Bij een drukregelklep gebeurt de drukinstelling meestal door de voorbelasting van de veer te wijzigen met behulp van een instelschroef. De druk verandert naarmate de schroef wordt gedraaid.

Figuur 11-1 Drukregelklep met normaal gesloten werking. De instelschroef bepaalt de veerprebelasting, die bepaalt bij welke druk de klepschijf optilt en de klep opent.
In hydraulische systemen hebben normaal gesloten drukregelkleppen verschillende toepassingen. Naast het gebruik als systeemontlastingsklep kunnen ze ook de volgorde van handelingen regelen — waarbij één handeling wordt gecontroleerd om vóór een andere plaats te vinden.
Een normaal gesloten drukregelklep die controleert dat één handeling vóór een andere plaatsvindt, wordt een volgordeklep genoemd.
In een hydraulisch circuit dat zowel klembewerking als boren uitvoert, moet de klemcilinder zich eerst uitschuiven voordat de boorcilinder in werking treedt. Om dit te bereiken, wordt de volgordeklep in het circuit geplaatst vlak vóór de boorcilinder. De veer in de volgordeklep verhindert dat de spil de primaire en secundaire doorgangen met elkaar verbindt totdat de druk hoog genoeg is gestegen om de veerkracht te overwinnen — tot dan toe is de stroming naar de boorcilinder geblokkeerd. Daardoor schuift de klemcilinder eerst uit. Wanneer de klep het werkstuk raakt, moet de pomp een hogere druk leveren om de weerstand te overwinnen. Hierdoor stijgt de druk boven de stuurdruk die op de spil van de volgordeklep werkt, waardoor de primaire en secundaire doorgangen met elkaar worden verbonden en de stroming naar de boorcilinder gaat — de boorcilinder begint dan te bewegen.

Figuur 11-2: Circuit met volgordeklep. Omdat de volgordeklep de stroming naar de boorcilinder blokkeert totdat de systeemdruk is opgebouwd, sluit de klem altijd eerst voordat het boren begint.
Een normaal gesloten drukregelklep die wordt gebruikt om een gewicht (zoals een persplaat) in evenwicht te houden of te ondersteunen, wordt een tegenwichtklep genoemd.
In een perscircuit zal, wanneer de richtingsklep stroming naar het blinde einde van de cilinder stuurt, de aan de zuigerstang bevestigde persplaat ongecontroleerd onder invloed van de zwaartekracht naar beneden vallen, waardoor de pompstroom droog wordt gezogen. Om dit te voorkomen, wordt een normaal gesloten drukklep stroomafwaarts van de perscilinder geïnstalleerd. De klepschijf opent de primaire-naar-secondaire doorgang pas wanneer de bodemdruk hoger wordt dan de druk die wordt opgewekt door het gewicht van de persplaat. Met andere woorden: tijdens het toevoeren van olie naar het blinde einde van de cilinder wordt op deze manier het gewicht van de persplaat gedurende de volledige neergaande slag in evenwicht gehouden.
De tegenwichtklep kan ook worden gebruikt om de rotatiebeweging van een hydraulische motor met zware belasting te remmen. Bij een hydraulische motor die zware wielen aandrijft, kan de motor overslaan (weglopen) zodra de wielen momentum opbouwen. Als een tegenwichtklep aan de uitgangszijde van de motor is geïnstalleerd, opent de klep alleen wanneer de uitgangsdruk de ingestelde waarde bereikt. Deze terugdruk werkt tegen de kracht die ontstaat door de omzetting van het rotatiemomentum van het zware wiel.

