Titel

Druckbegrenzungsventil Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil mit einem Ventilkolben, der in einem Führungsbereich eines Ventilgehäusekörpers geführt ist.

Stand der Technik Ein Druckbegrenzungsventil dient in einem Hydrauliksystem zum Beispiel dazu, einen Systemdruck einzustellen und aufrecht zu erhalten.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckbegrenzungsventil mit einem

Ventilkolben, der in einem Führungsbereich eines Ventilgehäusekörpers geführt ist, insbesondere im Hinblick auf seine Funktionalität, zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einem Druckbegrenzungsventil mit einem Ventilkolben, der in einem Führungsbereich eines Ventilgehäusekörpers geführt ist, dadurch gelöst, dass das Druckbegrenzungsventil in dem Führungsbereich eine fluidische Widerstandsgeometrie aufweist. Die fluidische Widerstandsgeometrie stellt in dem Führungsbereich des Druckbegrenzungsventils vorzugsweise eine Drossel dar. Durch die fluidische Widerstandsgeometrie, insbesondere die Drossel, kann ein unerwünschter Differenzvolumenstrom in dem Führungsbereich,

insbesondere in einem Führungspalt, zwischen dem Ventilkolben und dem Ventilgehäusekörper vermindert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Widerstandsgeometrie in dem Führungsbereich zwischen Niederdruckdurchgangslöchern in dem

Ventilgehäusekörper angeordnet ist. Dadurch kann ein unterer Teil des

Führungsbereichs zwischen den Niederdruckdurchgangslöchern im Hinblick auf ein Druckfeld im Betrieb des Druckbegrenzungsventils homogenisiert werden. Dadurch wird die Anbindung an den Niederdruck verbessert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Widerstandsgeometrie Endbereiche der Niederdruckdurchgangslöcher miteinander verbindet. Die fluidische

Widerstandsgeometrie erstreckt sich in einer axialen Richtung vorteilhaft nicht über die gesamte Ausdehnung beziehungsweise die gesamte Abmessung oder Länge der Niederdruckdurchgangslöcher. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse des Druckbegrenzungsventils. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu der Längsachse. Lochachsen oder Bohrungsachsen der

Niederdruckdurchgangslöcher erstrecken sich vorzugsweise in radialen

Richtungen. Radial bedeutet quer zur Längsachse.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche der

Niederdruckdurchgangslöcher mit der fluidischen Widerstandsgeometrie einer

Ventilsitzgeometrie des Ventilgehäusekörpers abgewandt sind. Die

Niederdruckdurchgangslöcher haben vorzugsweise kreisförmige Querschnitte. Die Endbereiche der Niederdruckdurchgangslöcher haben, im Querschnitt betrachtet, die Gestalt von Kreissegmenten. Diese Kreissegmente sind durch die fluidische Widerstandsgeometrie fluidisch miteinander verbunden. Dabei stellen die Zwischenstücke des Ventilgehäusekörpers zwischen den

Niederdruckdurchgangslöchern fluidische Verbindungen dar. Die

Niederdruckdurchgangslöcher sind zum Beispiel als Bohrungen ausgeführt, die mit einem Niederdruckbereich verbunden sind. Daher können die

Niederdruckdurchgangslöcher auch als Ausgangsbohrungen bezeichnet werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der durch eine Ventilfeder vorgespannte

Ventilkolben eine Dichtgeometrie aufweist, die zur Darstellung eines Ventilsitzes dichtend an der Ventilsitzgeometrie des Ventilgehäusekörpers zur Anlage kommt. Wenn der Ventilkolben mit seiner Dichtgeometrie an der

Ventilsitzgeometrie des Ventilgehäusekörpers anliegt, ist eine Verbindung zwischen einem Hochdruck oder Systemdruck und dem Niederdruckbereich oder Niederdruck unterbrochen. Wenn der Ventilkolben mit seiner Dichtgeometrie von der Ventilsitzgeometrie des Ventilgehäusekörpers abhebt, dann wird die

Verbindung zwischen dem Systemdruck oder Hochdruck und dem

Niederdruckbereich oder Niederdruck freigegeben.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckdurchgangslöcher einen

Bohrstern darstellen. Um ein ungehindertes oder nahezu ungehindertes

Abströmen von Fluid in den Niederdruck zu ermöglichen, sind vorzugsweise mehrere, zum Beispiel sechs, Niederdruckdurchgangslöcher gleichmäßig auf einem Umfang des Ventilgehäusekörpers verteilt angeordnet. Die sich in radialen Richtungen erstreckenden Niederdruckdurchgangslöcher sind dann, im

