DE602004006564T2

DE602004006564T2 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE602004006564T2
Application number: DE200460006564
Authority: DE
Inventors: Edward J. Talaski
Original assignee: TI Group Automotive Systems LLC
Current assignee: TI Group Automotive Systems LLC
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-07-10
Also published as: US20050016599A1; JP5063856B2; JP2005042919A; DE602004006564D1; EP1500855A1; EP1500855B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Ventil und insbesondere ein Fluid-Drucksteuerventil.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hydraulikkreise enthalten aus verschiedenen Gründen, die den Schutz der Bestandteile und die Gewährleistung der Betriebssicherheit des Systems umfassen, Ventile wie Druckbegrenzungsventile. Beim Stand der Technik sind verschiedene Ventile bekannt, die verwendet werden, um den Druck von Fluiden zu regeln, die Flüssigkeiten und Gase umfassen. Ein Ventil verwendet eine Kugel oder Ventilkugel, die durch eine Feder oder einen anderen Mechanismus nachgiebig gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist, um das Ventil zu verschließen und den „Abreiß-" oder Anfangsöffnungsdruck und Entlastungsdruck zu steuern. Nachdem der Abreißdruck erreicht wurde, wird die Ventilkugel aus dem Ventilsitz herausgedrängt und Fluid strömt durch den Ventilsitz. Die Ventilkugel bewegt sich durch den Vorspannmechanismus zurück auf den Ventilsitz, wenn der Druck vermindert und der Entlastungsdruck erreicht wird.
Ventile, die eine Ventilbohrung von zylindrischer oder kegelstumpfförmiger Form aufweisen, können bei verschiedenen Durchflussmengen, umfassend insbesondere hohe Durchflussmengen, unerwünschte Änderungen des Betriebsdrucks aufweisen. Diese Ventile erfordern typischerweise einen übermäßig vergrößerten Fluiddruck zum Bewirken zunehmender Ventilöffnung und dies kann zum Beispiel eine Veränderung der Betriebsmerkmale im Verhältnis zur Fluid-Durchflussmenge verursachen.
Ein Drucksteuerventil wie im Oberbegriff von Anspruch 1 bestimmt, ist von WO 98/57082 A bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung und weitere Weiterbildungen und Abwandlungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen bestimmt.
Ein Drucksteuerventil weist eine sich nicht gleichförmig verjüngende Ventilbohrung auf, deren Durchmesser zunimmt, je weiter sie sich stromab erstreckt. Ein Grenzflächenwinkel, der zwischen einer Ventilkugel und der Ventilbohrung im Bereich des kleinsten Zwischenraums zwischen ihnen bestimmt ist, nimmt zu, wenn die Ventilkugel zunehmend von einem Ventilsitz der Ventilbohrung weg verschoben wird.
Bei zunehmendem Grenzflächenwinkel nimmt der effektive Oberflächenbereich der Ventilkugel, auf den Fluiddruck stromauf wirkt, zu, was eine zunehmende Kraft bereitsiellt, die vom Fluid von stromauf auf die Kugel wirkt. In dieser Hinsicht kann die Änderung des Grenzflächenwinkels und daher die Änderung des effektiven Oberflächenbereichs der Ventilkugel zum Beispiel hinsichtlich der Federkonstante einer Feder gesteuert werden, die die Kugel nachgiebig gegen den Ventilsitz vorspannt. In einer Form kann das Ventil als ein Druckbegrenzungsventil verwendet werden und der Grenzflächenwinkel und daher der effektive Oberflächenbereich der Ventilkugel können hergestellt werden, um die vergrößerte Federkraft auszugleichen, die auf die Ventilkugel wirkt, wenn sie zunehmend vom Ventilsitz weg verschoben wird. Daher kann über einen breiten Bereich von Fluid-Durchflussmengen eine verhältnismäßig flache oder gleich bleibende Druckkurve für das Begrenzungsventil erhalten werden. Selbstverständlich kann das Ventil in anderen Anwendungen verwendet werden, die sich von denjenigen des Druckbegrenzungsventils unterscheiden.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform weist die Ventilbohrung einen kegelstumpfförmigen Abschnitt, der den Ventilsitz bestimmt, und einen konkaven Abschnitt auf, der stromab des kegelstumpfförmigen Abschnitts liegt, wobei der konkave Abschnitt nichtlinear oder nicht gleichförmig und vorzugsweise sich bogenförmig verjüngend ist. In einer anderen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform weist die Ventilbohrung eine Mehrzahl von geradlinigen, sich linear verjüngenden Segmenten auf, die derart in variierenden Winkeln angeordnet sind, dass die Ventilbohrung entlang ihrer gesamten Axiallänge keine geradlinige oder gleich bleibende Verjüngung aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, den angefügten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden; es zeigen:
