Beschreibung

Ventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen Ventilen wird mittels eines Ventilkörpers, beispielsweise eines Ventilschiebers oder eines Sitzkörpers, ein öffnungsquerschnitt aufgesteuert, so dass dieser in Abhängigkeit von der Druckdifferenz über dem öffnungsquerschnitt von Druckmittel durchströmt wird. Insbesondere bei großen Druckmittelvolumenströmen und im Hochdruckbereich, d. h. bei hohen Druckdifferenzen über diesem aufgesteuerten öffnungsquerschnitt, können auf den Ventilkörper erhebliche Strömungskräfte wirken, die diesen in Schließrichtung beaufschlagen, so dass sich ein kleinerer öffnungsquerschnitt einstellt, als er ursprünglich, beispielweise durch Ansteuerung des Ventils, vorgesehen ist. Um diese in Schließrichtung wirksamen Strömungskräfte zu kompensieren, kann die Stelleinrichtung zur Verstellung des Ventilkörpers mit einer entsprechend hohen Stellkraft ausgelegt werden, wobei jedoch ein erheblicher fertigungstechnischer und steuerungstechnischer Aufwand erforderlich ist.

Im Stand der Technik werden zur Vermeidung diese Nachteils Lösungen vorgeschlagen, bei denen durch eine geeignete Strömungsführung im Bereich des öffnungsquerschnitts die in Schließrichtung wirksamen Strömungskräfte verringert werden. Diese Lösungen basieren auf einer Veränderung der Kanalführung zwischen Ventilgehäuse und Ventilkörper.

Die Druckschrift US 6,045,120 zeigt eine Sitzventil mit einem beweglichen, speziell geformten Schließkörper und einem entsprechend geformten gehäuseseitig feststehenden Gegenstück, die beide gemeinsam einen mit mehreren Umlenkungen ausgeführten Druckmittelströmungspfad begrenzen, durch den das Druckmittels bei geöffnetem Ventil derart geführt bzw. umgelenkt ist, dass das Druckmittel eine in öffnungsrichtung wirkende Kraft auf den beweglichen Schließkörper ausübt.

Nachteilig an dieser Lösung sind die komplexe schwierig herzustellende Geometrie und der erhebliche Druckverlust.

Ein konstruktiv schwierige, jedoch auch auf niedrige Druck- und Durchflussstrombereiche anwendbare Methode zum Umlenken der Strömungskraft an einer Steuerkante ist im Industrie-Anzeiger Jahrgang 83, Nr. 14, auf Seite 21 gezeigt. Hier wird der Druckmittelstrom durch eine in einer Ventilbohrung fixierte Büchse mehrfach umgelenkt, so dass eine in öffnungsrichtung wirksame Kraft entsteht.

Die Druckschriften DE 1 952 811 , DE 1 775 876 und US 3,633,871 zeigen ein Schieberventil, bei dem im Strömungskanal des Steuerkolbens ein Stauteil in Form eines zur Strömungsrichtung senkrecht stehenden Ablenkbleches angeordnet ist. Dieses am Ventilgehäuse fixierte Ablenkblech, das auch in vier einzelne Plättchen unterteilt sein kann, ist in der Nähe des Ausgangsanschlusses und in Strömungsrichtung vor einer ringförmigen Kolbenfläche angeordnet. Durch das Blech wird bei geöffnetem Ventil der Druckmittelstrom weitgehend von der Kolbenfläche abgehalten und so eine in Schließrichtung wirkende Kraft vermindert.

Einen ähnlichen Ansatz zeigen die Druckschriften US 3,543,648 und US 3,630,230. Um am Koben entstehenden Schließkräften entgegen zu wirken, zeigen die Druckschriften ein im zentral zwischen zwei Eingangsanschlüssen angeordneten Ausgangsanschluss angeordnetes Prall- bzw. Leitblech, das am Ventilgehäuse fixiert ist. Das Blech verhindert bzw. unterbricht weitgehend den zunächst am Ausgangsanschluss vorbei gerichteten Druckmittelstrom und verringert somit die daraus entstehende in Schließrichtung wirkende Kraft am Kolben. Durch die Umlenkung am Blech entsteht darüber hinaus ein Druckmittelstrom in Richtung zum Eingangsanschluss, der dort eine zusätzlich in öffnungsrichtung wirkende Kraft am Kolben erzeugt.