Figuur 11-3 Tegenwichtklep. (Bovenaan) Voorkomt ongecontroleerd neerwaarts bewegen van de persplaat. (Onderaan) Voorkomt overslaan van een hydraulische motor met zware belasting wanneer de belasting de motor aandrijft.
Een eenvoudige veiligheidsklep bestaat in wezen uit een klephuis met een spil die wordt belast door een harde veer. Wanneer de druk aan de zijde van de spil tegenover de veer hoog genoeg stijgt, verplaatst de spil zich en opent een doorgang om de pompstroom naar de tank af te leiden.
In het voorbeeldcircuit is het eenvoudige overstromingsventiel ingesteld zodanig dat, wanneer de pompuitgangsdruk 1.000 psi (68,97 bar) bereikt, een overstromingsstroom van 10 gpm (37,9 lpm) optreedt. Dit betekent niet dat het ventiel plotseling opent bij 1.000 psi — integendeel: bij drukken onder 1.000 psi (68,97 bar) begint het ventiel al bij een lage druk te openen en wordt een deel van de stroming naar de tank afgeleid. Naarmate de druk dichter bij 1.000 psi (68,97 bar) komt, neemt de opening geleidelijk toe om meer stroming naar de tank door te laten. Bij het instelpunt van 1.000 psi (68,97 bar) is de opening van het vernauwde gedeelte groot genoeg om de volledige stroming van 10 gpm (37,9 lpm) door te laten. Wanneer de systeemdruk onder de openingsdruk van het overstromingsventiel daalt, verdwijnt de door het ventiel gevormde verbinding met de tank uit het circuit.

Het openen van een overstromingsventiel is in wezen een functie van een vernauwd gedeelte (orifice). Net als elk ander orifice-apparaat wordt de stroming erdoor beïnvloed door de vloeistoftemperatuur en dus door de viscositeit.
Voor een drukbegrenzingsklep die is ingesteld op 1.000 psi (68,97 bar) om 10 gpm (37,9 lpm) af te leiden, wordt aangenomen dat de olieviscositeit constant blijft. Bij kamertemperatuur bedraagt de viscositeit van de olie in de reservoir van de installatie 400–500 SUS (86,3–107,9 cSt). Bij deze viscositeit wordt bij een systeemdruk van 1.000 psi (68,97 bar) 10 gpm (37,9 lpm) via de opening van de klep naar de tank afgeleid. Zodra de olie opwarmt, kan de pompdruk worden beperkt tot 900 psi (62 bar) of lager. De reden hiervoor is dat de viscositeit daalt naarmate de olie temperatuur stijgt — bijvoorbeeld tot 100 SUS (21,6 cSt). Dit betekent dat een lagere drukkracht voldoende is om 10 gpm (37,9 lpm) door de opening van de drukbegrenzingsklep naar de tank te leiden.
Het omgekeerde gebeurt wanneer de drukbegrenzingsklep is ingesteld op de werkviscositeit: bij het opstarten van de pomp is de olie temperatuur laag en de viscositeit hoog, waardoor de pompdruk mogelijk 1.100 psi (75,9 bar) bereikt. Voor systemen met strikte maximale pompdrukgrenzen dient het systeem te worden opgewarmd voordat de drukbegrenzingsklep wordt afgesteld.

Figuur 11-5 Invloed van temperatuur op de instelling van de veiligheidsklep. Koud (hoge viscositeit) olie vereist een hogere druk om dezelfde stroming te laten passeren. Verwarm het systeem altijd voorafgaand aan het instellen van de veiligheidsklep.
Slijtage van de pomp beïnvloedt ook de instelling van de veilheidsklep. Bij een veilheidsklep die is ingesteld op 10 gpm (37,9 lpm) om te ontlasten bij 1.000 psi (68,97 bar), kan, zolang er 1.000 psi (68,97 bar) druk aan de inlaatpoort van de klep wordt geleverd, 10 gpm (37,9 lpm) pompdebiet via het kleporifice naar de tank worden afgevoerd. Naarmate de hydraulische pomp pomp slijt, neemt zijn uitvoerdebiet af; het debiet door de veilheidsklep neemt eveneens af, waardoor de druk ook daalt. Bij een klep die is ingesteld op 1.000 psi (68,97 bar) om 10 gpm (37,9 lpm) af te voeren, kan de systeemveiligheidsklepdruk bijvoorbeeld dalen tot 900 psi (62 bar) wanneer het afvoerdebiet door pompversletting daalt tot 5 gpm (18,95 lpm). Bij het bijstellen van de instelling van de veilheidsklep treden vergelijkbare situaties op.