Querschnitt betrachtet, sternförmig angeordnet, wobei die Längsachse des Druckbegrenzungsventils durch den Mittelpunkt des Bohrsterns verläuft.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Widerstandsgeometrie eine Ringnut in dem Ventilgehäusekörper umfasst. Durch die Ringnut werden die der

Ventilsitzgeometrie des Ventilgehäusekörpers abgewandten Endbereiche der Niederdruckdurchgangslöcher in Umfangsrichtung fluidisch miteinander verbunden. Die Ringnut kann auf einfache Art und Weise auf einer Höhe des Bohrsterns in den Ventilgehäusekörper eingebracht werden. Die Ringnut erstreckt sich vorteilhaft über dreihundertsechzig Grad des kompletten

Führungsbereichs, insbesondere Führungsspalts, zwischen dem Ventilkolben und dem Ventilgehäusekörper. Dadurch kann ein im Betrieb des

Druckbegrenzungsventils sich ergebendes Druckfeld vorteilhaft homogenisiert werden. Darüber hinaus kann durch die Anbindung der umlaufenden Ringnut, die verkürzt auch als Nut bezeichnet wird, an die Niederdruckdurchgangslöcher ein im Betrieb des Druckbegrenzungsventils auftretender Volumenstrom durch den Führungsbereich, insbesondere Führungsspalt, in einen Federraum oder Ventilfederraum reduziert werden, in welchem die Ventilfeder angeordnet ist. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut benachbart zu Drosselöffnungen in den Niederdruckdurchgangslöchern angeordnet ist. Dadurch wird die vorab beschriebene Homogenisierungswirkung weiter verbessert. Eine Oberkante der Ringnut ist vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zu einer Oberkante der

Niederdruckdurchgangslöcher angeordnet. Die Oberkante der Ringnut kann auch mit den Oberkanten der Niederdruckdurchgangslöcher zusammenfallen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselöffnungen zu Drosselverbindungen gehören, welche die Niederdruckdurchgangslöcher mit einem Ventilfederraum verbinden. Der Ventilfederraum dient zur Aufnahme der Ventilfeder, die vorteilhaft als Druckfeder ausgeführt ist. Bei einer Hin- und Herbewegung des Ventilkolbens wird Fluid in dem Ventilfederraum verdrängt. Die

Drosselverbindungen ermöglichen einen gedämpften Druckausgleich zwischen dem Ventilfederraum und den Niederdruckdurchgangslöchern. Dabei wird insbesondere ein unerwünschter Druckanstieg in dem Ventilfederraum verhindert.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Ventilgehäusekörper für ein vorab beschriebenes Druckbegrenzungsventil. Der Ventilgehäusekörper ist separat handelbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 ein Druckbegrenzungsventil im Längsschnitt;

Figur 2 ein Ende des Druckbegrenzungsventils mit einem Ventilsitz im Halbschnitt; Figur 3 einen Schnitt durch einen Bohrstern in einem Ventilgehäusekörper des Druckbegrenzungsventils und

Figur 4 den Ventilgehäusekörper aus Figur 3 im Längsschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Druckbegrenzungsventil 1 mit einem Ventilkolben 3 im

Längsschnitt dargestellt. Der Ventilkolben 3 ist in Richtung einer Längsachse 4 in einem Ventilgehäuse 5 hin und her bewegbar. Durch eine Druckfeder oder Ventilfeder 6 ist der Ventilkolben 3 in dem Ventilgehäuse 5 in Figur 1 nach unten vorgespannt.

Das Ventilgehäuse 5 umfasst einen Ventilgehäusekörper 8 und einen

Ventilgehäusekörper 9. Der Ventilkolben 3 weist an seinem in Figur 1 unteren Ende einen Druckzapfen 10 auf. Mit dem Druckzapfen 10 ragt der Ventilkolben 3 in ein zentrales Durchgangsloch 12, das in dem Ventilgehäusekörper 9 vorgesehen ist. An einem in Figur 1 oberen Ende des Durchgangslochs 12 ist ein Ventilsitz 11 vorgesehen.