Nachteilig an den bekannten Ansätzen zur Veränderung der Kräfteverhältnisse am Ventilkolben ist, dass eine Veränderung der Kanalströmung durch Veränderung der Gehäusegeometrie nötig ist und beim letztgenannten Ansatz die Druckmittelströmung

weitgehend unterbrochen werden muss, um die Veränderung der Kräfteverhältnisse zu erreichen. Dadurch ergibt sich ein hoher Aufwand, um die gehäuseseitigen änderungen zu realisieren.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand die in Schließrichtung wirksamen Strömungskräfte zu verringern.

Dies Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil nach Patentanspruch 1.

Der erfindungsgemäß angeströmte bzw. umströmte Staukörper ist an einem verstellbaren bzw. einstellbaren Ventilkörper des Ventils angebracht, wodurch bei Beaufschlagung mit strömendem Druckmittel insbesondere mit einem sich stromabwärts des durchströmten Querschnitts ausbildenden Freistrahl eine in öffnungsrichtung des Ventilkörpers wirkende Kraft bzw. Kraftkomponente erzeugt wird. Dies geschieht durch Umwandlung der kinetischen Energie des Freistrahls am Staukörper. Auf diese Weise kann durch teilweise Kompensation von in Schließrichtung wirkenden Kräften die öffnungskraft des Ventils verringert werden. Dadurch können Stellvorrichtungen kleiner und weniger aufwändig ausgelegt werden und es kann sich eine Energieeinsparung im Betrieb des erfindungsgemäßen Ventils ergeben. Dieser Vorteil vergrößert sich, wenn das erfindungsgemäße Ventil im Hochdruckbereich eingesetzt wird, da dort prinzipiell höhere Verstellkräfte nötig sind.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Ventil bzw. der erfindungsgemäße um- oder angeströmte Staukörper derart ausgelegt, dass sich eine gegen Null strebende Verstell- oder Haltekraft am Ventilkörper ergibt. Des weiteren kann sich bei überkompensation von in Schließrichtung wirkenden Kräften auch eine in öffnungsrichtung wirkende Gesamtkraft ergeben. Eine derartige Auslegung des Staukörpers kann zur Beschleunigung seines öffnungsvorgangs dienen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel bilden Ventilkörper und Staukörper zusammen ein Teil, wodurch eine Montage des Staukörpers am Ventilkörper entfällt.

Alternativ kann der Staukörper auch an dem Ventilkörper angesetzt werden und beispielsweise ein ringförmiges Basisteil aufweisen, das in einer ringförmigen Nut des Ventilkörpers eingesetzt ist, und einen oder mehrere Strömungskörper aufweisen. Als Verbindung zwischen dem Basisteil und dem oder den Strömungskörpern dienen eine oder vorzugsweise mehrere Verbindungen (z.B. Stege oder Radialstreben). Bei dieser Variante können nach dem Stand der Technik gefertigte Ventilkörper einfach nachträglich mit dem erfindungsgemäßen Staukörper versehen werden. Ein derartig getrennt gebildeter Staukörper ist einfach zu montieren.

Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Ventil ein Schieberventil mit einem Ventilsschieber, der einen im Durchmesser verringerten Hals aufweist, der seitlich durch zwei Bunde begrenzt ist. Der erfindungsgemäße Staukörper wird vorzugweise an dem Hals oder an dem ablaufkammerseitigen Bund des Ventilschiebers befestigt. Bei diesen beiden Varianten ist der Staukörper erfindungsgemäß im Strömungsbereich des Druckmittels hinter dem öffnungsquerschnitt des Ventils angeordnet, wobei Staukörper im Halsbereich kleinere Durchmesser als Staukörper im Bundbereich aufweisen.