1 eine Endansicht eines Drucksteuerventils gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Querschnittansicht, allgemein entlang der Linie 2-2 von 1;
3 eine Querschnittansicht, allgemein entlang der Linie 3-3 von 1;
4 eine Teilansicht eines Schnitts einer anderen Ausführungsform eines Drucksteuerventils, die eine Ventilkugel in ihrer geschlossenen Stellung auf einem Ventilsitz veranschaulicht;
5 eine Teilansicht eines Schnitts wie in 4, die die Ventilkugel in einen ersten Abstand vom Ventilsitz verschoben veranschaulicht;
6 eine Teilansicht eines Schnitts wie in 4, die die Ventilkugel in einen zweiten Abstand vom Ventilsitz verschoben veranschaulicht;
7 eine Teilansicht eines Schnitts wie in 4, die die Ventilkugel in einem dritten Abstand vom Ventilsitz verschoben veranschaulicht;
8 eine Teilansicht eines Schnitts eines Drucksteuerventils, das gemäß einer anderen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist; und
9 einen Graph einer Druckkurve für ein beispielhaftes Drucksteuerventil.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter ausführlicherer Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulichen 1–3 ein Drucksteuerventil 10, das einen Ventilkörper 12 mit einer darin gebildeten Ventilbohrung 14 und einen Ventilkopf 16 aufweist, der in dieser Ausführungsform als eine kugelförmige Kugel gezeigt wird, die innerhalb der Ventilbohrung 14 angeordnet ist, um den Durchfluss von Fluid durch die Bohrung zu steuern. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wirkt das Drucksteuerventil 10 als ein Druckbegrenzungsventil. Die Ventilkugel 16 ist beispielsweise durch eine Feder 18 nachgiebig gegen einen Ventilsitzabschnitt 20 der Ventilbohrung 14 vorgespannt, die einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der Ventilkugel. Wenn die Ventilkugel 16 gegen den Ventilsitz 20 festsitzt, fließt kein Fluid durch die Ventilbohrung 14. Wenn der Druck des Fluids stromauf des Ventilsitzes 20 einen vorgegebenen maximalen Fluiddruck überschreitet, wird die Ventilkugel 16 durch die Kraft des Fluids gegen die Kraft der Feder 18 verschoben, wodurch ein Durchflussbereich oder ein Zwischenraum 22 (z.B. wie in 5–7 gezeigt) zwischen der Ventilkugel 16 und der Ventilbohrung 14 bereitgestellt wird, durch die/den Fluid strömen kann. Wenn der Druck des Fluids unter den vorgegebenen maximalen Fluiddruck abfällt, sitzt die Ventilkugel 16 wieder auf dem Ventilsitz 20 fest.
Der Betriebsdruck des Ventils 10 kann durch die Anfangsfederkraft und die Federkonstante der Feder 18 gesteuert werden, die die Ventilkugel 16 nachgiebig gegen den Ventilsitz 20 vorspannt. Die Anfangsfederkraft kann durch Variieren des Anfangsdrucks der Feder 18, wie durch Anpassen der Stellung eines Federsitzes 24, der vorzugsweise hinter der Feder 18 in die Ventilbohrung 14 gepresst wird, geändert werden. Der Federsitz 24 weist vorzugsweise eine Presspassung mit der Ventilbohrung 14 auf und umfasst eine Öffnung 26, durch die Fluid strömen kann.
In der vorliegend bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilsitz 20 in einem sich allgemein linear verjüngenden oder kegelstumpfförmigen Abschnitt 28 der Ventilbohrung 14 bestimmt. Dieser kegelstumpfförmige Abschnitt 28 erstreckt sich axial und radial nach außen während er sich stromab zu einem Übergangspunkt 30 am stromab gelegenen Ende des kegelstumpfförmigen Abschnitts erstreckt. Stromab des Übergangs 30 ist ein konkaver Abschnitt 32 in der Ventilbohrung 14 gebildet.