Der Ventilsitz 11 ist in Figur 1 geschlossen. Bei geschlossenem Ventilsitz 11 liegt eine an dem in Figur 1 unteren Ende des Ventilkolbens 3 ausgebildete

Dichtfläche an einer Dichtkante oder Dichtfläche an, die am oberen Ende des Durchgangslochs 12 an dem Ventilgehäusekörper 9 vorgesehen ist.

Bei geschlossenem Ventilsitz ist eine Verbindung zwischen dem Durchgangsloch 12 und einem Innenraum 14 des Ventilgehäuses 5 unterbrochen. Wenn der Ventilkolben 3 mit seiner Dichtfläche von der Dichtkante oder Dichtfläche des Ventilgehäusekörpers 9 abhebt, dann spricht man von einem geöffneten

Ventilsitz 11. Bei geöffnetem Ventilsitz 11 wird die Verbindung zwischen dem Durchgangsloch 12 und dem Innenraum 14 des Ventilgehäuses 5 freigegeben.

Der Innenraum 14 steht mit Ausgangsbohrungen 15, 16 in Verbindung, die in dem Ventilgehäusekörper 9 vorgesehen sind. Radial außerhalb des

Druckzapfens 10 ist an dem in Figur 1 unteren Ende des Ventilkolbens 3 eine schräge Prallfläche 18 ausgebildet. Die Prallfläche 18 ist als Ringfläche ausgeführt, die sich von dem Druckzapfen 10 radial nach außen erstreckt und in Figur 1 leicht schräg nach unten abgewinkelt ist. Das Druckbegrenzungsventil 1 hat zum Beispiel die Aufgabe, einen Systemdruck in einem Hydrauliksystem auf einer Druckseite des Druckbegrenzungsventils 1 auf eine bestimmte Weise zu beeinflussen. Diese Beeinflussung erfolgt ausschließlich durch Änderung von Drosselquerschnitten an Steuerkanten des Druckbegrenzungsventils 1. Ein vorgegebener Wert für einen Öffnungsdruck beschreibt einen Zustand, bei dem das Druckbegrenzungsventil 1 öffnet und einen überflüssigen Volumenstrom vor dem Druckbegrenzungsventil 1 durch einen Differenzvolumenstrom von der Hochdruckseite in einen

Niederdruckbereich leitet.

Das Druckbegrenzungsventil 1 mit dem Ventilsitz 11 ist zum Beispiel als schwebend geöffnetes Proportionalventil ausgeführt, das zur Begrenzung und/oder Einregelung eines bestimmten Flüssigkeitsdrucks verwendet wird. Bei der verwendeten Flüssigkeit handelt es sich zum Beispiel um Öl oder Kraftstoff. Das Druckbegrenzungsventil 1 wird hochdruckseitig an hydraulische Systeme angebunden, um anliegende Bauteile vor Überdruck zu schützen. Eine

Besonderheit des Druckbegrenzungsventils 1 liegt zum Beispiel in einer durchflussunabhängigen Konstantdruckauslegung, die durch eine spezielle Ventilgeometrie in Kombination mit der Druckfeder 6 erzielt wird.

Ein Kräftegleichgewicht am Ventilkolben 3 ist immer dann gegeben, wenn die über einen Ventilhub größer werdende Federkraft, welche schließend wirkt, durch eine über den Ventilhub ebenfalls ansteigende hydraulische Kraft, welche öffnend wirkt, kompensiert wird. Diese Kompensation der Federkraft der Druckfeder 6 ist jedoch so auszulegen, dass sich im System ein Gleichdruck einstellt, welcher unabhängig vom abzusteuernden Volumenstrom ist. Die sich einstellende hydraulische Kraft setzt sich dabei zum einen zusammen aus einem statischen Druck, der auf den Druckzapfen 10 des Ventilkolbens 3 wirkt, und zum anderen aus einer dynamischen Kraftkomponente, welche zustande kommt durch einen Impulsübertrag der austretenden Strömung auf die Prallfläche 18 des Ventilkolbens 3. Der Ventilkolben 3 ist in einem Führungsbereich 19 in dem Ventilgehäusekörper 9 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführt. Die als Druckfeder, insbesondere Schraubendruckfeder, ausgeführte Ventilfeder 6 ist in einem Ventilfederraum 20 angeordnet, der verkürzt auch als Federraum bezeichnet wird. Die Ventilfeder 6 ist in dem Ventilfederraum 20 zwischen einer nicht näher bezeichneten Einstellscheibe und dem Ventilkolben 3 eingespannt. Durch eine entsprechende Vorspannung der Ventilfeder 6 ist der Ventilkolben 3 in seine in Figur 1 dargestellte Schließstellung vorgespannt.

Der Ventilfederraum 20 steht über eine Drosselverbindung 21 mit der

Ausgangsbohrung 16 in Verbindung, die, ebenso wie die Ausgangsbohrung 16, auch als Niederdruckdurchgangsloch bezeichnet wird. Die Drosselverbindung 21 geht von einer dem Ventilgehäusekörper 8 zugewandten Stirnfläche des Ventilgehäusekörpers 9 aus und mündet durch eine Drosselöffnung 22 in die Ausgangsbohrung 16.

Über die Drosselverbindung 21 kann ein Druckausgleich zwischen dem

Ventilfederraum 20 und den Niederdruckdurchgangslöchern oder

Ausgangsbohrungen 15, 16 durchgeführt werden. Zu diesem Zweck können mehrere Drosselverbindungen vorgesehen werden. Über die Gestalt und die Anzahl der Drosselverbindungen kann eine Ventilkolbenbewegung gedämpft werden.

In Figur 2 ist ein unteres Ende des Druckbegrenzungsventils, wie es in Figur 1 dargestellt ist, im Halbschnitt dargestellt. Das Druckbegrenzungsventil umfasst einen Ventilkolben 23, der in Richtung einer Längsachse 24 in einem

Ventilgehäuse 25 hin und her bewegbar ist. Von dem Ventilgehäuse 25 sieht man in dem in Figur 2 dargestellten Halbschnitt nur einen Ventilgehäusekörper 29.

An dem in Figur 2 unteren Ende des Ventilkolbens 23 ist ein Druckzapfen 30 ausgebildet, der in ein zentrales Durchgangsloch 32 in den Ventilgehäusekörper 29 hineinragt. An dem in Figur 2 oberen Ende des Durchgangslochs 32 ist ein Ventilsitz 31 des Druckbegrenzungsventils 1 ausgebildet. Bei geschlossenem Ventilsitz 31 ist eine Verbindung zwischen dem Durchgangsloch 32 und einem Innenraum 34 des Druckbegrenzungsventils unterbrochen.

Der Innenraum 34 steht mit einer Ausgangsbohrung 36 in Verbindung. An dem Ventilkolben 23 ist im Bereich der Ausgangsbohrung 36 eine Prallfläche 38 ausgebildet. Die Prallfläche 38 ist als Ringfläche ausgeführt und verläuft, bezogen auf die Längsachse 23, im Wesentlichen in einer radialen Richtung schräg nach unten.

Der Ventilkolben 3 weist an dem Druckzapfen 10 eine Dichtfläche 41 auf, die zusammen mit einer Dichtfläche 42 an dem Ventilgehäusekörper 29 den

Ventilsitz 31 darstellt. Wenn die Dichtfläche 41 an der Dichtfläche 42 anliegt, dann ist der Ventilsitz 31 geschlossen. Wenn die Dichtfläche 41 von der

Dichtfläche 42 abhebt, dann spricht man von einem Öffnen des Ventilsitzes 31.

Ein nur angedeuteter Federraum 40 entspricht dem Ventilfederraum oder Federraum 20 in Figur 1. Es ist davon auszugehen, dass das Druckniveau des Federraums 40 sowie das Druckniveau unterhalb des Ventilkolbens 23, also in dem Innenraum 34, annähernd gleich sind und durch den beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils ansteigenden Volumenstrom nicht beeinträchtigt werden, da sonst das Kräftegleichgewicht des Ventilkolbens 23 unerwünscht stark beeinträchtigt werden könnte. Ein geringer Druckanstieg in dem Federraum 40 oder dem Innenraum 34 hat durch den relativ großen Flächeninhalt, im Verhältnis zum Öffnungsquerschnitt mit der Prallfläche 38 betrachtet, eine starke Auswirkung auf den Ventilkolben 23.

Die Realisierung einer Dämpfung des Ventilkolbens 23 wird über eine

Federraumdämpfung realisiert. Zur Darstellung der Federraumdämpfung ist der Federraum, wie man in Figur 1 sieht, durch die Drosselverbindung 21 im

Ventilgehäusekörper 9 an den Niederdruckbereich oder Niederdruckkreis angebunden. Durch die Verdrängung von Volumen in dem Federraum 20; 40 und einen dadurch entstehenden Differenzvolumenstrom durch die

Drosselverbindung 21 wird die Bewegung des Ventilkolbens 3; 23 gedämpft. In den Figuren 3 und 4 ist ein Ventilgehäusekörper 49 mit einem Ventilsitz 51 im Querschnitt und im Längsschnitt dargestellt. Der Ventilsitz 51 umfasst ein zentrales Durchgangsloch 52 in dem Ventilgehäusekörper 49.