Je nach Auslegung des erfindungsgemäßen Ventils kann es vorteilhaft sein, Ausnehmungen zwischen den Radialstegen oder Löcher im Staukörper bzw. im Strömungskörper vorzusehen, die als Druckmittelpassagen dienen. So kann der Staudruck des Staukörpers und somit die an den Ventilkörper übertragene Kraft verringert bzw. eingestellt werden. Wenn der erfindungsgemäße Staukörper mehrere Strömungskörper aufweist, dann ermöglichen die Ausnehmungen zwischen den Stegen bzw. die Abstände zwischen den Strömungskörpern eine weitgehend allseitige An- oder Umströmung der einzelnen Strömungskörper.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils erstreckt sich ein Strömungskörper kreis- bzw. ringförmig um den Ventilkörper. In diesem Fall bieten sich insbesondere ein Thorus oder eine Ringscheibe oder ein Kegelstumpf als Strömungskörper an. Der einteilige Strömungskörper kann auch aus einem Teil einer Kugel oder eines Ellipsoides bestehen. Vorzugsweise besteht er aus einem Zylindermantel oder Zylinderring.

Wenn der Strömungskörper in mehrere oder einer Vielzahl von einzelnen Strömungskörpern gegliedert ist, wird jeder Körper mit mindestens einem Radialsteg oder direkt am Basisteil befestigt. Jeder einzelne Strömungskörper kann aus einem Teil eines Thorus oder einem Teil einer Ringsscheibe oder aus einem Abschnitt einer Kugel oder eines Kegelstumpfes oder aus einem Abschnitt eines Zylindermantels bzw. Zylinderrings bestehen. Vorzugsweise kann der ein einzelner Körper auch eine Kugel oder ein Ellipsoid sein. Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Körpers mit denen der Vielzahl von möglichen Ventiltypen, Ventilvarianten, Strömungsgeschwindigkeiten, Druckmittelviskositäten bzw. zu kompensierenden Schließkräften entsprochen werden kann.

Wenn der Strömungskörper z.B. ein Zylindermantel oder Zylinderring ist und eine Stirnfläche gegen die bzw. senkrecht zur Strömungsrichtung aufweiset, dann ist diese vorteilhafter Weise schräg angestellt. So kann ein ungewünschtes Aufprallen des Druckmittels auf die Stirnfläche vermindert werden und die Schräge kann als Stromteiler und als Leitfläche wirken. Gleiches gilt, wenn der Strömungskörper in mehrere flächenartige Gebilde mit Stirnflächen unterteilt ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist der bzw. sind die Strömungskörper tragflügelartig profiliert. So können die bekannten Auftriebskräfte am Strömungskörper erzeugt und die in Verstellrichtung des Ventilkörpers wirkenden Kraftkomponenten vorteilhaft gewählt werden.

Die verschieden o. g. Strömungskörper können auch beliebig gemischt und gleichmäßig oder ungleichmäßig am Umfang verteilt werden. Weiterhin kann der Radialabstand der verschiedenen Strömungskörper variiert werden. Wenn z.B. zwei verschieden Abstände und / oder zwei Körpertypen vorgesehen werden, kann ein Teil der Strömungskörper für einen ersten oft genutzten Betriebszustand und ein anderer Teil der Strömungskörper für einen anderen oft genutzten Betriebszustand des erfindungsgemäßen Ventils optimal gewählt und eingestellt werden. Dies ist

insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Ventiltyp das Druckmittel bzw. der Freistrahl räumlich konzentriert auftritt. Darüber hinaus ist auch ein Vielzahl von verschiedenen Abständen und / oder Körpertypen möglich, wodurch eine Kraftbeaufschlagung des Ventilkörpers über einen Einstellbereich des erfindungsgemäßen Ventils erzeugbar ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils ist ein im Wesentlichen ringförmiger weiterer Strömungsleitkörper am Ventilgehäuse befestigt oder in einer ventilgehäuseseitigen Ringausnehmung eingesetzt. Dieser zusätzliche Strömungsleitkörper begrenzt zusammen mit den Stau- bzw. Strömungskörper, einen Durchströmquerschnitt, wobei die beiden Körper vorzugsweise in der Ablaufkammer angebracht sind.

Vorzugsweise hat der zusätzlichen Strömungsleitkörper eine abgerundete Leitfläche, die das Druckmittel bzw. den Freistrahl in optimaler Weise in Richtung Stau- bzw. Strömungskörper lenkt. Als vorteilhaft hat sich eine überlappung der beiden Körper gezeigt.

