Fluidanschluß aufweist, mit einem Steuerkolbcn, der in einer Bohrung des Ventilgehäuses zwischen einer Offensteilung, in der erster und zweiter Anschluß miteinander verbunden sind und einer Schließstellung, in der er den ersten Anschluß vom zweiten Anschluß trennt, verschiebbar ist durch Druckbeaufschlagung mindestens einer Wirkfläche am Steuerkolben und mit einer in einer Fluidleitung am Steuerkolben angeordneten Drosseleinrichtung, dadurch

gekennzeichnet , daß die Fluidleitung (25,26) durch eine Bohrung im Steuerkolben (9) gebildet ist, daß die Drosseleinrichtung ein in der Fluidleitung (25,26) angeordnetes, zylindrisches Bauteil

(30,3O¹) umfaßt, das mit der Innenwandung eines Abschnitts (26) der Fluidleitung (25,26) eine Drossel bildet, und daß das Bauteil (30,30') eine längs seines Außenumfangs mit Steigung verlaufende Nut aufweist.

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2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser des Bauteils (30) geringer ist als der Durchmesser des Abschnitts der Fluidleitung (26).
3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Längenüberdeckung von Bauteil (30) und Abschnitt der Fluidleitung (26) veränderbar ist.
4. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Länge des Bauteils (30) kleiner ist als die axiale Länge des Abschnitts der Fluidleitung (26).
5. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschiebung des Steuerkolbens (9) entgegen der Kraft einer Vorspanneinrichtung (23) aus der Offenstellung in die Schließstellung durch Druckbeaufschlagung der der Vorspanneinrichtung (23) abgewandten Stirnfläche des Steuerkolbens (9) mit dem Druck am zweiten, den Auslaß bildenden Anschluß (3) erfolgt und daß die an der druckbeaufschlagbaren Stirnfläche mündende Fluidleitung (25,26) einen radialen Innenbohrungsabschnitt (25) und einen axialen Innenbohrungsabschnitt (26), in dem das Bauteil (30,3O¹) angeordnet ist, aufweist.
6. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauteil (30,30') eine über eine Stirnfläche verlaufende Ausnehmung aufweist.
7« Regelventil nach einem oder mehreren dor vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauteil (30) ein Gewindestift ist.
8. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der an der druckbeaufschlagbaren Stirnfläche angeordnete Fluidraum (27) im Gehäuse (1) durch eine Verschlußschraube (14) abgeschlossen ist.
9. Regelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschlußschraube (14) ein dem Bauteil (30) zugewandtes Ein-

-j satzstück (31) aus einem Material höherer Festigkeit aufweist.
10. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß koaxial im Gehäuse (1) hintereinanderliegend angeordnet sind der Fluidraum (27), die Bohrung (8) für den Steuerkolben (9) mit einer ringförmigen Erweiterung (10) in ihrem mittleren Abschnitt, in die der ■ erste Anschluß (2) mündet und in deren unteren Abschnitt (11) der zweite Anschluß (3) mündet, und eine Aufnahmebohrung (6) für die Vorspanneinrichtung (23),

und daß der Steuerkolben (9) zwei durch jeweils einen Bund gleichen Durchmessers von den Stirnflächen und voneinander getrennte Ausnehmungen (15,16) kleineren, gleichen Duchmes-sers aufweist, die in der Schließstellung dem Eingangsanschluß (2) bzw. dem Ausgangsanschluß (3) zugeordnet sind, und daß der radiale Innenbohrungsabschnitt (25) an der dem Ausgangsanschluß (3) zugeordneten Ausnehmung (16) endet.

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11. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspanneinrichtung (23) mit ihrer dem
Steuerkolben (9) abgewandten Seite an einem Abstützelement (24) anliegt, dessen axiale Lage im Gehäuse
(1) einstellbar ist.
12. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß nach Erreichen der Schließstellung der Ausgangsanschluß durch weiteres Verschieben des Steuerkolbens mit einem drucklosen Rücklauf für das Fluid
verbindbar ist.
13. Regelventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauteil (30') mit Preßpassung in dem Abschnitt der Fluidleitung (26) angeordnet ist.