De openspanning is de druk waaronder het veiligheidsventiel zijn omleidingsopening begint te openen. Bij een eenvoudig veiligheidsventiel ligt deze druk iets lager dan de ingestelde waarde van het veiligheidsventiel. Eenvoudige veiligheidsventielen hebben het kenmerk van een voor-openingsdruk.
In het prestatiediagram van het eenvoudige veiligheidsventiel is het ventiel ingesteld op een omleiding van 10 gpm (37,9 lpm) bij 1.000 psi (68,97 bar). De curve toont dat het ventiel opent bij 800 psi (55,2 bar) en dat de omleidingsstroom toeneemt naarmate de druk 1.000 psi (68,97 bar) nadert — uiteindelijk is bij 1.000 psi (68,97 bar) de opening van het vernauwde gedeelte groot genoeg om 10 gpm (37,9 lpm) te laten passeren.
De voorontspanningsdruk van de veiligheidsklep is een nadeel voor het systeem. Stel dat de pomp/motor 750 psi (51,7 bar) levert en 10 gpm (37,9 lpm) naar de actuator stuurt, waarbij 550 psi (37,9 bar) nodig is voor de belasting en de resterende 200 psi (13,8 bar) de vloeistofweerstand overwint. Bij gebruik van een eenvoudige veiligheidsklep ingesteld op 1.000 psi (68,97 bar) blijft de klep op dit moment gesloten en stroomt alle drukolie direct naar de werkbelasting.
Als de belastingsdruk stijgt tot 700 psi (48,28 bar), moet de pomp/motor zijn uitgangsdruk verhogen tot 900 psi (62,1 bar) (onder de aanname van constante uitgangsdebietstroom). Aangezien de ontspanningsdruk van de veiligheidsklep 800 psi (55,2 bar) bedraagt, wordt bij de huidige pompdruk 5 gpm (18,95 lpm) afgeleid, wat betekent dat de actuator minder dan de volledige pompdebietstroom ontvangt en de beweging dus met een verminderde snelheid wordt voltooid. Tegelijkertijd stroomt olie door het openingstuk van de veiligheidsklep en wordt onnodige warmte gegenereerd.
Als de belastingdruk 750 psi (51,7 bar) bedraagt, moet de pomp/motor 950 psi (65,5 bar) genereren — zelfs een hogere druk bij meer stroming die via het overstromingskleporifice passeert, waardoor de actuatortempo verder daalt en nog meer onnodige warmte wordt opgewekt.