In dem in Figur 3 dargestellten Querschnitt sieht man, dass insgesamt sechs Niederdruckdurchgangslöcher 54 bis 59 sternförmig in einem Bohrstern 63 angeordnet sind. Die Niederdruckdurchgangslöcher 54 bis 59 sind über einen Umfang des Ventilgehäusekörpers 49 gleichmäßig verteilt. Dabei erstrecken sich die Niederdruckdurchgangslöcher 54 bis 59 in Richtung von Radialen, die von der Längsachse des Ventilgehäusekörpers 49 ausgehen.

Im Betrieb des Druckbegrenzungsventils fließt oder strömt ein Volumenstrom durch das zentrale Durchgangsloch 52 des Ventilsitzes 51 nach außen zu den Niederdruckdurchgangslöchern 54 bis 59, die vorzugsweise als Bohrungen ausgeführt sind. Dabei wird der Volumenstrom durch die Anordnung oder Aufteilung des Bohrsterns 63, in welchem die sechs Bohrungen 54 bis 59 in einem Abstand von jeweils sechzig Grad zueinander angeordnet sind, begrenzt. Die Aufteilung des Bohrsterns 63 führt dazu, dass der Volumenstrom nicht im vollen Umfang von dreihundertsechzig Grad abfließen kann.

Das kann in dem Bereich unterhalb des Ventilkolbens, also in dem Innenraum 34 in Figur 2, zu einem Druckanstieg führen, da der Bohrstern 63 mit den

Bohrungen 54 bis 56 eine Drosselstelle darstellt. Weiterhin ist die

Druckverteilung am Führungsspalt zwischen dem Ventilgehäusekörper 49 und dem Ventilkolben stark unterschiedlich, da sich ein Staudruck in

Zwischenstücken oder Bereichen 60 ohne Bohrung einstellt. Eine Erhöhung des Druckniveaus unterhalb des Ventilkolbens führt zu einem Differenzvolumenstrom zum Federraum über die Drossel im Führungspalt zwischen Ventilkolben und Ventilgehäuse.

Durch die Entkopplung von Federraumdruck und Niederdruck durch die

Drosselverbindung (21 in Figur 1) wird der Federraumdruck (durch die

Drosselreihenschaltung) erhöht und eine schließende Kraft auf den Ventilkolben verstärkt. Das kann dazu führen, dass eine Kennlinie des Druckbegrenzungsventils, insbesondere bei hohen Volumenströmen, stark ansteigt. Dieser Effekt ist unerwünscht.

In dem in Figur 4 dargestellten Längsschnitt durch den Ventilgehäusekörper 49 sieht man, dass in einem Führungsbereich 69 für den Ventilkolben (in Figur 4 nicht dargestellt) zusätzlich zu einer Drosselverbindung 71 mit einer

Drosselöffnung 72 eine fluidische Widerstandsgeometrie 75 in dem Ventilkörper 49 vorgesehen ist.

Die fluidische Widerstandsgeometrie 75 umfasst eine Ringnut 76, die

Endbereiche 77, 78 der Bohrungen oder Niederdruckdurchgangslöcher 54 und 55 miteinander verbindet. Die Ringnut 76 ist auf Höhe des Bohrsterns (63 in Figur 3) in das Ventilgehäuse 49 eingebracht ist. Die Ringnut 76 erstreckt sich über dreihundertsechzig Grad des Führungsbereichs 69, insbesondere des kompletten Führungsspalts zwischen dem Ventilkolben und dem

Ventilgehäusekörper 49.

Dadurch kann das im Betrieb des Druckbegrenzungsventils auftretende

Druckfeld vorteilhaft homogenisiert werden. Weiterhin wird durch die Anbindung der umlaufenden Nut oder Ringnut 76 an die Niederdruckbohrungen 54 bis 59 der Volumenstrom im Betrieb des Druckbegrenzungsventils durch den

Führungsspalt in dem Federraum (20 beziehungsweise 40 in den Figuren 1 beziehungsweise 2) reduziert.