DE10018576B4

DE10018576B4 - Sitz- und Halteventil

Info

Publication number: DE10018576B4
Application number: DE10018576A
Authority: DE
Inventors: Rolf Beils; Willy Kussel
Original assignee: Tiefenbach Bergbautechnik GmbH
Current assignee: Tiefenbach Bergbautechnik GmbH
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-04-15
Also published as: US6375154B1; DE10018576A1

Abstract

Hydraulisches Sitz- und Halteventil zum hydraulischen Steuern und zum leckagefreien Halten einer hydraulischen Belastung mittels einer Sitzpaarung (12) zum Verschließen der Lastkammer (Pumpenanschlußkammer (7)) gegenüber der unbelasteten Kammer (Verbraucheranschlußkammer (6)) des Ventils;
Die Sitzpaarung besteht
aus dem Ventilsitz, welcher in dem Ventilgehäuse zwischen Lastkammer (7) und der unbelasteten Kammer (6) befestigt und als Kegelzone ausgebildet ist sowie
aus dem Ventilkolben, der an einem Ventilschaft befestigt und dessen Umfang kegelig ausgebildet ist, wobei der Ventilschaft in dem Ventilgehäuse geradgeführt ist;
Kennzeichnen:
der Ventilkolben ist gegenüber dem Ventilsitz schwenkbar gelagert und der Ventilschaft ist gegenüber dem Ventilgehäuse schwenkbar gelagert und mit seitlichem Spiel geführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sitz- und Halteventil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Ein derartiges Ventil ist allgemein bekannt. Es dient zum hydraulischen Steuern und zum leckagefreien Halten eines belasteten hydraulischen Antriebs, z.B. einer hydraulischen Zylinder/Kolbeneinheit.
In der Wasserhydraulik kommt es für ein Halteventil ganz besonders auf Dichtigkeit im Haltebetrieb an. Es kann festgestellt werden, daß Undichtigkeiten bei hohen Drücken von z.B. 300 bar innerhalb weniger Sekunden zur Zerstörung des Ventils führen.
Es kommt daher in der Wasserhydraulik ganz besonders auf eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung der Sitzpaarung des Ventilsitzes an. Das bedeutet, daß der Ventilsitz genau mit geringsten Toleranzen auf den Ventilkegel abgestimmt sein muß. Dazu gehört nicht nur die Obereinstimmung hinsichtlich der Kegelwinkel sondern auch die Kongruenz hinsichtlich der Kegelachsen von Sitz und Kegel. Diese hohe Präzision bei der Herstellung ist zum einen schwierig zu erreichen und schwierig reproduzierbar, zum anderen aber auch sehr kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein absolut dichtes Halteventil zu schaffen, das von der Herstellungstoleranz weitgehend unabhängig und daher mit guter Reproduzierbarkeit und geringen Kosten herstellbar ist. Das Ventil soll verschleiß- und störungsfrei arbeiten und dabei robust und sicher sein.

Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß sich eine von der hydraulischen Belastung abhängige Abdichtung ergibt, so daß auch eine hohe Belastung nicht zu Undichtigkeit führt.

Aus der DE 1909 359 U geht ein Ventil hervor, bei dem der Ventilkolben gegenüber dem Ventilschaft und dem Ventilsitz schwenkbar und achsorthogonal verlagerbar ist. Das Ventil dient zum Absperren eines Manometeranschlusses und nicht zur Steuerung eines Fluidstroms.

Die DE 2701 162 A1 beschreibt ein hydraulisches Steuerventil, bei dem sich ein so genannter Ventilkegel 27 gegenüber dem Gehäuse und dem Ventilsitz verschwenken und achsorthogonal verlagern kann. Der Ventilkegel ist jedoch mit einer Halbkugelförmigen Dichtfläche versehen.

Die US 2 358 950 zeigt und beschreibt ein Steuerventil, bei dem sich der Ventilkolben in den Ventilsitz einarbeitet. Ventilsitz und – Kolben weisen unterschiedliche Öffnungswinkel auf. Der Ventilkolben ist jedoch gegenüber dem Ventilsitz nicht verschwenkbar.

Das Ventil nach der Erfindung ist immer dann nützlich, wenn an dem Ventil eine hohe hydraulische Last ansieht, die leckagefrei gehalten werden muß. Diese Last kann z.B. von außen auf eine Zylinder/Kolbeneinheit einwirken, aber auch von einer Pumpe ausgeübt werden, an der mehrere Verbraucher hängen, so daß das Ventil eine Dauerlast halten muß.

Das gegenseitige Anpassen wird nach Anspruch 2 noch dadurch unterstützt, daß die Kegelwinkel der Sitzpaarung unterschiedlich ausgebildet werden. Die Abweichung beträgt vorzugsweise zwischen 2,5 und 8°. Dadurch ergibt sich eine kreisförmige Linienberührung, die zu einer hohen Flächenpressung führt, so daß sich Ventilkegel und Ventilsitz gut einander anpassen.

Vorzugsweise ist der Kegelwinkel des Ventilkolbens kleiner als der Kegelwinkel des Ventilsitzes (Anspruch 3).