Figuur 11-7 Effect van de voorspanningsdruk. De eenvoudige overstromingsklep begint al stroming af te leiden voordat de ingestelde druk is bereikt, wat de actuatortempo verlaagt en energie verspilt in de vorm van warmte bij tussendrukken.
De normaal gesloten drukregelklep heeft zijn primaire en secundaire aansluitingen ontkoppeld in de normale stand en meet de druk aan de primaire aansluiting. De normaal open drukklep heeft zijn primaire en secundaire aansluitingen verbonden in de normale stand en meet de druk aan de secundaire aansluiting.
De drukminderklep is doorgaans een normaal open drukregelklep.
Een drukverlaagklep werkt door de druk stroomafwaarts van de klep te meten. Wanneer de druk stroomafwaarts gelijk is aan de instelling van de klep, sluit de verstuiver gedeeltelijk, waardoor een opening ontstaat die de overtollige drukenergie stroomopwaarts omzet in warmte. Als de druk stroomafwaarts daalt, opent de verstuiver breder, zodat de druk weer kan stijgen.
In het voorbeeldcircuit voor het vastklemmen moet cilinder B minder kracht uitoefenen dan cilinder A. Om dit te bereiken, wordt een drukverlaagklep vlak vóór cilinder B geïnstalleerd om de druk naar cilinder B te verlagen tot de ingestelde waarde van de drukverlaagklep. Op dit ingestelde drukpunt zorgt de beweging van de verstuiver van de drukverlaagklep voor een opening, waardoor de overtollige drukenergie stroomopwaarts wordt omgezet in warmte. Cilinder B klemt met de verlaagde druk.
De druk op de secundaire aansluiting van de drukverlagende klep bij de nominale stromingsomstandigheden is lager dan bij nulstroom. Het verschil tussen deze twee gereduceerde drukken is de statische drukdalingsoffset van de drukverlagende klep. De statische drukdaling is een inherente kenmerk van de drukverlagende klep, dat verder verklaart waarom de druk met toenemende stroming toeneemt. Een drukverlagende klep met een nominale stroom van 15 gpm (56,85 lpm) heeft bij nominale stroming en nominale werkdruk een statische drukdalingsoffset van ongeveer 50 psi (3,45 bar), terwijl een drukverlagende klep met een nominale stroom van 100 gpm (379 lpm) een statische drukdalingsoffset kan hebben van wel 150 psi (10,3 bar).


Figuur 11-9 Statische drukdaling van een drukverlagende klep. De uitgangsdruk is tijdens stroming iets lager dan wanneer de stroming stopt. Hoe groter de nominale stroomcapaciteit van de klep, des te groter is deze offset.
Terwijl de drukregelklepzuiger zich binnen het klephuis verplaatst, lekt een deel van de onder druk staande olie naar de holte boven de zuiger. Om correct te functioneren, moet de holte boven de zuiger continu olie afvoeren om blokkering van de zuigerbeweging te voorkomen. De afvoer wordt bereikt door een afvoergang binnen het klephuis aan te brengen en deze met het reservoir te verbinden.
Als de secundaire aansluiting van de drukklep met het reservoir is verbonden — zoals bij veiligheidskleppen en tegenlastkleppen — is de afvoergang intern verbonden met de secundaire aansluiting (retouraansluiting). Dit wordt interne afvoer genoemd.
Als de secundaire aansluiting van de drukklep een drukaansluiting is (de werkende aansluiting), zoals bij volgordekleppen en drukverlagende kleppen, is de afvoergang een aparte leiding naar het reservoir. Dit wordt externe afvoer genoemd. Volgordekleppen en drukverlagende kleppen zijn doorgaans drukregelkleppen met externe afvoer.
Tot nu toe heeft drukmeting plaatsgevonden via kanalen binnen het kleplichaam. Normaal gesproken vindt bij normaal gesloten kleppen de drukmeting plaats aan de primaire aansluiting; bij normaal open kleppen aan de secundaire aansluiting. Deze vorm van drukmeting wordt directe regeling of lokale regeling genoemd. Een drukregelklep kan ook druk meten vanaf een ander deel van het systeem via een externe leiding — dit wordt afstandsregeling of pilootregeling genoemd.

