DE3840865C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Druckminderventil mit einem Gehäuse, das eine Gehäusebohrung aufweist, in die ein Zufluß- und ein Abflußkanal münden, mit einem eine axial verlaufende Durchgangsbohrung aufweisenden Ventilschieberelement, das an seinem Umfang mindestens eine Steueröffnung aufweist und in einer axialen Richtung von einer Feder belastet wird, wobei das von der Feder belastete Ende des Ventilschieberelements als Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den ein axial bewegliches Sitzventilverschlußelement durch die Feder gepreßt wird, und mit einem Rückführkanal, der auf der Seite des Ventilschieberelements, auf der die Feder angeordnet ist, in die Gehäusebohrung mündet.

Druckminderventile werden eingesetzt, um den von einer Pumpe gelieferten Pumpendruck auf ein für druckgesteuerte oder -betätigte Arbeitselemente geeignetes Maß herabzusetzen. Dabei soll der verminderte Druck unabhängig vom höheren Pumpendruck auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten werden.

Druckminderventile können sich jedoch in der Gehäusebohrung verklemmen, wenn durch das Hydraulikfluid Schmutzpartikel, z. B. Sandkörner, zwischen das Gehäuse und das Ventilschieberelement eingeschwemmt werden. Wenn sich das Ventilschieberelement in der geöffneten Stellung verklemmt, gelangt der unverminderte Pumpendruck auf die nachgeschalteten Bauelemente, wodurch diese beschädigt werden können.

Es ist deswegen bekannt (FR 23 41 891) ein Druckbegrenzungsventil in das Druckminderventil zu integrieren, so daß Druckminderventil und Druckbegrenzungsventil eine bauliche Einheit bilden. Wenn bei einem solchen Druckminderventil alle Verbraucher auf der Seite des verminderten Drucks abgeschaltet sind und die Pumpe trotzdem weiter fördert, kann es passieren, daß ein Leckölstrom durch den zwischen der Gehäusebohrung und dem Ventilschieberelement gebildeten Spalt von der Pumpendruckseite auf die Seite des reduzierten Drucks fließt. Dieses Lecköl erhöht den Druck auf der Seite verminderten Drucks und schiebt beim bekannten Druckminderventil den Ventilschieber so weit gegen die Kraft der Feder, daß ein im Ventilschieberelement gebildeter Drosselkanal eine Verbindung zwischen Abflußkanal und Rückflußkanal herstellt und einen Leckölablaufpfad bildet. Dieser Leckölablaufpfad ist nur in der Schließstellung des Ventilschieberelements geöffnet. Das Lecköl kann also über diesen Pfad zum Tank abfließen, ohne auf der Seite verminderten Drucks eine Druckerhöhung zu bewirken. Nachteilig ist dabei, daß die Positionierung der den Leckölpfad bildende Drosselbohrung sehr genau auf die Abmessungen des Gehäuses abgestimmt sein müssen. Die Drosselbohrung darf erst in den mit dem Rückführkanal in Verbindung stehenden Raum münden, wenn das Ventilschieberelement geschlossen ist. Es ist daher eine relativ präzise Fertigung notwendig. Es ist deswegen auch nicht immer ohne weiteres möglich, Ventilschieberelemente von verschiedenen Druckminderventilen gegeneinander auszutauschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Lösung für den Leckölablaufpfad in einem Druckminderventil anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen Druckminderventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Sitzventilverschlußelement eine die Durchgangsbohrung des Ventilschieberelements verlängernde Bohrung aufweist und ein Drosselkanal in der Wand dieser Bohrung angeordnet ist.

Dadurch ergibt sich eine sehr einfache Konstruktion. Das Sitzventilverschlußelement läßt sich einfach bearbeiten, da zur Herstellung des Leckölablaufpfades lediglich zwei zusätzliche Bohrungen, nämlich einmal die Axialbohrung und zum andern die Drosselkanalbohrung, eingebracht werden müssen.

Mit Vorteil hat das Ende des Sitzventilverschlußelements, das gegen den Ventilsitz des Ventilschieberelements anliegt, die Form einer Kugelkalotte. Diese Kugelkalotte ist selbstzentrierend, so daß das Sitzventilverschlußelement nach jeder Betätigung des Druckbegrenzungsventils wieder sicher zur dichtenden Anlage an das Ventilschieberelement kommt. Andere selbstzentrierende Ausführungsformen, wie die Form eines Kegelstumpfs oder ähnliches, sind ebenfalls denkbar.

Bevorzugterweise weist das Sitzventilverschlußelement einen Schaft auf, der die Feder führt. Dadurch wird das Sitzventilverschlußelement noch besser gegen Verkanten und damit gegen Verklemmen in der Gehäusebohrung geschützt.

In einer weiteren Ausführungsform weisen das Ventilschieberelement und/oder die Gehäusebohrung im Bereich der Steueröffnung bzw. des Zuflußkanals eine Ringnut auf. Diese Maßnahme verbessert den Strömungsquerschnitt, so daß die Strömung durch das Druckminderventil in geöffneter Stellung nur ganz unwesentlich beeinflußt wird. Der Pumpendruck muß daher auch nur geringfügig höher sein als der verminderte Druck.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die vom reduzierten Druck beaufschlagte Querschnittsfläche des Sitzventilverschlußelements etwa 50% bis etwa 95% der gesamten Durchmesserfläche des Ventilschieberelements. Durch die Wahl der Flächen läßt sich eine Einstellung der Verhältnisse zwischen dem verminderten Druck und dem maximalen Druck erzielen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Druckminderventil nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 1, das eine Gehäusebohrung 2 aufweist. Das Gehäuse 1 kann in nicht dargestellter Weise an jeder beliebigen Stelle geteilt sein, um die Gehäusebohrung 2 einzubringen. In der Gehäusebohrung 2 ist ein Ventilschieberelement 3 in axialer Richtung beweglich gelagert. Die Bewegung ist in einer Richtung, im dargestellten Fall nach links, durch einen Vorsprung 17 begrenzt, an dem das Ventilschieberelement mit einem Teil seiner Stirnfläche anliegt. Das Ventilschieberelement 3 wird von einer Feder 11, die über ein Sitzventilverschlußelement 12 auf das Ventilschieberelement wirkt und am Boden 27 der Gehäusebohrung 2 abgestützt ist, gegen den Vorsprung 17 gedrückt.

In die Gehäusebohrung 2 münden drei Kanäle, nämlich einmal ein Zulaufkanal 5, der von einer Pumpe 7 gefördertes Hydrauliköl, das unter dem Pumpendruck P _P steht, in die Gehäusebohrung 2 führt, ein Ablaufkanal 4, der Hydrauliköl mit vermindertem Druck P _red zu Verbrauchern weiterleitet, und ein Rückführkanal 6, der das Hydrauliköl zu einem Tank 8 zurückführt. Das Hydrauliköl in dem Rückführkanal 6 steht unter dem Druck P _T . An der Stelle, wo der Zuführkanal 5 in die Gehäusebohrung 2 mündet, ist in der Gehäusebohrung 2 eine Ringnut 18 vorgesehen. Der Ablaufkanal 4 mündet in einen Abschnitt der Gehäusebohrung 2, der zwischen dem Vorsprung 17 und der Gehäusebohrungstirnseite gebildet ist.

Die Gehäusebohrung 2 besitzt eine als Ringnut 18 ausgelegte Steueröffnung am Ende des Kanals 5. Das Ventilschieberelement 3 weist eine Steueröffnung 10 auf, die innen als Drossel mit einem Durchmesser D und außen als Ringnut 19 ausgebildet ist. Das Ventilschieberelement 3 weist eine durchgehende Axialbohrung 9 auf, in die die Steueröffnung 10 mündet.

An dem Ende, das nicht am Vorsprung 17 anliegt, weist das Ventilschieberelement 3 einen Ventilsitz 15 auf, gegen den sich das Sitzventilverschlußelement 12 mit einer Dichtungsfläche 16 anlegt. Da das Sitzventilverschlußelement 12 durch die Feder 11 gegen das Ventilschieberelement 3 gedrückt wird, besteht zwischen dem Ventilschieberelement 3 und dem Sitzverschlußventilelement 12 eine kraftschlüssige Verbindung. Die Feder 11 greift dabei an einer Schulter 20 des Sitzventilverschlußelements an und wird durch eine Verdickung 21 des Sitzventilverschlußelements 12 geführt. Im übrigen weist das Sitzventilverschlußelements 12 einen Schaft 22 auf, der sich auf seiner gesamten Länge innerhalb der Feder 11 befindet. Das Sitzventilverschlußelement hat einen geringeren Durchmesser als die Gehäusebohrung 2 und ist in dieser berührungsfrei geführt.

Das Sitzventilverschlußelements 12 weist eine axiale Bohrung 14 auf, die die axiale Durchgangsbohrung 9 des Ventilschieberelements 3 verlängert. In die Wand dieser Bohrung 14 ist eine Radialbohrung 13 angebracht, die einen Drosselkanal bildet.