Die Ausbildung nach Anspruch 4 erlaubt es, den Ventilkegel sicher zu führen und hohe Drücke zu handhaben, gleichzeitig aber die Schwenkbarkeit des Ventilkegels so zu gewährleisten, daß sich eine gleichmäßige Flächenpressung in der Sitzpaarung ergibt.

Die Maßnahmen nach Anspruch 5 und 6 dienen dem Zweck, die notwendigen Freiheitsgrade des Ventilschaftes zur Ausführung der Schwenkbewegung in geeigneter Weise zu ermöglichen.

Eine Kombination eines Halteventils mit einem Steuerventil ergibt sich aus Anspruch 7.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
1 den Schnitt durch ein Halte- und Sitzventil
Das Ausführungsbeispiel des Halte- und Sitzventils nach dieser Erfindung dient zum zum leckagefreien Halten eines nicht dargestellten Verbrauchers, z.B. einer hydraulischen Zylinder/Kolbeneinheit, die unter einer Last, d.h. einem hohen Druck steht, sowie zum hydraulischen Steuern und Absenken des Kolbens.
In einem Außengehäuse 1 ist das Ventilgehäuse 2 gelagert und durch Dichtungen 21 abgedichtet. Hierzu wird die zentrale Kammer des Außengehäuses 1 durch die Abschlußkappe 3 abgeschlossen. In dem Ventilgehäuse 2 ist der Ventilschaft 5 an einem Ende in einem Führungskörper 4 geradgeführt. Der Ventilschaft 5 bildet gegenüber dem Ventilgehäuse

– zwischen der Abschlußkappe 3 und dem Führungskörper 4 die Ausgleichkammer 11
– zwischen dem Führungskörper 4 und der Sitzpaarung 12 die Pumpenanschlußkammer 7,
– zwischen der Sitzpaarung 12 und seinem von der Ausgleichskammer 11 abgewandten Führungsende 9 die Verbraucheranschlußkammer 6, und
– zwischen dem Rücklaufbund 26 und dem Führungsende 9 die Rücklaufkammer 8,
– zwischen der Stirnseite des Führungsendes 9 und der Endkammer des Außengehäuses die Steuerkammer 17.

Mit der Rücklaufkammer 8 ist die Ausgleichkammer 11 durch den Ausgleichskanal 10 und den radialen Ausgleichskanal 16 verbunden. Daher ist die Ausgleichkammer 11 druckentlastet.
Das Führungsende 9 des Ventilschaftes wird durch eine Endkappe 23 gebildet, welche auf das betroffene Ende des Ventilschaftes aufgeschraubt ist. Die Länge des Führungsendes 9 ist relativ gering. Der Durchmesser des Führungsendes 9 ist geringer als der Innendurchmesser des Ventilgehäuses in dem Längsbereich, in dem das Führungsende 9 geführt ist. Das Spiel wird durch eine elastische Dichtung (Schwenkdichtung) 18 überbrückt. Dadurch bildet die Endkappe 23 am Ende des Ventilgehäuses in dem Außengehäuse die Steuerkammer 17. Die
Kammern des Ventils sind

– über Pumpenanschluß P mit der Pumpe,
– über Verbraucheranschluß A mit dem Verbraucher,
– über Rücklaufanschluß R mit dem Tank und
– über Steuerkanal St mit einem nicht dargestellten Steuerdruckgeber verbunden.

Zum Steuern, d.h. zur Verbindung und zum Verschließen der Pumpenanschlußkammer 7 gegenüber der Verbraucheranschlußkammer 6 besitzt der Ventilschaft 5 einen kreiszylindrischen Steuerbund 15 sowie eine Sitzpaarung 12 zum leckagefreien Verschließen der Pumpenanschlußkammer 7. Wie 2 in Vergrößerung zeigt, besteht die Sitzpaarung 12 aus einem Ventilkegel 13 in Form eines Kegelstumpfes und einer kegeligen Sitzfläche (Ventilsitz) 14. Der Ventilkegel 13 entspricht mit seiner kleineren Schnittfläche der Zylinderfläche des Steuerbundes 15. Der Kegelmantel des Sitzes verbindet den Innenumfang der Pumpenanschlußkammer 7 mit dem Innenumfang der Verbraucheranschlußkammer 6.
Der Kegelwinkel des Ventilsitzes 14 ist geringfügig, vorzugsweise zwischen 2° und 8° größer als der Kegelwinkel des Ventilkegels 13. Dadurch entsteht zwischen dem Ventilsitz 14 und dem Ventilkegel 13 zunächst eine kreisförmige Anlage. Das hat den Vorteil, daß sich trotz Fertigungsungenauigkeiten und Fluchtungsfehlern der Kegelachsen 24 des Ventilsitzes und 25 des Ventilkegels die Sitzflächen des Ventilsitzes und des Ventilkegels in einander einarbeiten, so daß eine genaue Passung und Dichtung entsteht.
Der Ventilschaft ist an seinem Ende, das von dem Führungsende 9 abgewandt ist, in einem Führungskörper 4 geradgeführt.
Der Außenumfang des Führungskörpers 4 besitzt gegenüber dem Innenumfang der Abschlußkappe 3 ein geringes Spiel. Dieses Spiel wird zur Abdichtung der Pumpenanschlußkammer 7 gegenüber der Ausgleichkammer 11 durch die Spieldichtung 19 überbrückt. Weiter ist der Führungskörpers 4 auf seiner von der Ausgleichkammer 11 abgewandten Seite schwach kugelig ausgebildet wie die Vergrößerung nach 2 zeigt. Die Stirnseite des als Einsatzbuchse ausgebildeten Ventilgehäuses weist eine entsprechende Kalotte auf, in der der Führungskörpers 4 liegt und schwenkbar ist.
Desweiteren besitzt der Zylindermantel des Steuerbundes 15 ein geringes Spiel gegenüber dem Innenmantel des Ventilgehäuses. Dadurch ist es möglich, daß der Ventilschaft um sein Führungsende schwenkt und der Ventilkegel sich dem Sitzkegel anpaßt. Die Kegelachsen können sich so ausrichten, daß zum Einarbeiten eine genaue und gleichmäßige kreisringförmige Berührung zwischen dem Ventilkegel und dem Sitzkegel erfolgt.
Der Verschluß der Sitzpaarung erfolgt durch die Belastung des Ventilschaftes mit einer Schließfeder 22, die in der Ausgleichskammer 11 angeordnet ist und auf das Ende der Ventilschaftes einwirkt, der in die Ausgleichskammer 11 hineinragt.
Das Öffnen der Sitzpaarung erfolgt durch die Druckbeaufschlagung der Steuerkammer 17 am anderen Ende des Ventilschaftes 5.
Durch ein solches Öffnen wird gleichzeitig die Verbraucheranschlußkammer 6 gegenüber der Rücklaufkammer 8 verschlossen, da der Rücklaufbund 26 der Endkappe 23 insoweit dem Innenumfang des Ventilgehäuses zwischen der Verbraucheranschlußkammer und der Rücklaufkammer 8 angepaßt ist.

1: Außengehäuse
2: Ventilgehäuse
3: Abschlußkappe
4: Führungskörper
5: Ventilschaft
6: Verbraucheranschlußkammer
7: Pumpenanschlußkammer 7
8: Rücklaufkammer
9: Steuerkammer
10: Ausgleichskanal
11: Ausgleichkammer
12: Sitzpaarung
13: Ventilkegel
14: Ventilsitz
15: Steuerbund
16: Ausgleichskanal
17: Steuerkammer
18: Dichtung, Schwenkdichtung
19: Spieldichtung
20: Dichtung
21: Dichtung
22: Schließfeder 22
23: Endkappe 23
24: Kegelachse 24 des Ventilsitzes
25: Kegelachse 25 des Ventilkegels
26: Rücklaufbund 26

Claims

Hydraulisches Sitz- und Halteventil zum hydraulischen Steuern und zum leckagefreien Halten einer hydraulischen Belastung mittels einer Sitzpaarung (12) zum Verschließen der Lastkammer (Pumpenanschlußkammer (7)) gegenüber der unbelasteten Kammer (Verbraucheranschlußkammer (6)) des Ventils; Die Sitzpaarung besteht aus dem Ventilsitz, welcher in dem Ventilgehäuse zwischen Lastkammer (7) und der unbelasteten Kammer (6) befestigt und als Kegelzone ausgebildet ist sowie aus dem Ventilkolben, der an einem Ventilschaft befestigt und dessen Umfang kegelig ausgebildet ist, wobei der Ventilschaft in dem Ventilgehäuse geradgeführt ist; Kennzeichnen: der Ventilkolben ist gegenüber dem Ventilsitz schwenkbar gelagert und der Ventilschaft ist gegenüber dem Ventilgehäuse schwenkbar gelagert und mit seitlichem Spiel geführt.
Ventil nach Anspruch 1, Kennzeichnen: die Kegelwinkel von Ventilkolben und -sitz sind unterschiedlich, wobei die Abweichung vorzugsweise zwischen 2,5 und 8° beträgt.
Ventil nach Anspruch 2, Kennzeichnen: der Kegelwinkel des Ventilkolbens ist kleiner als der Kegelwinkel des Ventilsitzes.
Ventil nach Anspruch 1, Kennzeichnen: der Ventilschaft ist an einem Ende (Führungsende) dadurch mit Spiel geradgeführt, abgedichtet und schwenkbar gelagert, daß die Führungslänge derart verkürzt ist, daß der Ventilschaft die gewünschte Schwenkbewegung ausführen kann.
Ventil nach Anspruch 9, Kennzeichnen: der Ventilschaft ist an seinem von dem Führungsende abgewandten Ende in einem Führungskörper mit seitlichem Spiel geradgeführt, welcher in dem Ventilgehäuse mit seitlichem Spiel abgestützt ist.
Ventil nach Anspruch 5, Kennzeichnen: der Führungskörper ist gegenüber dem Ventilgehäuse in einer Kugelkalotte abgestützt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Kennzeichnen: das Ventil ist ein 3/2-Wageventil.