Der konkave Abschnitt 32 weist einen Durchmesser auf, der von seinem stromauf gelegenen Ende zu seinem stromab gelegenen Ende hin zunimmt. Der Durchmesser des konkaven Abschnitts 32 nimmt nicht linear zu wie im kegelstumpfförmigen Abschnitt 28. Die Ventilbohrung 14 im Bereich des konkaven Abschnitts 32 ist eher etwas gekrümmt oder bogenförmig. Folglich nimmt der Durchmesser des konkaven Abschnitts 32, während dieser sich stromab erstreckt, als Funktion der Krümmung der Ventilbohrung 14 in diesem Bereich zu. Der Mindestzwischenraum oder Durchflussbereich 22 zwischen dem Ventilkörper 12 und der Ventilkugel 16 variiert als Funktion der axialen Verschiebung der Ventilkugel 16 weg vom Ventilsitz 20. Der Mindestzwischenraum oder Durchflussbereich 22 wird durch den sich am nächsten zur Ventilkugel 16 befindlichen Abschnitt der Ventilbohrung 14 bestimmt, und dieser ändert sich, wenn die Ventilkugel im Verhältnis zum Ventilsitz 16 verschoben wird.
Wie in 4–7 gezeigt, die ein Ventil einer alternativen Ausführungsform veranschaulichen, die eine Ventilbohrung von einer Form aufweist, die sich leicht von derjenigen der 1–3 unterscheidet, ist ein Grenzflächenwinkel α zwischen einer Achse 34 der Ventilbohrung 14 und einer Grenzflächenlinie 36 bestimmt, die den kürzesten Abstand zwischen dem Ventilkopf und der Ventilbohrung 14 bestimmt. Mit anderen Worten verbindet die Grenzflächenlinie 36 den Punkt auf dem Ventilkopf und den Punkt auf der Ventilbohrung 14, die den Mindestzwischenraum zwischen dem Ventilkopf und der Ventilbohrung bestimmen. Mit einer kugelförmigen Ventilkugel 16 als Ventilkopf, schneidet die Grenzflächenlinie 36 die Mitte der Ventilkugel 16 und die sich am nächsten zur Ventilkugel 16 befindliche Fläche der Ventilbohrung 14. Wie in 5 gezeigt, verläuft die Grenzflächenlinie 36 zumindest mit einem gewölbten oder bogenförmigen konkaven Abschnitt 32 und einer kugelförmigen Ventilkugel 16 senkrecht zu einer Linie 38, die die Ventilbohrung an der sich für eine bestimmte axiale Stellung der Ventilkugel am nächsten zur Ventilkugel befindlichen Stellung der Ventilbohrung tangiert. Wie in 4–7 veranschaulicht, nimmt der Grenzflächenwinkel α zu, wenn die Ventilkugel 16 weiter vom Ventilsitz 20 weg verschoben wird. Dies ist auf die nicht gleichförmige Zunahme des Durchmessers des konkaven Abschnitts 32 der Ventilbohrung 14 zurückzuführen, je weiter sie sich stromab erstreckt.
Während des Betriebs ist der effektive Oberflächenbereich der Ventilkugel 16, auf den durch das Fluid stromauf des Ventilsitzes 20 gewirkt wird, proportional zum Grenzflächenwinkel α. Wenn der Grenzflächenwinkel α zunimmt, nimmt auch der effektive Oberflächenbereich der Kugel 16 zu, der dem Fluiddruck stromauf ausgesetzt ist. Für einen gegebenen Fluiddruck tendiert die vergrößerte effektive Oberfläche der Ventilkugel 16 dazu, die Kraft, die durch den Fluiddruck stromauf auf die Ventilkugel wirkt, zu vergrößern. Es ist auch ein Faktor vorhanden, der „Bernoulli-Effekt" genannt wird, der dazu neigt, die Druckkraft auf die Ventilkugel 16 aufgrund der Geschwindigkeit des Fluids im Durchfluss-Zwischenraum 22 zu vermindern. Der „Bernoulli-Effekt" kann durch Verringern des Mindestdurchfluss-Zwischenraums 22 an einer festen axialen Stellung der Kugel 16 vermindert werden. Diese Kraft, die durch den Fluiddruck stromauf erzeugt wird, wird durch die Kraft der Feder 18 ausgeglichen, die ebenfalls zunimmt, wenn die Ventilkugel 16 weiter vom Ventilsitz 20 weg verschoben wird, was einen vergrößerten Druck der Feder 18 bewirkt. Folglich kann das Drucksteuerventil 10 für das Ausgleichen der vergrößerten Federkraft ausgelegt werden, wenn die Feder 18 zunehmend zusammengedrückt wird, indem der effektive Oberflächenbereich der Kugel 16 vergrößert und/oder der Mindestdurchfluss-Zwischenraum 22 verkleinert wird, wenn die Kugel 16 weiter vom Ventilsitz 20 weg verschoben wird. Auf diese Weise kann das Ventil 10 konstruiert werden, um über einen großen Bereich von Fluid-Durchflussmengen eine gewünschte Druckkurve oder- reaktion bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Ventil 10 für das Aufweisen einer verhältnismäßig flachen Druckkurve über einen großen Bereich von Durchflussmengen bestimmt sein, wie in 9 gezeigt, während die Durchflussmenge von etwa 10 oder 20 Litern pro Stunde bis zu etwa 200 Litern pro Stunde variiert. Die Fluid-Durchflussmengen können sogar noch größer, in der Größenordnung von 250 Litern pro Stunde oder mehr sein. Selbstverständlich kann die Druckreaktion oder -kurve gesteuert werden, wie für eine gewünschte Anwendung oder Verwendung eines Drucksteuerventils gewünscht.
Eine Möglichkeit des Konstruierens eines Ventils 10 ist das Ermitteln des gewünschten Mindestabstands zwischen der Ventilkugel 16 und der Ventilbohrung 14 in verschiedenen Stellungen der axialen Verschiebung der Ventilkugel 16, um ihr wie gewünscht die Federkraft entgegenzusetzen, die auf die Kugel wirkt, die eine bekannte Funktion der Federkonstanten der Feder 18 ist. Mit anderen Worten kann für eine gegebene Verschiebung der Ventilkugel 16 die Federkraft, die auf die Kugel wirkt, leicht berechnet werden, und diese Kraft kann wie gewünscht mit einer gewünschten Nutzkraft in die entgegengesetzte Richtung ausgeglichen werden, die eine Funktion der Kraft des Fluids ist, das auf die Ventilkugel 16 wirkt. Da die Kraft des Fluids, das auf die Ventilkugel 16 wirkt, eine Funktion des stromauf wirkenden Drucks, der axialen Stellung, des Grenzflächenwinkels und des Mindestdurchfluss-Zwischenraums 22 ist, kann sie unter Verwendung numerischer Methoden zur Berechnung der Strömungsdynamik (Computational Fluid Dynamics – CFD) oder anderer numerischer Analysen berechnet werden. Die Analyse zeigt, dass die Kraft zunimmt, wenn der Mindestdurchfluss-Zwischenraum 22 verkleinert wird, und die Kraft abnimmt, wenn der Mindestdurchfluss-Zwischenraum 22 vergrößert wird. Auf diese Weise kann die Form oder Kontur des konkaven Abschnitts 32 mit verhältnismäßiger Präzision für eine gewünschte Druckeigenschaft oder Druckreaktion des Drucksteuerventils 10 iterativ ermittelt werden.
Wenn das Ventil geschlossen ist, mit anderen Worten, wenn die Ventilkugel 16 sich auf dem Ventilsitz 20 befindet, beträgt der Grenzflächenwinkel α vorzugsweise zwischen etwa 5° und etwa 85° und, noch mehr zu bevorzugen, zwischen 35° und 75°. Bei sehr kleinen Grenzflächenwinkeln ist nur ein verhältnismäßig kleiner Oberflächenbereich der Ventilkugel 16 dem Fluiddruck stromauf ausgesetzt, was ihre Ansprechempfindlichkeit beeinträchtigen könnte. Andererseits können durch einen sehr großen anfänglichen Grenzflächenwinkel Probleme, wie Verschließen oder die Tendenz des Festsitzens der Ventilkugel 16 auf dem Ventilsitz 20 auftreten. Auch vermindert das Beginnen mit einem sehr großen Grenzflächenwinkel α die Vergrößerung des Grenzflächenwinkels α, die möglich ist, wenn die Ventilkugel 16 verschoben wird, da der maximale Grenzflächenwinkel mit einer kugelförmigen Kugel 90° beträgt, was genau mit dem Durchmesser der Kugel senkrecht zur Richtung des Fluiddurchflusses übereinstimmt. Mit anderen Worten, der Grenzflächenwinkel α von 90° bestimmt den maximalen effektiven Oberflächenbereich der Ventilkugel 16.
In der in 4–7 gezeigten Ausführungsform nimmt der Grenzflächenwinkel α von einem Nennwinkel von etwa 65°, wenn die Ventilkugel 16 auf dem Ventilsitz 20 geschlossen ist, auf etwa 68° in 5 zu, wo die Ventilkugel 16 von ihrer geschlossenen Stellung und weg vom Ventilsitz 20 verschoben gezeigt wird. In 6 wird die Ventilkugel 16 weiter vom Ventilsitz 20 weg verschoben als in 5 und der Grenzflächenwinkel α wird nominal bei etwa 74° gezeigt. Schließlich ist die Ventilkugel 16 in 7 noch weiter vom Ventilsitz 20 weg verschoben und der Grenzflächenwinkel α entspricht einem Nennwinkel von etwa 85°. Diese repräsentativen Winkel dienen lediglich der Veranschaulichung einer einzigen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform und sollen die Erfindung nicht einschränken.
Der kegelstumpfförmige Abschnitt 28 kann einen einheitlicheren Grenzflächenwinkel α bereitstellen, wenn die Ventilkugel 16 gegen den Ventilsitz 20 festsitzt und kann die Auswirkungen von Änderungen im Ventilkörper 12, wie diejenigen minimieren, die mit der Verwendung eines Ventilkörpers aus Kunststoff eintreten können, der in Flüssigbrennstoff eingetaucht ist, was dazu neigt, ein Anschwellen des Kunststoffs zu verursachen. Da der Grenzflächenwinkel α im kegelstumpfförmigen Abschnitt 28 mit einer sich linear verjüngenden Fläche konstant bleibt, wird eine Änderung des Ventilbohrungs-Durchmessers in diesem Bereich bewirken, dass die Ventilkugel 16 den kegelstumpfförmigen Abschnitt 28 an einer unterschiedlichen axialen Stellung angreift, aber sie wird nicht zu einer Änderung des Grenzflächenwinkels α führen. Daher führt eine solche Änderung nicht zur Änderung des effektiven Oberflächenbereichs der Ventilkugel 16, der der Wirkung durch den Fluiddruck stromauf unterliegt. Auf diese Weise wird der „Abreiß-" oder Anfangsöffnungsdruck des Ventils 10 nicht durch solche Änderungen im Gehäuse beeinträchtigt.
Falls dies gewünscht wird, kann die Ventilbohrung 14 ohne stumpfkegelförmigen Abschnitt 28 gebildet werden. Die gesamte Ventilbohrung 14 kann mit einer nichtlinearen oder nicht gleichförmigen Verjüngung hergestellt werden, wie mit Bezug auf den konkaven Abschnitt 32 der soeben beschriebenen Ausführungsform beschrieben. Die nicht gleichförmige Verjüngung stellt eine variierende Rate der Änderung des Durchmessers der Ventilbohrung 14 für gegebene Zunahmen des axialen Abstands bereit. Alternativ kann ein Ventilkörper 12', wie in 8 gezeigt, eine Ventilbohrung 14' mit einer Mehrzahl von sich linear verjüngenden Segmenten 40 aufweisen, die in unterschiedlichen Winkeln voneinander angeordnet sind. Während jedes einzelne Segment 40 eine geradlinige lineare Verjüngung aufweist, weist die Ventilbohrung 14 als Ganzes entlang ihrer gesamten Axiallänge keine geradlinige lineare Verjüngung auf. Wie auch in 8 gezeigt, kann die Grenzflächenlinie 36 allgemein senkrecht zum sich am nächsten zur Ventilkugel 16 befindlichen linearen Segment sein, und der Grenzflächenwinkel α ist zwischen der Achse 34 der Ventilbohrung 14' und der Grenzflächenlinie 36 bestimmt.
Selbstverständlich sind noch andere Abwandlungen, Variationen oder Anordnungen für den Durchschnittsfachmann offensichtlich. Die vorhergehende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung soll der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dienen. Verschiedene alternative Konstruktionen und Anordnungen wurden offenbart und, wie vorhergehend erwähnt, werden andere für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, wobei diese alle in den Umfang der Erfindung fallen, wie durch die anhängigen Ansprüchen bestimmt. Zum Beispiel wurde der Ventilkopf ohne Einschränkung als eine kugelförmige Ventilkugel gezeigt, aber der Ventilkopf könnte andere Formen oder Anordnungen annehmen, wie für eine Anwendung oder Verwendung des Ventils gewünscht.

Claims

Drucksteuerventil, mit: einem Ventilkörper (12) mit einer Ventilbohrung (14) mit einem Ventilsitz (20) und einer Längsachse (34), wobei die Ventilbohrung (14) mindestens eine am Umfang durchgehende Fläche (32, 40) mit einem Durchmesser aufweist, welcher von seinem stromauf gelegenen, am nächsten zu dem Ventilsitz (20) befindlichen Ende in Richtung zu seinem stromab gelegenen Ende zunimmt; einem Ventilkopf (16) mit einer Fläche und wenigstens zum Teil in Aufnahme in der Ventilbohrung (14), der nachgiebig in eine geschlossene Position gegen den Ventilsitz (20) vorgespannt und in offene, von dem Ventilsitz (20) beabstandete Stellungen bewegbar ist, um ein Fluid zwischen den Flächen durch die Ventilbohrung (14) hindurch strömen zu lassen; und dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der durchgehenden Fläche (32, 40) der Bohrung (14) von seinem stromauf gelegenen Ende in Richtung zu seinem stromab gelegenen Ende nichtlinear zunimmt und die Flächen der Bohrung (14) und des Ventilkopfes (16) derart konfiguriert sind, dass sie zumindest dann, wenn der Ventilkopf (16) von dem Ventilsitz (20) weg verschoben ist, einen Grenzflächenwinkel (α) zwischen der Langsachse (34) und einer Grenzflächenlinie (36) bilden, welche die Punkte an der Fläche des Ventilkopfes (16) schneidet, und die Bohrungsfläche (32, 40) den Mindestabstand zwischen diesen Flächen bildet, so dass der Grenzflächenwinkel (α) größer wird, wenn der Ventilkopf (16) zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird, um den Druck des zwischen diesen Flächen und stromab des Ventilkopfes (16) strömenden Fluids zu regulieren.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, das auch eine Feder (18) umfasst, welche den Ventilkopf (16) nachgiebig gegen den Ventilsitz (20) vorspannt, wobei die Feder (18) stromab des Ventilkopfes (16) derart angeordnet ist, dass eine zunehmende Verschiebung des Ventilkopfes von dem Ventilsitz weg zu einer zunehmenden Verschiebung der Feder führt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei die Ventilbohrung (14) einen konkaven Abschnitt (32) mit einem Durchmesser aufweist, der nichtlinear zunimmt, wenn sich der konkave Abschnitt stromab erstreckt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei der konkave Abschnitt (32) im Wesentlichen bogenförmig ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei die Ventilbohrung (14) wenigstens zum Teil von einer Mehrzahl von sich linear verjüngenden Segmenten (40) gebildet ist, die derart angeordnet sind, dass sich die Ventilbohrung (14) als Ganzes nicht entlang ihrer gesamten Axiallänge linear verjüngt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei der Ventilkopf eine kugelförmige Ventilkugel (16) mit einem Durchmesser ist, der größer als der Durchmesser der Ventilbohrung (14) im Bereich des Ventilsitzes (20) ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 6, wobei die Grenzflächenlinie (36) die Mitte der Ventilkugel (16) und die der Ventilkugel am nächsten befindliche Lagestelle der Ventilbohrung (14) schneidet.
Drucksteuerventil nach Anspruch 5, wobei die Grenzflächenlinie (36) innerhalb des Abschnitts der von der Mehrzahl von sich linear verjüngenden Segmenten (40) gebildeten Ventilbohrung (14) gebildet ist und die Grenzflächenlinie (36) in wenigstens einigen Abschnitten des Ventilkopfes (16) senkrecht zu der Ventilbohrung (14) verläuft, wenn sich der Ventilkopf in einem Abstand von dem Ventilsitz (20) befindet.
Drucksteuerventil nach Anspruch 2, wobei die Feder (18) eine Schraubenfeder mit einer Federkonstanten ist und es durch die größere Verschiebung des Ventilkopfes (16) von dem Ventilsitz (20) weg zu einer Zunahme der Kraft der auf den Ventilkopf (16) wirkenden Feder (18) kommt, wobei die Ventilbohrung (14) derart konstruiert ist, dass der Grenzflächenwinkel (α) als Funktion der Federkraft der Feder größer wird.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei der Grenzflächenwinkel (α) als Funktion der Federkraft der Feder (18) größer wird, um die größere Federkraft auszugleichen, die auf den Ventilkopf (16) wirkt, wenn der Ventilkopf zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird.
Drucksteuerventil nach Anspruch 10, wobei der Grenzflächenwinkel (α) größer wird, wenn der Ventilkopf (16) zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird, so dass das Ventil eine im Wesentlichen gleich bleibende Druckreaktion für Fluiddurchflussmengen zwischen etwa 10 Litern pro Stunde und 250 Litern pro Stunde durch das Ventil hindurch aufweist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei der Ventilkopf eine Ventilkugel (16) umfasst und das Drucksteuerventil auch eine Feder (18) umfasst, welche die Ventilkugel nachgiebig gegen den Ventilsitz (20) vorspannt, wobei die Feder (18) stromab der Ventilkugel (16) derart angeordnet ist, dass es durch die zunehmende Verschiebung der Ventilkugel von dem Ventilsitz weg zu einer zunehmenden Verschiebung der Feder kommt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 12, wobei die Ventilbohrung (14) einen konkaven Abschnitt (32) mit einem Durchmesser aufweist, der nichtlinear zunimmt, wenn sich der konkave Abschnitt stromab erstreckt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 13, wobei der konkave Abschnitt (32) im Wesentlichen bogenförmig ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 12, wobei die Ventilbohrung (14) wenigstens zum Teil von einer Mehrzahl von sich linear verjüngenden Segmenten (40) gebildet ist, die derart angeordnet sind, dass sich die Ventilbohrung (14) als Ganzes entlang ihrer gesamten Axiallänge nichtlinear verjüngt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 12, wobei die Feder (18) eine Schraubenfeder mit einer Federkonstanten ist, wobei es durch die größere Verschiebung des Ventilkopfes (16) von dem Ventilsitz (20) weg zu einer Zunahme der Kraft der auf den Ventilkopf (16) wirkenden Feder (18) kommt, wobei die Ventilbohrung (14) derart konstruiert ist, dass der Grenzflächenwinkel (α) als Funktion der Federkraft der Feder größer wird.
Drucksteuerventil nach Anspruch 16, wobei der Grenzflächenwinkel (α) als Funktion der Federkraft der Feder (18) größer wird, um die größere Federkraft auszugleichen, die auf den Ventilkopf (16) wirkt, wenn der Ventilkopf zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird.
Drucksteuerventil nach Anspruch 17, wobei der Grenzflächenwinkel (α) größer wird, wenn der Ventilkopf (16) zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird, so dass das Ventil eine im Wesentlichen gleich bleibende Druckreaktion für Fluiddurchflussmengen zwischen etwa 10 Litern pro Stunde und 250 Litern pro Stunde durch das Ventil hindurch aufweist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei der Ventilkopf eine Ventilkugel (16) umfasst, die nachgiebig in eine geschlossene Stellung gegen den Ventilsitz (20) vorgespannt ist und in eine offene, von dem Ventilsitz (20) beabstandete Stellung bewegbar ist, um ein Fluid durch die Ventilbohrung (14) hindurch um die Ventilkugel (16) herum strömen zu lassen, und wobei das Fluid für eine gegebene Stellung der Ventilkugel (16) relativ zu dem Ventilsitz (20) auf einen effektiven Oberflächenbereich der Ventilkugel wirkt und dazu neigt, die Kugel in einer Richtung von dem Ventilsitz weg zu verschieben, und der effektive Oberflächenbereich der Ventilkugel, auf welchen das Fluid einwirkt, größer wird, wenn die Ventilkugel zunehmend von dem Ventilsitz weg verschoben wird.
Drucksteuerventil nach Anspruch 19, wobei die am Umfang durchgehende Fläche (32, 40) der Ventilbohrung im Wesentlichen bogenförmig ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 19, wobei die am Umfang durchgehende Fläche (32, 40) der Ventilbohrung (14) wenigstens zum Teil von einer Mehrzahl von sich linear verjüngenden Segmenten (40) gebildet ist, die derart angeordnet sind, dass die Ventilbohrung (14) als Ganzes keine gerade, lineare Verjüngung entlang ihrer gesamten Axiallänge aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Drucksteuerventils, mit den folgenden Schritten: Ausbilden einer Ventilbohrung (14) in einem Ventilkörper (12), so dass die Ventilbohrung (14) eine Längsachse (34), einen Ventilsitz (20) und wenigstens eine am Umfang durchgehende Fläche (32, 40) mit einem Durchmesser aufweist, welcher zunimmt, wenn sich die wenigstens eine Fläche (32, 40) von dem Ventilsitz (20) weg erstreckt; Einsetzen einer Ventilkugel (16) in die Ventilbohrung (14), wobei die Ventilkugel (16) einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Ventilbohrung (14) im Bereich des Ventilsitzes (20), jedoch kleiner als der Durchmesser der Ventilbohrung im Bereich der wenigstens einen Fläche (32, 40) der Ventilbohrung (14) ist; wenigstes teilweises Einsetzen einer Feder (18) in die Ventilbohrung (14), so dass ein Ende der Feder (18) an der Ventilkugel (16) angreifen und diese nachgiebig in Richtung zu dem Ventilsitz (20) vorspannen kann; und dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der durchgehenden Fläche (32, 40) der Bohrung (14) von seinem stromauf gelegenen Ende in Richtung zu seinem stromab gelegenen Ende nichtlinear zunimmt und die Flächen der Bohrung (14) und des Ventilkopfes (16) derart konfiguriert sind, dass sie wenigstens dann, wenn der Ventilkopf (16) von dem Ventilsitz (20) weg verschoben ist, einen Grenzflächenwinkel (α) bilden, der zwischen der Längsachse (34) und einer Grenzflächenlinie (36) gebildet ist, welche einen Punkt an dem Ventilkopf (16) schneidet und ein Punkt der Ventilbohrung (14) den Mindestabstand zwischen diesen Flächen bildet, so dass der Grenzflächenwinkel (α) größer wird, wenn der Ventilkopf (16) zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird, um den Druck des zwischen diesen Flächen und stromab der Ventilkugel (20) strömenden Fluids zu regulieren.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt des Ausbildens der Ventilbohrung (14) einschließlich des Ausbildens der durchgehenden Fläche (32, 40) der Ventilbohrung (14), so dass der Grenzflächenwinkel (α) größer wird, wenn die Ventilkugel (16) zunehmend von dem Ventilsitz (20) verschoben wird, durch das Berechnen der Federkraft an verschiedenen Stellungen der von dem Ventilsitz (20) beabstandeten Ventilkugel (16), das Bestimmen eines effektiven Flächenbereiches der Ventilkugel (16), an welchem ein Fluid mit einem vorgegebenen Druck wirken muss, um die Federkraft bei Bedarf an jeder Stellung der Ventilkugel auszugleichen, das Bestimmen des Grenzflächenwinkels (α), der zu jedem ermittelten effektiven Flächenbereich der Ventilkugel korrespondiert, und dann das Ausbilden der Ventilkugel (14) mit einer Form erfolgt, durch welche der ermittelte Grenzflächenwinkel (α) an jeder Stellung der Ventilkugel (16) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der effektive Flächenbereich und der Grenzflächenwinkel (α) derart gewählt werden, dass an der Ventilkugel (16) eine Nutzkraft bereitgestellt wird, welche die Zunahme der an der Ventilkugel wirkenden Federkraft ausgleicht, wenn die Ventilkugel zunehmend von dem Ventilsitz (20) weg verschoben wird, so dass das Drucksteuerventil eine im Wesentlichen gleich bleibende Druckreaktion über einen Bereich von Stellungen der Ventilkugel relativ zu dem Ventilsitz aufweist.