Hyxdrauliköl fließt von der Pumpe 7 durch den Zulaufkanal 5, die Ringnuten 18, 19, die Drossel der Steueröffnung 10, die Axialbohrung 9 des Ventilschieberelements 3 und die Gehäusebohrung 2 in den Ablaufkanal 4. Wenn sich im Ablaufkanal 4 der Druck erhöht, wird das Ventilschieberelement 3 gegen die Kraft der Feder 11 nach rechts verschoben, wodurch sich der für das Hydrauliköl zur Verfügung stehende Fließquerschnitt durch die Steueröffnung 10 vermindert oder diese Steueröffnung verschlossen wird. Wenn das Ventilschieberelement 3 so weit nach rechts verschoben ist, daß die beiden Ringnuten 18, 19 keine Überdeckung mehr haben, kann kein Hydrauliköl mehr von dem Zuflußkanal 5 zum Abflußkanal 4 fließen. Der Druck im Abflußkanal 4 vermindert sich. Daraufhin wird das Ventilschieberelement 3 durch die Kraft der Feder 11 wieder nach links verschoben, um Hydrauliköl von der Zuflußleitung 5 zur Abflußleitung 4 fließen zu lassen.

Wenn Schmutzpartikel, wie z. B. Sand, durch das Hydrauliköl eingeschwemmt werden, kann es vorkommen, daß sich das Ventilschieberelement 3 in irgendeiner Stellung verklemmt. Wenn sich das Ventilschieberelement 3 in der geöffneten Stellung verklemmt, d. h. am Anschlag an dem Vorsprung 17, könnte unverminderter Druck P _P von der Pumpe 7 durch den Zuflußkanal 5 und die Steueröffnung 10 zum Abflußkanal 4 gelangen. Um dies zu verhindern, ist das Sitzventilverschlußelement 12 vorgesehen. Steigt der Druck in der Axialbohrung 9 des Ventilschieberelements 3 über ein vorbestimmtes Maß hinaus an, wird das Sitzventilverschlußelement 12 gegen die Kraft der Feder 11 nach rechts verschoben und läßt das Hydrauliköl durch den zwischen dem Ventilsitz 15 und der Dichtfläche 16 entstehenden Spalt und weiter durch den Rückführkanal 6 zum Tank 8 entweichen. Durch die Wahl des Verhältnisses zwischen der Durchmesserfläche des Ventilschieberelements 3 und der vom Druck beaufschlagten -läche des Sitzventilverschlußelements 12 läßt sich das Verhältnis zwischen dem maximal möglichen Druck im Abflußkanal 4 und dem gewünschten verminderten Druck P _red bestimmen. Dabei ergibt sich das Verhältnis zwischen maximalem Druck und reduziertem Druck P _red durch das Verhältnis zwischen der gesamten Durchmesserfläche des Ventilelements 3 und der vom Druck beaufschlagten Fläche des Sitzventilverschlußelements 12. Wenn sich diese beiden Flächen nur unwesentlich voneinander unterscheiden, z. B. wenn die wirksame Fläche des Sitzventilverschlußelements etwa 95% der Durchmesserfläche des Ventilschieberelements 3 beträgt, unterscheiden sich der maximale Druck vom verminderten Druck auch nur um etwa 5%. Wenn dagegen die wirksame Fläche des Sitzventilverschlußelements 12 wesentlich kleiner ist als die Durchmesserfläche des Ventilschieberelements 3, ist der maximale Druck wesentlich größer als der verminderte Druck P _red .

Die Steueröffnung 10 ist als Drossel ausgeführt. Somit kann selbst bei geöffnetem Spalt zwischen Ventilschieberelement 3 und Sitzventilverschlußelement 12 nur eine begrenzte Menge von Hydrauliköl von dem Zuflußkanal 5 zum Rückführkanal 6 gelangen. Damit wird verhindert, daß das durch das Ventilschieberelement 3 und Sitzventilverschlußelement 12 gebildete Druckbegrenzungsventil überlastet wird.

Auch in geschlossener Stellung des Ventilschieberelements 3, d. h. wenn das Ventilschieberelement 3 so weit nach rechts verschoben ist, daß kein Hydrauliköl mehr durch die Steueröffnung 10 in die Axialbohrung 9 gelangen kann, fließt eine geringe Menge von Hydrauliköl durch den zwischen der Gehäusebohrung 2 und dem Ventilschieberelement 3 gebildeten Spalt zum Abflußkanal 4. Diese geringe Menge Öl, die hier als Lecköl bezeichnet wird, würde bei gesperrten Verbrauchern zu einer unerwünschten Druckerhöhung im Abflußkanal 4 führen. Um diese Druckerhöhung zu verhindern, ist im Sitzventilverschlußelement ein Leckölablaufpfad vorgesehen, der durch die Axialbohrung 14 und die Radialbohrung 13 gebildet wird. Durch diesen Pfad kann das in die Axialbohrung 9 des Ventilschieberelements 3 gelangte Lecköl zum Tank abfließen. Um zu verhindern, daß auch im Normalbetrieb eine zu große Menge von Hydrauliköl zum Tank abfließt, ist die Radialbohrung 13 als Drosselkanal mit einem vorbestimmten Durchmesser d ausgebildet. Die Gesamtmenge des hierdurch abfließenden Hydrauliköls, d. h. der Dauerverlust durch diesen Drosselkanal 13 bestimmt sich nach der Formel