Figuur 11-10: Directe regeling (links) meet de druk aan de eigen aansluiting van de klep. Afstandsregeling (rechts) maakt het mogelijk dat een druksignaal vanaf een afstand de klep opent of instelt — handig voor het ontlasten van een accu en het sequentiële aansturen van meerdere werkelementen.
Een ontlastingsklep is een op afstand gestuurde, normaal gesloten drukregelklep. Zodra de systeemdruk op het meetpunt een vooraf ingestelde waarde bereikt, leidt de klep de stroming naar de tank om.
In de accu-circuit met een direct werkende drukregelklep keert, zodra de accu is opgeladen tot de ingestelde klepdruk, de pompdebietstroom via de veiligheidsklep terug naar de tank bij de ingestelde druk van de veiligheidsklep. Dit verspilt aanzienlijk vermogen en genereert grote hoeveelheden onnodige warmte. Door de regelstuurleiding te verbinden met de terugslagklep stroomafwaarts van de ontlastingsklep wordt bereikt dat, zodra de accu is opgeladen tot de ingestelde klepdruk, de regeldruk de klep opent en de pompdebietstroom naar de tank leidt bij de laagste druk. Op dit moment hoeft de pomp geen hoge druk te leveren om de ontlastingsklep open te houden, omdat de regeldruk afkomstig is van de accu, die door de terugslagklep is geïsoleerd. Aangezien de pompdruk op dit moment verwaarloosbaar is, is ook het vermogensverlies verwaarloosbaar.

Figuur 11-11 Ontlastingsklepcircuit. Wanneer de accu is opgeladen, isoleert de terugslagklep deze van de pomp en leidt de ontlastingsklep de pompdebietstroom bij minimale druk naar de tank — waardoor bijna al het pompvermogen tijdens stand-by wordt bespaard.
Een directwerkende tegenwichtklep die stroomafwaarts van de cilinder is geïnstalleerd die het persplaten ondersteunt, kan effectief het gewicht van het platen in evenwicht brengen of opheffen. Tijdens het persproces moet het gewicht van het platen echter niet bijdragen aan de totale perskracht wanneer het platen door het materiaal heen beweegt. Indien dit ongewenst is, dient de tegenwichtklep voorzien te zijn van afstandsbediening, waarbij de bedieningsleiding is aangesloten op de andere werklijn van de cilinder. Bij gebruik van een op afstand bestuurde tegenwichtklep blijft het platen in evenwicht tijdens de neergaande beweging, maar tijdens het persproces kan het gewicht van het platen worden ingezet als perskracht. Gedurende de gehele neergaande slag: tijdens de leegloopslag probeert het eigen gewicht van het platen de zuigerstang van de cilinder naar beneden te trekken; de stroomopwaartse druk en de druk in de bedieningsleiding dalen, waardoor de tegenwichtklep de neiging heeft te sluiten, de weerstand toeneemt en de stroming niet meer kan bijhouden met de neergaande snelheid; tijdens het persproces wordt de tegenwichtklep volledig geopend door de hoge stroomopwaartse bedieningsdruk, zodat er geen terugdruk op de zuigerstangzijde is en het gewicht van het platen dus kan bijdragen aan de perskracht.
Opmerking: Het getoonde circuit is een vereenvoudigd schema. Het werkelijke circuit moet worden verbeterd om stabiele werking te bereiken.
In het getoonde hydraulisch motorcircuit wordt een direct werkende tegenwichtklep gebruikt om de roterende traagheid van de zware belasting te remmen. De tegenwichtklep is ingesteld op 800 psi (55,2 bar) en levert voortdurend terugdruk op de roterende belasting, zodat de belastingssnelheid de pompdebiet niet kan overschrijden en overspeed veroorzaakt. Dit betekent echter ook dat de ingangsdruck van de motor hoger moet zijn dan de werkdruk van de belasting plus 800 psi (55,2 bar) — dit is een nadeel. Om dit te overwinnen, kan in plaats daarvan een remsklep worden gebruikt.