Aus Gründen der einfachen Montierbarkeit in der Ausnehmung des Ventilgehäuses bietet sich eine geteilter zusätzlicher Strömungsleitkörper an.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils sind Staukörper und / oder zusätzlicher Strömungsleitkörper austauschbar gestaltet. Dadurch können die Kräfteverhältnisse am Ventilkörper und somit das Schaltverhalten des Ventils an unterschiedliche Bedingungen angepasst werden.

Im folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils mit einem Staukörper im seitlichen Schnitt;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils mit einem Staukörper und einem zusätzlichen Strömungsleitkörper im seitlichen Schnitt;

Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils mit einem Staukörper im seitlichen Schnitt;

Figur 3a den Staukörper gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in der Draufsicht;

Figuren 4a bis f sechs beispielhafte Varianten von Staukörpern jeweils in der Draufsicht und

Figur 5 ein Diagramm, in dem die zur Betätigung eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen Ventils erforderliche Verstellkraft in Abhängigkeit vom Hub dargestellt ist.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils mit einem Staukörper. Das Ventil ist ein 2/2-Wegeventil und besteht im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 1 mit einer Ventilbohrung 2. In dieser ist ein Ventilschieber 4 angeordnet, der in Figur 1 vertikal verschiebbar ist. Des Weiteren weist das Ventilgehäuse 1 einen Zulaufkanal 6 und einen Ablaufkanal 8 für Druckmittel auf. Im Einmündungsbereich des Zulaufkanals 6 in die Ventilbohrung 2 ist eine Zulaufkammer 10 ausgebildet, die einerseits gegenüber dem Zulaufkanal 6 und andererseits gegenüber der Ventilbohrung 2 erweitert ist. Dem entsprechend ist im Einmündungsbereich der Ventilbohrung 2 in den Ablaufkanal 8 eine ebenfalls erweiterte Ablaufkammer 12 vorgesehen. Zwischen der Zulaufkammer 10 und der Ablaufkammer 12 verbleibt ein Gehäusesteg 14.

Zwischen der Zulaufkammer 10 und der Ablaufkammer 12 weist der Ventilschieber 4 einen durch fließende bzw. kontinuierliche Durchmesserverringerung gebildeten Hals 20 auf, wobei diesen begrenzende Umfangskanten eine Zulaufsteuerkante 16 und eine Ablaufsteuerkante 18 ausbilden.

In dem Raum, der sich einerseits zwischen der Zulaufkammer 10 und der Ablaufkammer 12 und andererseits zwischen dem Gehäusesteg 14 und dem Hals 20 des Ventilschiebers 4 ergibt, ist der erfindungsgemäße Staukörper 22 angeordnet. Der Staukörper 22 hat ein Basisteil 24, von dem aus sich vier Radialstege 26 nach außen erstrecken, von denen in der vergrößerten Darstellung X der Figur 1 nur einer dargestellt ist. An den Radialstegen 26 ist ein Strömungskörper 28 befestigt. Das Basisteil 24 hat eine Buchsenform und von seiner äußeren Mantelfläche sind vier gleichmäßig am Umfang verteilte Stege 26 angeordnet. Der an den äußeren Enden der Stege 26 befestigte Strömungskörper 28 weist die Form eines Thorus auf, dessen Längsachse mit derjenigen des buchsenförmigen Basisteils 24 zusammenfällt.

Am Hals 20 des Ventilschiebers 4 ist eine Nut 30 angeordnet, in die das Basisteils 24 eingesetzt ist. Somit ist der Staukörper 22 in der Nut 30 eingefügt und formschlüssig am Hals 20 befestigt. Der Strömungskörper 28 hat einen größeren Durchmesser, als die benachbarten Bereiche des Halses 20, und einen kleineren Durchmesser, als der Ventilschieber 4.

Figur 1 zeigt einen Betriebszustand des Ventils, bei dem Ventilschieber 4 aus einer nicht dargestellten Schließstellung nach oben (Ansicht nach Figur 1 ) verschoben wurde und somit ein Durchflussquerschnitt aufgesteuert ist. Das Druckmittel strömt über den Zulaufkanal 6 durch einen Ringspalt 31 , der sich zwischen der Zulaufsteuerkante 16 des Ventilschiebers 4 und dem Steg 14 des Ventilgehäuses 1 ergibt. In den Teil des Druckmittel-Strömungsweges, der sich zwischen dem Hals 20 und dem Gehäusesteg 14 nach unten zur Ablaufkammer 12 erstreckt - also etwas stromabwärts des öffnungsquerschnitts - sind die Stege 26 und insbesondere der thorusförmige Strömungskörper 28 angeordnet.

Durch die Anströmung bzw. Umströmung des Strömungskörpers 28, die sich bei dem gezeigten geöffneten Ventil und einem Druckmittelstrom vom Zulaufkanal 6 zum Ablaufkanal 8 ergibt, überträgt das strömende Druckmittel durch Aufprall oder Umlenken Kräfte auf den Strömungskörper 28. Der Strömungskörper 28 ist so ausgebildet, dass diese Kräfte Komponenten enthalten, die entlang der Längsachse

des Strömungskörpers 28 in Figur 1 nach oben gerichtet sind und somit erfindungsgemäß in öffnungsrichtung des Ventilschiebers 4 wirken, wobei die resultierende Kraftkomponente über die Stege 26, das Basisteil 24 und eine Flanke der Nut 30 auf den Ventilschieber 4 übertragen wird.

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäß erzeugte Kraftkomponente gegen die Haupt-Strömungsrichtung des Druckmittels, die von der Zulaufkammer 10 zur Ablaufkammer 12 verläuft, gerichtet.

Diese resultierende Kraftkomponente kann in Schließrichtung wirkende Kräfte, die zum Beispiel an der Ablaufsteuerkante 18 entstehen können, vermindern oder kompensieren oder überkompensieren. Auf diese Weise kann die Verstell- oder Haltekraft, die an einem derartigen Ventil ohne Staukörper 22 bzw. Strömungskörper 28 aufzubringen wäre, verringert werden.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils mit einem Staukörper 122 und einem zusätzlichen Strömungsleitkörper 136. Vergleichbar mit dem Ventil das ersten Ausführungsbeispiels besteht das gezeigte 2/2-Wegeventil im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 101 mit einer Ventilbohrung 202 und einem in der Ventilbohrung 202 angeordneten rotationssymmetrischen Ventilschieber 104. Im Ventilgehäuse 101 sind ein Zulaufkanal 106 und ein Ablaufkanal 108 angeordnet, und in ihren Schnittbereichen mit der Ventilbohrung 202 sind entsprechend eine Zulaufkammer 110 und eine Ablaufkammer 112 ausgebildet.

Der Ventilschieber 104 weist in einem Bereich zwischen der Zulaufkammer 110 und der Ablaufkammer 112 einen im Durchmesser verringerten Hals 220 auf, der im Gegensatz zum Hals 20 des ersten Ausführungsbeispiels einen konstanten Durchmesser und somit Kreiszylinderform aufweist. Am ablaufkammerseitigen Ende des Halses 220 ist am Ventilschieber 104 durch eine Fase eine Ablaufsteuerkante 118 ausgebildet. Des weiteren ist am Ventilschieber 104 im Bereich der Ablaufkammer 112 eine ringförmige Nut 130 vorgesehen, wobei diese Nut 130 anders als im ersten Ausführungsbeispiel (Figur 1 ) am ablaufkammerseitigen

Bund 132 des Ventilschiebers 104 angeordnet ist. In die Nut 130 ist, vergleichbar mit dem ersten Ausführungsbeispiel, ein Basisteil 124 eines Staukörpers 122 eingesetzt, wobei sich vom Basisteil 124 aus sich mehrere Radialstreben 126 nach außen erstrecken. Die Radialstreben 126 tragen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein hohlzylinderförmigen bzw. buchsenartig ausgebildeten Strömungskörper 128, dessen Symmetrieachse mit denjenigen des Basisteils 124 und des Ventilschiebers 104 zusammenfällt. Der Strömungskörper 128 erstreckt sich in beide Richtungen der gemeinsamen Symmetrie- bzw. Längsachse über die Radialstreben 126 hinaus, so dass er beidseitig überstehend ist. Die zulaufseitige Stirnfläche 133 des Strömungskörpers 128 ist schräg angestellt und bildet so einen kegelstumpfförmige nach außen weisende umlaufende Fase.

Weiterhin ist in der Ablaufkammer 112 eine gehäuseseitige Ringausnehmung 134 ausgebildet, in die ein gehäusefester Strömungsleitkörper 136 eingesetzt ist. Diese im Wesentlichen ringförmige Strömungsleitkörper 136 weist an seiner Innenseite eine Leitfläche 138 auf, die in Strömungsrichtung zunächst einen zunehmenden Innendurchmesser und im weiteren Verlauf einen abnehmenden Innendurchmesser aufweist. Hinter einer ringförmigen Ablösestelle 140 vergrößert sich der Innendurchmesser des ringförmigen Strömungsleitkörpers 136 in Strömungsrichtung betrachtet wieder. Dabei sind alle beschriebenen Durchmesseränderungen fließend bzw. kontinuierlich.

Das Ventil gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 in einer geöffneten Position dargestellt, bei der der Ventilschieber 104 in einer aus der geschlossenen Position nach oben verschobenen Lage gezeigt ist. Dabei strömt das Druckmittel über den Zulaufkanal 106 durch die Zulaufkammer 110 zunächst durch einen weiteren Zulaufkanal 106a, der zwischen dem Gehäusesteg 114 und dem Hals 220 des Ventilschiebers 104 gebildet ist. Weiterhin strömt das Druckmittel durch einen aufgesteuerten Ringspalt 131 , der von der Ablaufsteuerkante 118 und dem Gehäusesteg 114 begrenzt ist.

Ein am Ringspalt 131 entstehender und nach außen gerichteter Freistrahl wird durch die oben beschriebene Leitfläche 138 des Strömungsleitkörpers 136 im Wesentlichen

zur gemeinsamen Längsachse des Strömungsleitkörpers 136 und des Staukörpers 122 in vorteilhafter Weise umgelenkt bzw. zentriert und gebündelt. Und so auf den Staukörper 122 bzw. den Strömungskörper 128 gerichtet. Dabei überträgt das strömende Druckmittel durch Aufprall oder Umlenken Kräfte auf den Strömungskörper 128. Auf diese Weise wird die kinetische Energie des Freistrahls teilweise an den Strömungskörper 128 übertragen, wobei diese Kraftübertragung durch Staudruck und/oder viskose Kräfte erreicht wird. So wird der Staukörper 122 am Umfang verteilt mit Kräften beaufschlagt, die durch vorteilhafte Neigung der schräg angestellten Stirnfläche 133 in ihrer Richtung im Hinblick auf optimale oder maximale Kraftentfaltung optimiert werden können. In den auf den Staukörper 122 wirkenden Kräften sind Kraftkomponenten entlang seiner Längsachse enthalten, die über den Formschluss zwischen dem Basisteil 124 und der Nut 130 auf den Ventilschieber 104 in öffnungsrichtung (in Figur 2 nach oben) wirken.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäß erzeugte resultierende Kraftkomponente in die Haupt-Strömungsrichtung des Druckmittels, die von der Zulaufkammer 110 zur Ablaufkammer 112 verläuft, gerichtet.

Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils mit einem Staukörper 222. Bei dem dargestellten Ventil handelt es sich um ein Sitzventil, bei dem zwischen einem Zulaufkanal 206 und einem Ablaufkanal 208 ein Ventilsitz 240 angeordnet ist, der von einem halbkugelförmigen Endabschnitt 210 eines Ventilstößels 204 verschließbar ist.

Abweichend von dem in Figur 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel kann der Ventilstößel 204 statt des gezeigten halbkugelförmigen Endabschnitts 210 einen kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Endabschnitt aufweisen.

Der Ventilstößel 204 hat vergleichbar mit dem ersten Ausführungsbeispiel (Figur 1 ) eine umlaufende Ringnut 230, in der ein Staukörper 222 mit torusförmigem Strömungskörper 228 eingesetzt ist.

In Figur 3a ist der Staukörper 222 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht dargestellt. Der gezeigte Staukörper 222 kann auch in den ersten beiden Ausführungsbeispielen (gemäß den Figuren 1 und 2) alternativ zu den gezeigten Staukörpern 22, 122 zum Einsatz kommen. Gemäß Figur 3a hat der Staukörper 222 vier Radialstege 226, die gleichmäßig am Außenumfang des Basisteils 224 angeordnet sind. Zwischen den Radialstegen 226 ergeben sich vier kreissegmentförmige Ausnehmungen 242.

Wenn der Ventilstößel 204, wie in Figur 3 gezeigt, in eine obere öffnungsposition verstellt wird, wird ein Durchlass 231 für Druckmittel zwischen dem Ventilsitz 240 und dem Ventilstößel 204 freigegeben und ein Druckmittelstrom bzw. Freistrahl trifft den Staukörper 222, wobei ein Teil des Druckmittels die Ausnehmungen 242 durchströmen kann. Dabei überträgt das strömende Druckmittel durch Aufprall oder Umlenken Kräfte auf den torusförmigen Strömungskörper 228. Dabei wird die kinetische Energie des Freistrahls teilweise an den Strömungskörper 228 übertragen, wobei diese Kraftübertragung durch Staudruck und/oder viskose Kräfte erreicht wird. So wird der Staukörper 222 am Umfang verteilt mit Kräften beaufschlagt, die durch seine vorteilhafte Positionierung und Dimensionierung im Hinblick auf optimale oder maximale Kraftentfaltung in öffnungsrichtung optimiert werden können. In den auf den Staukörper 122 wirkenden Kräften sind Kraftkomponenten entlang seiner Längsachse enthalten, die über den Formschluss zwischen dem Basisteil 224 und der Nut 230 auf den Ventilstößel 204 in öffnungsrichtung (in Figur 3 nach oben) wirken.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäß erzeugte Kraftkomponente in Figur 3 nach oben gerichtet.

Die Figuren 4a und 4b zeigen weitere Beispiele für erfindungsgemäße Staukörper, wie sie beispielsweise bei den vorbeschriebenen Ventilen einsetzbar sind.

Figur 4a zeigt einen Staukörper 322, der ähnlich dem Staukörper 222 des dritten Ausführungsbeispiels gestaltet ist, wobei als wesentlicher Unterschied acht Streben

bzw. Radialstege 326 und entsprechend acht kreissegmentförmige Ausnehmungen 342 vorgesehen sind.

Figur 4b zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Staukörpers 422, dessen wesentliches Merkmal darin besteht, dass acht einzelne Strömungskörper 428 vorgesehen sind. Jeder Strömungskörper 428 ist im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet und mit gleichem Radialabstand gleichmäßig am Umfang des Staukörpers 422 und damit am Umfang des entsprechenden Ventilkörpers angeordnet.

Die Figuren 4c bis 4f zeigen weitere Beispiele für Ventilkörper mit erfindungsgemäß daran ungleichmäßig am Umfang angebrachten Stegen und Strömungskörpern. Eine derartig asymmetrische Anordnung kann insbesondere bei Strömungen optimal sein, die am Umfang des Ventilkörpers ungleichförmig verteilt auftreten, wobei die in den Figuren 4c bis 4f gezeigten Stege und Strömungskörper alternativ auch an ringförmigen Basisteilen angebracht sein können und so auf den Ventilkörper aufgesetzt werden können.

Figur 4c zeigt einen Ventilkörper 504 bei dem nur zwei kugelförmig ausgebildete Strömungskörper 528 vorgesehen sind.

Figur 4d zeigt eine weitere Variante einer asymmetrischen Anordnung, bei dem drei im Wesentlichen kugelförmige Strömungskörper über unterschiedlich lange Stege 626 an einem Ventilkörper 604 befestigt sind.

Durch die unterschiedlich langen Stege 626 kann gewährleistet werden, dass Freistrahlbereiche mit unterschiedlichen Richtungen, die bei unterschiedlichen Betriebszuständen des betroffenen Ventils auftreten können, jeweils von einem oder mehreren Strömungskörpern in optimaler Weise erfasst werden.

Figur 4e zeigt eine Anordnung aus Ventilkörper 704 und ungleich an seinem Umfang verteilten Strömungskörpern 728, wobei der wesentliche Aufbau mit dem aus

Figur 4c vergleichbar ist. Die beiden Stege 726 sind schmaler als die Stege 626, und

insbesondere die beiden Strömungskörper 728 sind statt von Kugeln von Zylindermantel- bzw. Zylinderringabschnitten gebildet.

Figur 4f zeigt eine weitere Variante eines asymmetrischen Aufbaus, bei dem geometrisch verschiedene Strömungskörper 828 und Radialstege 826 an einem erfindungsgemäßen Ventilkörper 804 kombiniert sind, wobei der eine Strömungskörper 828 und der zugehörige Steg 826 denen des Beispiels aus Figur 4c entspricht, und der andere Strömungskörper mit dem zugehörigen Steg denen des Beispiels aus Figur 4e entspricht.

Die gemischte Anordnung gemäß Figur 4f kann durch die verschiedenartigen Strömungskörper flexibler an verschiedene stufenlose Betriebszustände des - betroffenen Ventils angepasst werden und somit über einen größeren Bereich von Betriebszuständen größere Kräfte erzeugen, als dies bei den meisten Strömungskörpern mit einheitlichen Geometrien und Radialabständen möglich ist.

Die Figuren 4a bis 4f zeigen nur einzelne Beispiele aus der Vielzahl von möglichen Stau- bzw. Strömungskörpern, die zu der vorliegenden Erfindung gehören, aber nicht alle abbildbar sind.

Figur 5 zeigt ein Diagramm, in dem die zur Betätigung eines herkömmlichen Ventils und zur Betätigung eines erfindungsgemäßen Ventils erforderlichen Verstellkräfte in Abhängigkeit vom öffnungshub dargestellt sind. Im oberen Bereich des Diagramms sind in öffnungsrichtung aufzubringende Kräfte angeordnet, und im unteren Bereich des Diagramms entsprechend in Schließrichtung aufzubringende Kräfte.

Bei einem herkömmlichen Ventil (strichpunktierte Linie) ist im Bereich eines geringen Hubs eine hohe maximale Kraft, die in öffnungsrichtung aufgebracht werden muss, erkennbar. Beim erfindungsgemäßen Ventil (durchgezogene Linie) hingegen muss kurz nach dem öffnen des Ventils zunächst eine kleine Kraft in Schließrichtung aufgebracht werden, beim weiteren Aufsteuern entstehen drei Richtungswechsel und schließlich verbleibt nur eine minimale Kraft in öffnungsrichtung.

Die Verstellkräfte an einem Ventil mit einem erfindungsgemäßen Staukörper sind um ein Vielfaches kleiner, als die an einem herkömmlichen Ventil. Die hohen Kräfte am herkömmlichen Ventil sind durch die Erfindung nahezu kompensiert, wodurch sich eine erhebliche steuerungstechnische und fertigungstechnische Aufwandsreduktion ergibt.

Abweichend von den in den Figuren 1 und 2 dargestellten 2/2-Wegeventilen und dem in Figur 3 dargestellten Sitzventil können die erfindungsgemäßen Staukörper auch in allen anderen Ventiltypen zum Einsatz kommen, bei denen in Schließrichtung wirksame Strömungskräfte verringert werden.

Des weiteren kann die Leitfläche des gehäusefesten Strömungsleitkörpers nach Figur 2 auch anders geformt sein, um eine andersartige Anströmung des Staukörpers zu erreichen.

Der Strömungsleitkörper, der in Figur 2 am Gehäuse befestigt ist, kann alternativ auch am Kolben befestigt werden.

Abweichend von dem in Figur 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel kann der Ventilstößel und der Staukörper auch einstückig ausgebildet sein. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn keine Veränderungen der Kräfteverhältnisse am Ventilstößel während des Betriebs des Ventils vorzunehmen sind, die durch Austausch des Staukörpers erreicht werden müssten.

Offenbart ist ein Ventil beliebigen Typs mit einem Ventilkörper zum Einstellen eines von Druckmittel durchströmten öffnungsquerschnitts und mit einem vom Druckmittel an- oder umströmten Staukörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Staukörper am Ventilkörper angebracht ist. Durch die An- oder Umströmung des Staukörpers wird eine Kraft insbesondere in öffnungsrichtung des Ventilkörpers erzeugt.