wobei

Q _v  der Verlust,
K der Blendenfaktor,
d der Durchmesser des Drosselkanals,
P _red  der verminderte Druck und
P _T  der Druck im Rückführkanal 6 ist.

Das Sitzventilverschlußelement 12 weist an dem Ende, an dem es an das Ventilschieberelement 3 angepreßt wird, die Form einer Kugelkalotte auf. Diese Form hat den Vorteil, daß sich das Sitzventilverschlußelement nach jeder Betätigung des Druckbegrenzungsventils wieder automatisch im Ventilsitz 15 des Ventilschieberelements 3 zentriert. Dadurch ist ein sicherer Verschluß dieses Druckbegrenzungsventils gewährleistet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Druckminderventils, die im wesentlichen der schematischen Darstellung nach Fig. 1 entspricht. Elemente, die denen der Fig. 1 entsprechen, sind mit um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen.

In das Gehäuse 201 ist eine Gehäusebohrung 202 eingebracht. In diese Gehäusebohrung 202 ist nacheinander die Feder 211, das Sitzventilverschlußelement 212 und das Ventilschieberelement 203 eingesetzt. Ein im wesentlichen zylindrisches Filterelement 228 ist in einer Axialbohrung eines Verschlußstücks 229 angeordnet, das mittels eines Gewindes 230 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 231 im Gehäuse 201 festgeschraubt ist und mit seiner Stirnfläche 232 einen Anschlag für das Ventilschieberelement 203 bildet.

Das Ventilschieberelement 203 weist wiederum im Bereich eine Steueröffnung 210 mit einer Ringnut 219 auf. Diese wirkt mit der Mündung des Zuflußkanals 205 zusammen. Hierbei ist die Winkellage, mit der das Ventilschieberelement 203 in die Gehäusebohrung 202 eingesetzt wird, unerheblich. In jedem Fall ist ein ausreichender Strömungsquerschnitt gegeben, um Hydraulikflüssigkeit durch den Zuflußkanal 205 in die Steueröffnung 210 fließen zu lassen.

Claims (5)

1. Hydraulisches Druckminderventil mit einem Gehäuse, das eine Gehäusebohrung aufweist, in die ein Zufluß- und ein Abflußkanal münden, mit einem eine axial verlaufende Durchgangsbohrung aufweisenden Ventilschieberelement, das an seinem Umfang mindestens eine Steueröffnung aufweist und in einer axialen Richtung vom verminderten Druck und in der anderen axialen Richtung von einer Feder belastet wird, wobei das von der Feder belastete Ende des Ventilschieberelements als Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den ein axial bewegliches Sitzventilverschlußelement durch die Feder gepreßt wird, und mit einem Rückführkanal, der auf der Seite des Ventilschieberelements, auf der die Feder angeordnet ist, in die Gehäusebohrung mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitz­ ventilverschlußelement (12, 212) eine die Durchgangsbohrung (9, 209) des Ventilschieberelements (3, 203) verlängernde Bohrung (14, 214) aufweist und ein Drosselkanal (13, 213) in der Wand dieser Bohrung (14, 214) angeordnet ist.

2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Sitzventilverschlußelements (12, 212), das gegen den Ventilsitz (15, 215) des Ventilschieberelements (3, 203) anliegt, die Form einer Kugelkalotte hat.

3. Druckminderventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzventilverschlußelement (12, 212) einen Schaft (22, 222) aufweist, der die Feder (11, 211) führt.

4. Druckminderventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschieberelement (3, 203) und/oder die Gehäusebohrung (2, 202) im Bereich der Steueröffnung (10, 210) bzw. des Zuflußkanals (5, 205) eine Ringnut (18, 19; 219) aufweisen.

5. Druckminderventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom reduzierten Druck beaufschlagte Querschnittsfläche des Sitzventilverschlußelements (12, 212) etwa 50% bis etwa 95% der gesamten Durchmesserfläche des Ventilschieberelements (3, 203) beträgt.