Een remsklep is een normaal gesloten drukregelklep met zowel een directe als een externe bedieningsaansluiting. Beide bedieningsmethoden zijn gelijktijdig aangesloten. Remkleppen worden veel gebruikt bij hydraulische motoren en vervangen direct werkende tegenwichtkleppen in hydraulische motorcircuits.
Het remklep bestaat uit een kleplichaam, een spil, een regelpistool, een voorbelastingsveer en een veerinstelapparaat. Het kleplichaam heeft primaire, secundaire, interne regel- en externe regelkanalen.
De remklep is een normaal gesloten klep. Neem aan dat de voorbelastingsveer is ingesteld op een directe besturingsopening van 800 psi (55,2 bar). Wanneer de druk in de interne besturingsdoorgang 800 psi (55,2 bar) bereikt, beweegt de besturingszuiger omhoog en duwt de spil, waardoor de remklep opent. Wanneer de druk onder de 800 psi (55,2 bar) daalt, sluit de klep. Deze werking is identiek aan die van de directwerkende tegenwichtklep. Het oppervlak van de interne besturingszuiger is veel kleiner dan het dwarsdoorsnede-oppervlak van de spil — de verhouding van de oppervlakten bedraagt doorgaans 8:1. De externe besturingsaansluiting is meestal verbonden met de andere werklijn van de motor. Externe druk werkt op het tegenovergestelde uiteinde van de veerholte van de spil — slechts 100 psi (6,89 bar) is nodig om de klep te openen, omdat deze druk op het onderste uiteinde van de spil werkt, dat acht keer zo groot is als het oppervlak van de besturingszuiger.
Neem aan dat de remklep is ingesteld op 800 psi (55,2 bar) directe besturing. Wanneer de druk in de motorinlaatleiding 100 psi (6,89 bar) bereikt, opent de remklep en wordt de druk in de motorinlaat volledig gebruikt om de belasting te draaien (aangenomen dat 100 psi / 6,89 bar hoger is). Als de belasting te snel draait, daalt de druk in de motorinlaat, sluit de remklep en wordt de tegen-druk van 800 psi (55,2 bar) opnieuw geactiveerd, waardoor de weerstand toeneemt en de belasting vertraagt.
De remklep is een normaal gesloten drukregelklep. De werking ervan hangt direct af van de behoeften van de motorbelasting.

Figuur 11-13 Remklep. In tegenstelling tot een eenvoudige tegenwichtklep heeft de remklep zowel directe (interne) als externe (afstands-)besturing. De oppervlakteverhouding van 8:1 betekent dat slechts 100 psi externe stuurdruk nodig is om de klep te openen — zodat de motor de belasting gemakkelijk kan aandrijven, terwijl er toch een tegen-druk van 800 psi voor remming wordt geboden wanneer de belasting te snel probeert te draaien.
Behalve ontlastingskleppen en ontladingskleppen vereisen alle drukkleppen doorgaans een omgekeerde stroming om vrij te kunnen doorstromen. Normaal gesloten drukkleppen meten de druk aan de primaire aansluiting — als de stroming omkeert, daalt de druk aan de primaire aansluiting, waardoor de spil sluit en de verbinding tussen primaire en secundaire aansluiting wordt onderbroken. Aangezien omgekeerde stroming niet door normaal gesloten drukkleppen kan passeren, moet een terugslagklep worden gebruikt om dit type klep te omzeilen.
Normaal open drukkleppen meten de druk in de secundaire doorvoer — zolang de stroming omkeert, blijft de druk stroomafwaarts onder de ingestelde waarde, waardoor de kleppassage altijd open blijft; er is dan geen terugslagklep voor omgekeerde stroming nodig. In de praktijk sluit de spil echter plotseling zodra de druk aan de secundaire aansluiting boven de ingestelde waarde komt. Als voorzorgsmaatregel worden terugslagkleppen en drukverlagende kleppen vaak gecombineerd om omgekeerde stroming te garanderen.

Uit de studie in dit hoofdstuk kunnen we de belangrijkste regels voor drukregelkleppen samenvatten:

Figuur 11-15 Grafische symbolen voor alle drukregelkleppen. Opmerking: sequentiekleppen en drukverlagende kleppen hebben altijd externe afvoerleidingen (weergegeven als gestreepte lijnen naar de reservoir). Veiligheids-, ontladings- en tegenwichtkleppen gebruiken een interne afvoer.
Belangrijke termen die worden gebruikt bij drukregelkleppen: