DE10042716A1 - Entsperrbares Rückschlagventil für sehr hohe Systemdrücke - Google Patents
Entsperrbares Rückschlagventil für sehr hohe SystemdrückeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein entsperrbares Rückschlagventil, das für sehr hohe Systemdrücke verwendet werden soll, und ein Ventilgehäuse mit einer in einer Ventilachse liegenden, durchgehenden Aufnahmebohrung, einen Aufstoßkolben, der zur Entsperrung eines Schließgliedes an einem Kolbenbund mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und beidseits des Kolbenbundes an Endabschnitten von wenigstens annähernd gleichen Durchmessern in Richtung der Ventilachse geführt ist. In die Aufnahmebohrung sind auf jeder Seite des Kolbenbundes zwei Einsätze eingebracht, in die der Aufstoßkolben mit einem Endabschnitt eintaucht, wobei in einem dem Kolbenbund nahen, aus einem metallischen Material mit guten Gleiteigenschaften gefertigten, ersten Einsatz der Endabschnitt geführt ist und ein dem ersten Einsatz folgender, zweiter Einsatz eine radial am Endabschnitt des Aufstoßkolbens anliegende und axial vom ersten Einsatz abgestützte Hochdruckdichtung aufweist. Aufgrund der direkten Beaufschlagung durch die Hochdruckdichtung verformt sich bei dem bekannten Rückschlagventil der erste Einsatz und es ist ein Klemmen des Aufstoßkolbens möglich. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein entsperrbares Rückschlagventil mit den angegebenen Merkmalen so weiterzuentwickeln, daß die Neigung des Aufstoßkolbens zum Verklemmen verringert ist. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß der erste Einsatz nur über eine kurze Strecke von seiner dem Kolbenbund zugewandten Stirnseite her einen Führungsdurchmesser für ...
Description
Die Erfindung geht aus von einem entsperrbaren Rückschlagventil, das für sehr
hohe Systemdrücke verwendbar sein soll und das die Merkmale aus dem Ober
begriff des Anspruchs 1 aufweist.
Rückschlagventile erlauben ohne weiteres einen Druckmitteldurchfluß von einem
ersten Ausgang zu einem zweiten Ausgang, wobei das Schließglied durch eine
von dem Druck im ersten Ausgang erzeugte Kraft gegen den vom im zweiten
Ausgang herrschenden Druck ausgeübte Kraft und gegen die Kraft der Schließfe
der von einem Sitz abgehoben wird. Da das Schließglied üblicherweise an gleich
großen Flächen von den Drücken beaufschlagt wird, stellt sich im ersten Ausgang
ein Druck ein, der um eine der Kraft der Schließfeder äquivalente Druckdifferenz
höher als der Druck im zweiten Ausgang ist. Die Schließfeder ist nur schwach, um
die Verluste über das Ventil gering zu halten, es sei denn man will das Druckmittel
im ersten Ausgang bewußt anstauen. Die Durchströmung eines Rückschlagventils
in Richtung vom zweiten Ausgang zum ersten Ausgang ist nur durch zusätzliche
Maßnahmen möglich, durch die ein entsperrbares Rückschlagventil geschaffen
wird. Es ist dann ein Aufstoßteil vorhanden, das am Schließglied in Öffnungsrich
tung angreifen und es gegen die Kraft der Schließfeder und gegen die Druckdiffe
renz zwischen dem ersten und zweiten Ausgang vom Sitz abheben kann.
Aus der DE 197 14 505 A1 ist ein entsperrbares Rückschlagventil geoffenbart,
das alle Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Als Beispiel für
eine Verwendung eines solchen Rückschlagventils wird in der genannten Schrift
das Innenhochdruckumformen von rohrartigen Halbzeugen erwähnt. Das gezeigte
Rückschlagventil besitzt ein Ventilgehäuse mit einer durchgehenden Aufnahme
bohrung, die gestuft ist und sich im wesentlichen aus drei Abschnitten zusammen
setzt. In den zwei äußeren Abschnitten ist der Durchmesser der Aufnahmebohrung
größer als in einem mittleren Abschnitt, in den die beiden äußeren Abschnitte
in in Radialebenen liegenden Stufen übergehen. In die beiden äußeren Abschnitte
sind dem Systemdruck ausgesetzte hochfeste Einsätze und der Führung eines
Aufstoßkolbens dienende Einsätze eingebracht. Der mittlere Abschnitt der Auf
nahmebohrung ist durch einen Kolbenbund des Aufstoßkolbens in zwei Ringräu
me aufgeteilt, von denen der eine zur Steuerung des Rückschlagventils über ein
Pilotventil mit Steuerdruck beaufschlagt oder zu einem Tank entlastet werden
kann und der andere dauernd mit einem Druckmittelreservoir verbunden ist und
eine Rückstellfeder für den Aufstoßkolben enthält. Es ist festgestellt worden, daß
bei dem bekannten Rückschlagventil der Aufstoßkolben nicht immer in dem ge
wünschten Maße leichtgängig ist.
Auch in der DE 198 56 018 A1 ist ein entsperrbares Rückschlagventil geoffenbart,
das alle Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist und das eben
falls insbesondere in Anlagen zum Innenhochdruckumformen von rohrartigen
Halbzeugen verwendet wird. Bei dem in der DE 198 56 018 A1 gezeigten Rück
schlagventil ist die Klemmneigung des Aufstoßkolbens dadurch verringert worden,
daß die Aufnahmebohrung im Bereich der Einsätze und zwischen diesen, abge
sehen von eventuell vorhandenen, in axialer Richtung kurzen Eindrehungen, im
wesentlichen gleichen Durchmesser hat, so daß sie von nur einer Seite des Ven
tilgehäuses aus, also ohne Wechsel der Position des Ventilgehäuses oder des
Werkzeugs, bearbeitet werden kann. Axial zwischen zwei Einsätzen ist eine Ab
standsbuchse angeordnet, die auch bei gleich bleibendem Durchmesser der Auf
nahmebohrung für einen festen Abstand zwischen zwei Einsätzen auf verschiede
nen Seiten des Kolbenbundes sorgt. Der dem Kolbenbund nahe Einsatz auf jeder
Seite des Kolbenbundes ist aus einem metallischen Material mit guten Gleiteigen
schaften, zum Beispiel aus einer Kuper-Beryllium-Legierung gefertigt, und hat an
seinem Innendurchmesser über seine gesamte axiale Erstreckung ganz enges
Spiel zum entsprechenden Endabschnitt des Aufstoßkolbens, führt also eng auf
seiner gesamten axialen Länge den entsprechenden Endabschnitt. Trotz einer er
zielten Verbesserung gegenüber dem aus der DE 197 14 505 A1 bekannten
Rückschlagventil ist auch bei dem Rückschlagventil nach der DE 198 56 018 A1
bei sehr hohen Drücken noch ein Verklemmen des Aufstoßkolbens festgestellt
worden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein entsperrbares Rückschlag
ventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuent
wickeln, daß die Neigung des Aufstoßkolbens zum Verklemmen verringert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem entsperrbaren Rückschlagventil gemäß dem Ober
begriff des Anspruchs 1 nach der Erfindung dadurch gelöst, daß dieses Ventil zu
sätzlich mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aus
gestattet ist. Die Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, daß die Schwer
gängigkeit oder sogar das Klemmen des Aufstoßkolbens bei den bekannten Ven
tilen auch durch eine Verformung der dem Kolbenbund nahen, ersten Einsätze
bedingt ist. Die Verformung wird durch die Hochdruckdichtung hervorgerufen, die
in der Ausdrehung des zweiten Einsatzes aufgenommen ist und sich axial am er
sten Einsatz nahe an dessen Innendurchmesser abstützt. Bei sehr hohen Drücken
ist die von der Hockdruckdichtung auf den ersten Einsatz ausgeübte Kraft so groß,
daß sich der Einsatz unter Verringerung des Innendurchmessers verformt und der
Aufstoßkolben klemmt.
Gemäß der Erfindung besitzt zunächst der erste Einsatz nur über eine kurze
Strecke von seiner dem Kolbenbund zugewandten Stirnseite her einen Führungs
durchmesser für den Endabschnitt des Aufstoßkolbens. Innerhalb der bezeichne
ten Strecke verringert sich der Innendurchmesser des Einsatzes bei dessen Ver
formung nicht. Außerhalb der bezeichneten Strecke ist der Innendurchmesser des
ersten Einsatzes so groß gewählt, daß trotz einer mit der Verformung einherge
henden Verringerung des Innendurchmessers noch kein Klemmen des Aufstoß
kolbens verursacht wird. Der Abstützring, der sich axial zwischen der Hochdruck
dichtung und dem ersten Einsatz in einer zwischen den beiden Einsätzen ausge
bildeten und radial zum Endabschnitt des Aufstoßkolbens hin offenen Aufnahme
befindet, hat an seinem Außendurchmesser großes Spiel in der Aufnahme, so daß
sich durch eine Verformung bedingte Veränderungen im Durchmesser der Auf
nahme nicht auf den Abstützring auswirken. Dieser hat außerdem einen wesent
lich kleineren Außendurchmesser als die Einsätze, so daß die Angriffsstelle der
von der Hochdruckdichtung ausgeübten Kraft und die Anlagestelle des Abstütz
rings am ersten Einsatz axial wenigstens annähernd übereinander liegen und der
Abstützring auch unmittelbar kaum verformt wird. Trotz des engen Spiels zwi
schen dem Abstützring und Endabschnitt des Aufstoßkolbens, durch das verhin
dert wird, daß die Hochdruckdichtung in den Spalt zwischen dem Abstützring und
dem Endabschnitt des Aufstoßkolbens einwandert, wird bei einem erfindungsge
mäßen entsperrbaren Rückschlagventil somit durch die von der Hochdruckdich
tung in axialer Richtung auf den Abstützring und den ersten Einsatz ausgeübte
Kraft kein Klemmen des Aufstoßkolbens mehr verursacht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen entsperrbaren Rück
schlagventils kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Bevorzugt hat, wie dies im Anspruch 2 beschrieben ist, der erste Einsatz vor sei
nem Abschnitt mit dem Führungsdurchmesser radial zum Endabschnitt des Auf
stoßkolbens ein Spiel von wenigstens 1/10 mm, vorzugsweise von 2/10 mm. Da
durch ist der Abstand zum Aufstoßkolben genügend groß, um trotz Verformung
ein Klemmen zu vermeiden. Andererseits ist eine Radialdichtung zwischen Einsatz
und Endabschnitt axial noch soweit abgestützt, daß sie nicht den vorhandenen
Spalt einwandert.
Der Außendurchmesser des Abstützrings ist gemäß Patentanspruch 3 etwa 1,1
mal so groß wie der Durchmesser der Ausdrehung für die Hochdruckdichtung,
reicht radial also nur verhältnismäßig wenig über die Hochdruckdichtung hinaus,
so daß kein allzu großer Versatz zwischen der Stelle der Krafteinleitung durch die
Hochdruckdichtung und der Stelle der Anlage des Abstützrings am ersten Einsatz
auftreten kann.
Das radiale Spiel zwischen dem Abstützring und dem Endabschnitt des Aufstoß
kolbens ist gemäß Patentanspruch 4 sehr gering, damit ein Einwandern eines
Teils der Hochdruckdichtung in den Radialspalt zwischen Abstützring und Endab
schnitt des Aufstoßkolbens mit hoher Sicherheit vermieden ist.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen entsperrbaren
Rückschlagventils sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen entsperrbaren Rückschlag
ventils sowie das Prinzip einer hydraulischen Schaltung zur Innenhochdruckum
formung, innerhalb der ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil verwendbar ist,
sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfin
dung nun näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 das hydraulische Schaltbild und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungs
gemäßen Rückschlagventils.
Das Schaltbild nach Fig. 1 stellt nur einen Ausschnitt aus dem hydraulischen Teil
einer Innenhochdruckumformungsanlage dar. Wichtigstes Teil der Hydraulik einer
solchen Anlage ist ein Druckübersetzer 10, der in einem mehrteiligen Gehäuse 11
einen Differentialkolben 12 enthält, dessen Flächenverhältnis das Drucküberset
zungsverhältnis bestimmt. An einem sekundärseitigen Kolbenabschnitt 13 ist der
Durchmesser des Differentialkolbens 12 wesentlich kleiner als an einem primär
seitigen Kolbenabschnitt 14. Letzterer teilt einen Innenraum des Gehäuses 11 in
einen Ringraum 15 und einen Zylinderraum 16 auf. Die beiden Räume sind über
Arbeitsleitungen 17 und 18 mit einem proportional verstellbaren Wegeventil 19
verbunden, das in seiner mittleren Ruhestellung beide Arbeitsleitungen und damit
den Ringraum 15 und den Zylinderraum 16 über einen Tankanschluß T mit einem
Tank verbinden. In einer ersten Arbeitsstellung des Wegeventils 19 wird der
Ringraum 15 über einen Pumpenanschluß P mit einer Hydropumpe 20 verbunden,
während der Zylinderraum 16 mit dem Tank verbunden bleibt. In der anderen Ar
beitsstellung des Wegeventils 19 ist der Zylinderraum 16 mit der Hydropumpe und
der Ringraum 15 mit dem Tank verbunden.
Ein Weggeber 23 erfaßt die Position des Differentialkolbens 12 bezüglich des Ge
häuses 11.
Der Raum 24 vor der Stirnseite des sekundärseitigen Kolbenabschnitts 13 ist zum
einen über ein einfaches Rückschlagventil 25, das zu ihm hin öffnet, mit einem
Vorratsbehälter 26 verbunden, der eine Druckflüssigkeit auf Wasserbasis enthält.
Zum andern ist an den Druckraum 24 ein erfindungsgemäßes entsperrbares
Rückschlagventil 30 angeschlossen, durch das hindurch ohne weiteres Druckmit
tel aus dem Druckraum 24 zu einer Leitung 31 fließen kann, die an das umzufor
mende Halbzeug anschließbar ist. Die Leitung 31 ist außerdem über ein zu ihr hin
öffnendes Rückschlagventil 32 mit den Vorratsbehälter 26 verbunden. Im Betrieb
wird das Halbzeug über die Leitung 31 und das Rückschlagventil 32 aus dem Vor
ratsbehälter 26 mit Druckflüssigkeit gefüllt, wobei zwischen dem Vorratsbehälter
26 und dem Rückschlagventil 32 auch noch eine Pumpe angeordnet sein kann,
die eine Befüllung bis zu einem gewissen Druck bewirkt. Dann wird das Wegeven
til 19 in seine zweite Arbeitsstellung gebracht, in der dem Zylinderraum 16 des
Druckübersetzers 10 von der Pumpe 20 Hydrauliköl zugeführt wird. Der Differenti
alkolben 12 bewegt sich, nach Fig. 1 betrachtet, nach oben und verdrängt Druck
flüssigkeit aus dem Druckraum 24 über das entsperrbare Rückschlagventil 30 in
die Leitung 31, so daß sich der Druck im zu verformenden Halbzeug erhöht. Je
nachdem wie groß das Volumen des Halbzeugs, die Zunahme des Volumens
durch die Verformung und die Höhe des Enddruckes sind, ist einer oder sind meh
rere Hübe des Differentialkolbens 12 notwendig. Für einen zweiten Hub wird das
Wegeventil 19 in seine erste Arbeitsstellung gebracht, so daß der Differentialkol
ben 12 nach unten fährt und über das Rückschlagventil 25 aus dem Vorratsbehälter
26 Druckflüssigkeit in den Druckraum 24 angesaugt wird. Nach abermali
gem Umschalten des Wegeventils 19 wird wiederum aus dem Druckraum 24
Druckflüssigkeit über das Rückschlagventil 30 in die Leitung 31 gedrückt.
Nach vollendeter Verformung und Kalibrierung des Werkstücks wird das Rück
schlagventil 30 durch Anlegen eines Steuerdrucks an einen Steuerkanal 33
entsperrt, so daß der Raum innerhalb des Werkstücks und die Leitung 31 durch
Zurückfahren des Differentialkolbens 12 dekomprimiert werden können.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des Rückschlagventils 30 gehen näher aus
Fig. 2 hervor. Das dort gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rückschlagventils besitzt ein Ventilgehäuse 35, durch das eine Aufnahmebohrung
36 hindurchgeht, deren Achse als Ventilachse 37 bezeichnet sei. Die Aufnahme
bohrung 36 besitzt abgesehen von zwei mit einem Innengewinde versehenen Ab
schnitten 38 an ihren beiden Enden und abgesehen von flachen Eindrehungen 39,
40, 41, 42 und 43 weiter innen durchgehend den gleichen Durchmesser und kann
im Bereich dieses gleichen Durchmessers von nur einer Seite des Ventilgehäuses
35 aus bearbeitet werden. In die Aufnahmebohrung 36 sind insgesamt sechs Teile
axial gegeneinander verspannt eingesetzt. Zunächst sind in die Abschritte 38 der
Aufnahmebohrung 36 hochfeste Einsätze 44 und 45 eingeschraubt, von denen
jeder in der Ventilachse 37 eine Gewindebohrung 46 bzw. 47 hat, die als erster
bzw. zweiter Ausgang des Ventils dienen und an die jeweils eine Druckleitung an
geschlossen werden kann. Die Einsätze 44 und 45 tauchen über die Abschnitte 38
in den Bereich gleich bleibenden Durchmessers der Aufnahmebohrung 36 hinein
und sind darin zentriert. Der Einsatz 45 besitzt eine nach innen offene Sackboh
rung 48, die über einen engeren Kanal 49 mit der Gewindebohrung 47 verbunden
ist und die ein Schließglied 50 aufnimmt und führt, das von einer schwachen
Schließfeder 51 in Richtung aus der Sackbohrung 48 heraus belastet ist.
Dem Einsatz 45 folgt axial ein ebenfalls hochfester, scheibenförmiger Einsatz 55
mit einem zweifach gestuften zentralen Durchgang 56. Um den engsten Abschnitt
des zentralen Durchgangs herum dient der Einsatz 55 als Sitz für das Schließglied
51. Auf den Einsatz 55 folgen eine Scheibe 60 mit einem zentralen Durchgang 61,
dann eine Abstandsbuchse 62, deren Innendurchmesser wesentlich größer als der
Durchmesser des zentralen Durchgangs 61 in der Scheibe 60 ist, dann eine weite
re Scheibe 60 mit einem zentralen Durchgang 61, die identisch zur ersteren
Scheibe 60, aber entgegengesetzt zu dieser montiert ist, und dann der Einsatz 44.
Letzterer besitzt ähnlich wie der Einsatz 45 eine nach innen hin offene Sackboh
rung 63, die jedoch weniger tief als die Sackbohrung 48 ist und auch einen kleine
ren Durchmesser hat. Dieser Durchmesser entspricht bis auf geringfügige Diffe
renzen dem Durchmesser der zentralen Durchgänge 61 in den Scheiben 60 und
dem Durchmesser des mittleren Abschnitts des zentralen Durchgangs im Einsatz
55. Auch ist die Sackbohrung 63 über einen im Durchmesser engeren Kanal 64
mit der Gewindebohrung 46 verbunden.
Im Innern der Einsätze 55, 60 und 44 sowie im Innern der Abstandsbuchse 62 ist
ein Aufstoßkolben 70 aufgenommen, mit dessen Hilfe das Schließglied 50 gegen
die Kraft der Schließfeder 51 und gegen eine vom Druck im zweiten Ausgang 47
des Ventils erzeugte Kraft von seinem Sitz abgehoben werden kann.
Der Aufstoßkolben besitzt einen sich innerhalb der Abstandsbuchse 62 befindli
chen Kolbenbund 71, der den von den Scheiben 60 und der Abstandsbuchse 62
umschlossenen Raum in zwei Ringräume 72 und 73 aufteilt. Der Ringraum 72
kann über einen Außenanschluß 75 und mithilfe eines nicht näher dargestellten
Pilotventils mit einem Steuerdruck beaufschlagt oder von Druck entlastet werden.
In dem Strömungspfad zwischen dem Außenanschluß 75 und dem Ringraum 72
liegen die Ausdrehung 40 des Ventilgehäuses 35 und eine Schrägbohrung 76 in
der Abstandsbuchse 62. Der andere Ringraum 73 ist für einen Volumenausgleich
und zum Abführen von Leckflüssigkeit über einen zweiten Außenanschluß 77 mit
einem Ölbehälter verbunden und nimmt außerdem eine Rückstellfeder 78 für den
Aufstoßkolben 70 auf. Außerdem befindet sich in dem Ringraum 73 radial zwi
schen der Rückstellfeder und der Abstandsbuchse 62 eine Buchse 74, durch die
der Hub des Aufstoßkolbens 70 begrenzt ist. Dieser schlägt also an die Scheibe
60 nicht nahe an deren Innendurchmesser an, wo auch wegen einer sich in einem
geringen Abstand zu der dem Ringraum 73 zugewandten Stirnseite befindlichen
und eine Dichtung 68 aufnehmenden Ringnut 69 der Scheibe 60 die Gefahr einer
Materialverformung bestünde.
Auf beiden Seiten des Kolbenbundes 71 besitzt der Aufstoßkolben wellenzapfen
artige Endabschnitte 79 und 80, mit denen er durch die zentralen Durchgänge 61
der Scheiben 60 hindurch und in die Sackbohrung 63 des Einsatzes 44 bzw. in
den zentralen Durchgang 56 des Einsatzes 55 eintaucht. Zum Schließglied 50 hin
ist der eine Endabschnitt 80 durch einen Finger 81 verlängert, der durch den eng
sten Abschnitt des zentralen Durchgangs 56 des Einsatzes 55 hindurch das
Schließglied 50 beaufschlagen kann. In der gezeigten Ruhelage des Aufstoßkol
bens 70 besteht ein geringer Abstand zwischen dem Finger 81 und dem Schließ
glied 50. Der Strömungspfad zwischen den Ausgängen 46 und 47 des Ventils führt
axial durch den Aufstoßkolben 70 hindurch, der dazu eine lange Axialbohrung 82,
die sich in die Sackbohrung 63 des Einsatzes 44 hinein öffnet, und mehrere kleine
Schrägbohrungen 83 am Fuße des Fingers 81 aufweist.
In einer den axial zur einen Scheibe 60 hin offenen und weitesten Abschnitt des
zentralen Durchgangs 56 des Einsatzes 55 bildenden Ausdrehung 84 ist eine
Hochdruckdichtung 86 aufgenommen, die vom in dem Durchgang 56 anstehenden
Hochdruck axial in Richtung auf die Scheibe 60 zu beaufschlagt wird, aber natür
lich auch radial zum Aufstoßkolben 70 hin wirkt. Vorliegend besteht die Hoch
druckdichtung aus einem am Aufstoßkolben anliegenden Führungsring, einem in
einer radial nach außen offenen Nut des Führungsrings liegenden gummielasti
schen O-Ring und einem außen an einer konisch zulaufenden Fläche am Füh
rungsring anliegenden metalischen Ring in Keilform. Radial wirkt auch die Dich
tung 68 in der Ringnut 69 der Scheibe 60. Gleiche Dichtungen 68 und 86 befinden
sich in einer Ausdrehung 84 des Einsatzes 44 und in einer Ringnut 69 der anderen
Scheibe 60.
Die Hochdruckdichtungen 86 werden vom Hochdruck nicht unmittelbar an die
Scheiben 60 angedrückt. Vielmehr hat jede Scheibe 60 eine axial zum Einsatz 44
bzw. 55 und radial zum Endabschnitt 79 bzw. 80 des Aufstoßkolbens 70 hin offene
Aufnahme 87, von der ein Abstützring 88 aufgenommen ist, der aus demselben
gute Gleiteigenschaften aufweisenden Material wie die Scheiben 60, zum Beispiel
einer Kuper-Beryllium-Legierung, besteht und der mit dem engen Spiel von etwa
2/100 mm am Endabschnitt 79 bz. 80 geführt ist. An diesem Abstützring 88 liegt
die Hochdruckdichtung 86 an. Der Außendurchmesser des Abstützrings 88 ist nur
etwa 1,1 mal so groß wie der Außendurchmesser der Hochdruckdichtung 86 und
der diese aufnehmenden Ausdrehung 84, während der Außendurchmesser der
Scheiben 60 mehr als 2,5 mal so groß ist. Der Durchmesser der Aufnahme 87 ist
um wenigstens soviel größer als der Außendurchmesser des Abstützrings 88, daß
dieser auch bei einer Verringerung des Durchmessers der Aufnahme aufgrund an
der Scheibe 60 angreifender Kräfte von radial außen nicht belastet wird. Bei Ein
leitung einer Kraft von der Hochdruckdichtung 86 auf den Abstützring 88 wird die
se Kraft auf jeden Fall radial nicht weiter draußen als am Außendurchmesser des
Abstützrings und damit fast genau gegenüberliegend an die Scheibe 60 weiterge
geben. In axialer Richtung sind die Aufnahme 87 und der Abstützring 88 so be
messen, daß der Abstützring eine genügend große Formsteifheit auch bei maxi
mal möglichen radialen Versatz der Kraftüberleitungsstellen zwischen ihm, der
Hochdruckdichtung und der Scheibe 60 hat. Vorliegend erstreckt sich dafür der
Abstützring axial etwa über 1/5 der axialen Länge der Scheiben 60. Er könnte
auch länger sein, wobei dann jedoch mehr spanende Bearbeitung der Scheiben
60 notwendig wäre.
Der Innendurchmesser der Scheiben 60 ist in dem Abschnitt 90 zwischen deren
dem Ringraum 72 bzw. 73 zugekehrten Stirnseite und der Ringnut 69, also von
der Stirnseite her nur über eine kurze Strecke, nur geringfügig größer als der
Durchmesser eines Endabschnitts 79, 80 des Aufstoßkolbens. Im Abschnitt 90 ei
ner Scheibe 60 ist ein Endabschnitt 79, 80 des Aufstoßkolbens 70 mit einem radialen
Spiel von 1/100 mm bis 2/100 mm geführt. Zwischen der Ringnut 69 und
der Aufnahme 87 besteht zwischen einer Scheibe 60 und einem Endabschnitt 79,
80 ein größerer radialer Spalt mit einer Breite im Bereich von 2/10 mm. Dieser
Spalt, der in Fig. 2 der Deutlichkeit halber stark vergrößert eingezeichnet ist, ist
groß genug, um bei einer während des Betriebs erfolgenden Verformung einer
Scheibe 60 durch die von einer Hochdruckdichtung 86 über einen Abstützring 88
auf sie ausgeübte Kraft eine feste Anlage der Scheibe an einen Endabschnitt 79,
80 des Aufstoßkolbens 70 und damit dessen Klemmen zu vermeiden.
Bei dem gezeigten Ventil sind die Trennfugen zwischen der einen Scheibe 60 und
dem Einsatz 44, zwischen der anderen Scheibe 60 und dem Einsatz 55 und zwi
schen dem Einsatz 55 und dem Einsatz 45 sowie der axial zwischen der Dichtung
69 und einem Abstützring 88 befindliche Radialspalt zwischen einer Scheibe 60
und einem Endabschnitt 79, 80 des Aufstoßkolbens 70 von Druck entlastet. Für
die Druckentlastung zwischen den beiden Einsätzen 55 und 45 ist die dem Einsatz
45 zugewandte Stirnseite des Einsatzes 55 im Abstand zur Ventilachse 37 nach
außen hin leicht konisch ausgebildet, so daß einerseits zur radialen Abdichtung
die Einsätze 45 und 55 weit innen stramm aneinander liegen können und anderer
seits ein in seiner axialen Ausdehnung radial nach außen hin zunehmender Ring
raum geschaffen ist, aus dem Leckageflüssigkeit über eine Gehäusebohrung ab
geführt wird.
Für die Druckentlastung zwischen den Scheiben 60 und den Einsätzen 44 und 55
gehen durch jede Scheibe 60 mehrere Radialbohrungen 93 hindurch, die innen in
eine Aufnahme 87 münden und außen zu einer Eindrehung 39 bzw. 42 hin offen
sind. In der einer Scheibe 60 zugekehrten Stirnseite eines Abstützrings 88 befin
den sich zwei oder mehr von der Innenseite bis zur Außenseite verlaufende Fur
chen 94, über die der Radialspalt zwischen einer Scheibe 60 und dem Endab
schnitt 79, 80 des Aufstoßkolbens 70 mit dem Radialspalt zwischen einem Ab
stützring 88 und einer Scheibe 60 verbunden ist. Das in die Eindrehungen 39 und
42 aufgrund von Leckage gelangende Druckmittel wird durch Gehäusebohrungen
95 abgeführt. Somit sind die Scheiben 60 nirgends dem in den Ausgängen 46 und
47 des Ventils möglichen Höchstdruck ausgesetzt und können hinsichtlich der
Materialauswahl ganz auf ihre Funktion als Führungen für den Aufstoßkolben 70
abgestimmt werden. Sie sind vornehmlich aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung
hergestellt. Die Einsätze 44, 45 und 55 dagegen sind im Betrieb durch den
Höchstdruck belastet und deshalb aus einem hochfesten Material hergestellt. Die
Passung zwischen den Endabschnitten 79 und 80 des Aufstoßkolbens und den
Einsätzen 44 und 55 ist so gewählt, daß die Führung des Aufstoßkolbens 70 in
den Scheiben 60 stattfindet.
Die Dichtungen in der Scheibe 60 zwischen der Abstandsbuchse 62 und dem Ein
satz 55 dichten Räume gegeneinander ab, in denen im wesentlichen gleicher
Druck herrscht. Ihre Funktion besteht im wesentlichen darin, verschiedene Druck
flüssigkeiten voneinander zu trennen. Der Ringraum 73 ist nämlich üblicherweise
mit Öl gefüllt, während das für die Hochdruckumformung benutzte Druckmittel
Wasser ist.
Bei Verwendung des in Fig. 2 gezeigten entsperrbaren Rückschlagventils in der
hydraulischen Schaltung nach Fig. 1 ist der erste Ausgang 46 mit dem Druck
raum 24 des Druckübersetzers 10 und der zweite Ausgang 47 mit der Leitung 31
verbunden. Wenn der Druckübersetzer Wasser aus dem Druckraum 24 verdrängt,
fließt dieses über die Kanäle 64, 82, 83, 56, über das von seinem Sitz abgehobe
ne Schließglied 50 und über den Kanal 49 im Einsatz 45 zum zweiten Ausgang
47. Für die schon erwähnte Dekompression des flüssigen Umformmittels wird der
Ringraum 72 über den Außenanschluß 75 mit Steuerdruck beaufschlagt, so daß
sich der Aufstoßkolben 70 auf das Schließglied 50 zu bewegt und dieses von sei
nem Sitz abhebt. Das Abheben geschieht dabei gegen die Kraft der Rückstellfeder
78 und gegen eine Druckkraft, die durch eine eventuelle Druckdifferenz zwischen
den Ausgängen 45 und 46 und durch unterschiedliche Angriffsflächen für die
Drücke in den Ausgängen 46 und 47 am Schließglied 50 bedingt ist, und gegen
die praktisch vernachlässigbar kleine Kraft der Schließfeder 51. Die Druckkraft
kann zwar durch eine druckgesteuerte Bewegung des Differentialkolbens 12 zu
Beginn praktisch zu null gemacht werden. Allerdings muß bei der dann folgenden
Dekompression je nach der gewünschten Schnelligkeit, mit der diese stattfindet,
eine mehr oder weniger große Druckflüssigkeitsmenge aus der Leitung 31 über
das Ventil 30 in den Druckraum 24 strömen, wodurch über das Schließglied 50
eine Druckdifferenz auftritt. Gegen diese Druckdifferenz muß das Schließglied
vom Aufstoßkolben 70 offengehalten werden. Dies wird aufgrund des großen
Durchmessers des Kolbenbundes 71 mit Steuerdrücken erreicht, die heute übli
cherweise mit Hydropumpen aufgebaut werden können.
Claims (7)
1. Entsperrbares Rückschlagventil für sehr hohe Systemdrücke mit einem
Ventilgehäuse (35) mit einer in einer
Ventilachse (37) liegenden, durchgehenden Aufnahmebohrung (36),
mit einem in Schließrichtung durch eine Schließfeder (51) vorgespannten und in Richtung der Ventilachse (37) bewegbaren Schließglied (50),
mit einem Aufstoßkolben (70), der zur Entsperrung des Schließgliedes (50) an ei nem Kolbenbund (71) mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und beidseits des Kolbenbundes (71) an Endabschnitten (79, 80) von wenigstens annähernd glei chen Durchmessern in Richtung der Ventilachse (37) geführt ist,
und mit zwei in die Aufnahmebohrung (36) eingebrachten Einsätzen (44, 60, 55, 60) auf jeder Seite des Kolbenbundes (71), in die der Aufstoßkolben (70) mit ei nem Endabschnitt (79, 80) eintaucht, wobei in einem dem Kolbenbund (71) nahen, aus einem metallischen Material mit guten Gleiteigenschaften gefertigten Einsatz (60) der Endabschnitt (79, 80) geführt ist und ein dem ersten Einsatz (60) folgen der, zweiter Einsatz (44, 55) in einer radial zu dem Endabschnitt (79, 80) und axial zum ersten Einsatz (60) hin offenen Ausdrehung (84) eine radial am Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) anliegende und axial vom ersten Einsatz (60) abgestützte Hochdruckdichtung (86) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Einsatz (60) nur über eine kurze Strecke von seiner dem Kolben bund (71) zugewandten Stirnseite her einen Führungsdurchmesser für den End abschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) besitzt
und daß axial zwischen der Hochdruckdichtung (86) und dem ersten Einsatz (60) in einer zwischen den beiden Einsätzen (44, 60, 55, 60) ausgebildeten und radial zum Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) offenen Aufnahme (87), deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Außendurchmesser der Einsätze (44, 60, 55, 60) ist, ein Abstützring (88) angeordnet ist, der ebenfalls aus einem metalli schen Material mit guten Gleiteigenschaften besteht und der mit engem Spiel zum Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) und mit großem radialen Spiel zur Aufnahme (87) hergestellt ist.
mit einem in Schließrichtung durch eine Schließfeder (51) vorgespannten und in Richtung der Ventilachse (37) bewegbaren Schließglied (50),
mit einem Aufstoßkolben (70), der zur Entsperrung des Schließgliedes (50) an ei nem Kolbenbund (71) mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und beidseits des Kolbenbundes (71) an Endabschnitten (79, 80) von wenigstens annähernd glei chen Durchmessern in Richtung der Ventilachse (37) geführt ist,
und mit zwei in die Aufnahmebohrung (36) eingebrachten Einsätzen (44, 60, 55, 60) auf jeder Seite des Kolbenbundes (71), in die der Aufstoßkolben (70) mit ei nem Endabschnitt (79, 80) eintaucht, wobei in einem dem Kolbenbund (71) nahen, aus einem metallischen Material mit guten Gleiteigenschaften gefertigten Einsatz (60) der Endabschnitt (79, 80) geführt ist und ein dem ersten Einsatz (60) folgen der, zweiter Einsatz (44, 55) in einer radial zu dem Endabschnitt (79, 80) und axial zum ersten Einsatz (60) hin offenen Ausdrehung (84) eine radial am Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) anliegende und axial vom ersten Einsatz (60) abgestützte Hochdruckdichtung (86) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Einsatz (60) nur über eine kurze Strecke von seiner dem Kolben bund (71) zugewandten Stirnseite her einen Führungsdurchmesser für den End abschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) besitzt
und daß axial zwischen der Hochdruckdichtung (86) und dem ersten Einsatz (60) in einer zwischen den beiden Einsätzen (44, 60, 55, 60) ausgebildeten und radial zum Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) offenen Aufnahme (87), deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Außendurchmesser der Einsätze (44, 60, 55, 60) ist, ein Abstützring (88) angeordnet ist, der ebenfalls aus einem metalli schen Material mit guten Gleiteigenschaften besteht und der mit engem Spiel zum Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) und mit großem radialen Spiel zur Aufnahme (87) hergestellt ist.
2. Entsperrbares Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Einsatz (60) vor seinem Abschnitt (72) mit dem Führungs
durchmesser radial zum Endabschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) ein Spiel
von wenigstens 1/10 mm, vorzugsweise von 2/10 mm, hat.
3. Entsperrbares Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Abstützrings (88) etwa 1,1 mal so
groß wie der Durchmesser der Ausdrehung für die Hochdruckdichtung (86) ist.
4. Entsperrbares Rückschlagventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das radiale Spiel zwischen dem Abstützring (88) und dem End
abschnitt (79, 80) des Aufstoßkolbens (70) im Bereich von 1/100 mm bis 2/100 mm
liegt.
5. Entsperrbares Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß sich die Aufnahme (87) für den Abstützring (88) ganz
im ersten Einsatz (60) befindet.
6. Entsperrbares Rückschlagventil nach einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung des Abstützrings (88) etwa
1/5 der axialen Erstreckung des ersten Einsatzes (60) beträgt.
7. Entsperrbares Rückschlagventil nach einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß sich in wenigstens einer der axiale aneinander lie
genden Flächen von erstem Einsatz (60) und Abstützring (88) wenigstens eine
vom Innendurchmesser der Fläche bis zum Außendurchmesser des Abstützrings
(88) reichende Furche (94) befindet und daß von dem Spalt am Außendurchmes
ser des Abstützrings (88) ein Leckagekanal (93, 39, 42, 95) nach außen führt.
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US6820645B2 (en) | 2004-11-23 |
EP1313953A1 (de) | 2003-05-28 |
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Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BOSCH REXROTH AG, 70184 STUTTGART, DE Owner name: BOSCH REXROTH AG, 70184 STUTTGART, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |