Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Versorgung einer hydraulischen
Maschine auch bei einer größeren Leckage
sicherzustellen.
Diese
Aufgabe wird bei einem hydraulischen Sicherheitsventil der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
daß ein
Kanal vorgesehen ist, der einen Raum an einer Stirnseite mit einem
Raum an der anderen Stirnseite des Schiebers verbindet, wobei der Kanal
als Drosselkanal ausgebildet ist.
Mit
dieser Ausgestaltung kann man die zu versorgende hydraulische Maschine
oder Anlage über
zwei parallel geführte
Leitungen mit der Druckquelle verbinden. Wenn eine Leckage in einer
Leitung auftritt, dann stellt das Sicherheitsventil sicher, daß die Versorgung
der hydraulischen Maschine mit Wasser über die andere Leitung erfolgt.
Die Leitung, an der die Leckage aufgetreten ist, wird hingegen abgesperrt.
Da in jeder Stellung des Schiebers ein Strömungspfad zwischen dem Eingang
und mindestens einem Ausgang gebildet ist, setzt das Sicherheitsventil
der Versorgung der hydraulischen Maschine auch keinen größeren Strömungswiderstand
entgegen. Druckverluste sind zwar nicht zu vermeiden. Es erfolgt
im Sicherheitsventil aber keine echte Drosselung des Stromes der
Hydraulikflüssigkeit.
Das Sicherheitsventil ähnelt
einem Wechselventil, wie es beispielsweise als "Shuttle Valve Type: SV50" von der BiS Valves
Ltd. vertrieben wird. Es wird allerdings nicht nur in umgekehrter
Richtung betrieben, auch der innere Aufbau unterscheidet sich insbesondere dadurch,
daß der
Schieber an jedem Ausgang an einer Dichtfläche zur Anlage kommt, die praktisch senkrecht
zu seiner Bewegungsrichtung steht. Damit wird es ausgeschlossen,
daß durch
die Anlage des Schiebers an der Gegenfläche Klemmkräfte auf den Schieber erzeugt
werden, die den Schieber in einer einmal eingenommenen Position
festhalten könnten. Der
Schieber ist vielmehr frei in seiner Bewegung, so daß er bei
einem Druckabfall an einem Ausgang sofort an diesen Ausgang wechseln
kann, um diesen Ausgang zu verschließen. Über den Kanal erfolgt im normalen
Betrieb ein permanenter Druckausgleich zwischen den beiden Seiten
des Schiebers, so daß auf
beiden Seiten des Schiebers im wesentlichen der gleiche Druck herrscht.
Im Fehlerfall, d. h. wenn an einem Ausgang ein Druckabfall erfolgt,
reicht der am anderen Ausgang anstehende Druck aus, um den Schieber
zu dem fehlerbehafteten Ausgang zu verschieben und diesen zu versperren.
Damit nimmt man zwar in Kauf, daß durch den Kanal eine kleinere Menge
an Hydraulikflüssigkeit
austritt. Dies ist, wie gesagt, aber unkritisch, solange die Hydraulikflüssigkeit
durch Wasser gebildet ist. Da der Kanal als Drosselkanal ausgebildet
ist, erlaubt er zwar einen Druckausgleich. Er verhindert aber den
Durchtritt von größeren Mengen
an Flüssigkeit].
Vorzugsweise
ist der Schieber einstückig ausgebildet.
Die einstückige
Ausbildung hat den Vorteil, daß keine "Anbauteile", wie Dichtungen
oder Gleitschienen, existieren, die sich vom Schieber lösen und
damit seine Beweglichkeit in der Ventilkammer beeinträchtigen
könnten.
Darüber
hinaus hat diese Ausgestaltung natürlich den Vorteil einer relativ einfachen
Herstellbarkeit.
Vorzugsweise
ist der Schieber über
Ringflansche an der Innenwand der Ventilkammer abgestützt, die
Durchtrittsöffnungen
aufweisen. Die Ventilkammer hat in diesem Fall vorzugsweise einen
kreisrunden Querschnitt, so daß der
Schieber radial zur Bewegungsrichtung allseitig abgestützt ist.
Dies wirkt einem Verklemmen entgegen. Die Ringflansche bewirken
eine relativ kleine Abstützfläche, so
daß die
Reibung klein bleibt. Die Durchtrittsöffnungen erlauben einen ausreichenden
Durchstrom von Hydraulikflüssigkeit.
Vorzugsweise
ist der Schieber aus Kunststoff gebildet. Kunststoff ist in der
Regel wesentlich leichter als Metall. Ein leichter Schieber setzt
einer Bewegung einen geringeren Widerstand entgegen, so daß die Ansprechzeit
des Ventils drastisch verkürzt
wird. Auch ist die Einbaulage von weniger kritischer Bedeutung.
Es spielt beispielsweise nur eine untergeordnete Rolle, ob das Ventil
in einer Richtung montiert ist, in der der Schieber bei Auftreten
einer Leckage von unten nach oben zu bewegen ist. Aufgrund des geringen
Gewichtes wird auch eine derartige Bewegung problemlos erfolgen
können.
Vorzugsweise
ist der Kunststoff faserverstärkt.
Die Faserverstärkung
erlaubt eine höhere Festigkeit,
ohne das Gewicht nennenswert zu erhöhen. Damit wird das Ventil
auch bei höheren
Drücken einsetzbar.
Vorzugsweise
ist der Kunststoff weicher als das Gehäuse im Bereich der Dichtfläche. Damit
läßt sich
auch ohne zusätzliches
Dichtungsmaterial eine gute Dichtigkeit erreichen, wenn der Schieber
an der Dichtfläche
an einer Stirnseite der Ventilkammer anliegt und damit den entsprechenden
Ausgang verschließt.
Eine vollständige
Dichtigkeit ist in der Regel nicht erforderlich, wenn als Hydraulikflüssigkeit
Wasser verwendet wird. Die Dichtigkeit muß lediglich so groß sein,
daß die
Druckversorgung der angeschlossenen hydraulischen Maschine über die
am anderen Ausgang angeschlossene Leitung sichergestellt bleibt.
Vorzugsweise
ist der Kunststoff gewählt
aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf
der Basis von Polyaryletherketonen, insbesondere Polyetheretherketonen,
Polyamiden, Polyacetalen, Polyarylether, Polyethylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden,
Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polyetherimiden, Polyamidimid,
Polyacrylaten, Phenol-Harzen, wie Novolack-Harzen. Bevorzugt wird
insbesondere Polyetheretherketon (PEEK). Dieser Kunststoff (und
auch die anderen Kunststoffe) arbeiten reibungsarm mit dem Metall
zusammen, aus dem das Gehäuse
der Ventilkammer gebildet ist. Dementsprechend wird die verminderte
Schmierwirkung von Wasser als Hydraulikflüssigkeit ausgeglichen.
Bevorzugterweise
weist der Schieber den Kanal auf.
Vorzugsweise
ist der Kanal als Längsbohrung
ausgebildet. Dies ist einerseits eine relativ einfache Möglichkeit,
den Kanal herzustellen. Andererseits wird der Schieber durch diese
Ausbildung nicht nennenswert geschwächt.
Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine
Draufsicht auf ein Sicherheitsventil,
2 einen
Schnitt II-II nach 1 und
3 eine
Stirnseitenansicht eines Schiebers.
Das
Sicherheitsventil 1 gemäß 2 weist ein
Gehäuse 2 auf,
in dem eine Ventilkammer 3 angeordnet ist. In die Ventilkammer 3 mündet ein
Eingang 4. Die Ventilkammer 3 weist zwei Ausgänge 5, 6 auf,
die in Schraubstutzen 7, 8 untergebracht sind, die
in das Gehäuse 2 eingeschraubt
sind. Die beiden Ausgänge 5, 6 stehen
etwa rechtwinklig zum Eingang 4 und liegen einander gegenüber. Der
Ausgang 5 ist von einer Dichtfläche 9 umgeben. Der
Ausgang 6 ist von einer Dichtfläche 10 umgeben. Beide
Dichtflächen
liegen einander parallel.
In
der Ventilkammer 3 ist ein Schieber 11 angeordnet.
Der Schieber 11 ist in einer Richtung beweglich, die auf
den Dichtflächen 9, 10 senkrecht steht.
Der Schieber 11 weist an einer Stirnseite eine Gegenfläche 12 auf,
die durch die Stirnseite des Schiebers 11 gebildet ist,
mit der der Schieber 11 an der Dichtfläche 9 zur Anlage kommen
kann, wenn der Schieber 11 aus der in 2 dargestellten
rechten Endposition in seine linke Endposition verschoben wird.
In gleicher Weise weist der Schieber 11 am anderen Ende
eine Gegenfläche 13 auf,
die in der dargestellten Position des Schiebers 11 an der
Dichtfläche 10 anliegt
und dabei den Ausgang 6 abdichtet.
Der
Schieber 11 weist im Bereich seiner beiden Enden jeweils
einen Ringflansch 14, 15 auf. Der Ringflansch 14 ist
in 3 in Vorderansicht dargestellt. Der Ringflansch 14 weist,
genau wie der Ringflansch 15, eine Reihe von in Umfangsrichtung gleichförmig verteilten
Durchtrittsöffnungen 16 auf, so
daß der
Schieber 11 über
die Ringflansche 14, 15 einerseits sicher an der
Innenwand der Ventilkammer 3 geführt ist, andererseits ein Durchtritt
von Flüssigkeit
vom Eingang 4 zu mindestens einem der Ausgänge 5, 6 möglich ist
und zwar unabhängig
davon, in welcher Stellung sich der Schieber 11 befindet.
Die
axiale Länge
eines Ringflanschs 14, 15 beträgt höchstens 10% der axialen Länge des
Schiebers 11. Dies ist eine Maßnahme, um die Reibung zwischen
dem Schieber 11 und dem Gehäuse 2 bei einer Bewegung
des Schiebers 11 herabzusetzen. Der Schieber 11 ist
aus einem relativ leichten Kunststoff gebildet, beispielsweise ist
er durch Spritzgießen
hergestellt. Dadurch ist es möglich,
den Schieber insgesamt, d. h. auch mit den Ringflanschen 14, 15 einstückig auszubilden.
Als Kunststoff für
den Schieber 11 kommen insbesondere Werkstoffe aus der Gruppe
der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyaryletherketonen,
insbesondere Polyetheretherketonen, Polyamiden, Polyacetalen, Polyarylether,
Polyethylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polyetherimiden,
Polyamidimid, Polyacrylaten, Phenol-Harzen, wie Novolack-Harzen, oder ähnliches
in Betracht, wobei als Füllstoffe
Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Kohlenstoff, insbesondere
in Faserform, verwendet werden können.
Bei Verwendung derartiger Materialien läßt sich auch Wasser problemlos
als Hydraulikflüssigkeit
verwenden.
Der
Kunststoff des Schiebers 11 ist weicher als das Material,
aus dem die Schraubstutzen 7, 8 gebildet sind.
Der Schieber 11, der sich mit seinen Gegenflächen 12, 13 nur
plan gegen die Dichtflächen 9, 10 anlegen
kann, erlaubt dadurch eine ausreichende Abdichtung eines Ausgangs 5, 6 gegenüber dem Eingang 4.
Der
Schieber 11 ist relativ leicht. Er ist leichter als ein
entsprechend großer
Schieber aus Metall. Dadurch ergibt sich eine relativ kurze Ansprechzeit, d.
h. der Schieber 11 wird bei einem Druckabfall in einem
Ausgang 5, 6 sehr schnell auf diesen Ausgang hin
verschoben.
Der
Schieber 11 weist weiterhin einen Kanal 17 auf,
in dem eine Drossel 18 ausgebildet ist. Der Kanal ist von
einer Gegenfläche 12 zur
anderen Gegenfläche 13 geführt und
verbindet damit zwei Druckräume,
die an den jeweiligen Stirnseiten des Schiebers 11 gebildet
sind. Die Drossel 18, die auch als Blende bezeichnet werden
kann, ist hier als eigenes Bauelement dargestellt. Es liegt aber
auf der Hand, daß man
die Funktion einer derartigen Drossel 18 auch durch die
Ausbildung des Kanals 17 insgesamt realisieren kann, beispielsweise
dadurch, daß der Kanal 17 einen
kleineren Querschnitt als dargestellt erhält.
Das
Sicherheitsventil 1 hat nun folgende Funktionen:
Es
sei angenommen, daß an
beiden Ausgängen 5, 6 jeweils
eine Versorgungsleitung für
eine nicht näher dargestellte
hydraulische Maschine angeschlossen ist. Beide Versorgungsleitungen
sind parallel geführt. Dementsprechend
ergibt sich ein Strom von Hydraulikflüssigkeit, im vorliegenden Fall
Wasser, vom Eingang 4, an den eine nicht näher dargestellte
Druckquelle, beispielsweise eine Pumpe, angeschlossen ist, zu einem
der Ausgänge 5, 6.
Welcher Ausgang 5, 6 beaufschlagt wird, richtet
sich nach der Stellung des Schiebers 11. Es ist in manchen
Fällen
durchaus möglich,
daß beide
Ausgänge 5, 6 mit
Wasser versorgt werden. In der Regel wird aber der Schieber 11, wie
in 2 dargestellt, an einem Schraubstutzen 7, 8 anliegen
und dadurch den entsprechenden Ausgang 5, 6 versperren.
Gleichwohl
baut sich durch den Kanal 17 auch im abgesperrten Ausgang 6 der
gleiche Druck auf, wie er im nicht abgesperrten Ausgang 5 herrscht.
Wenn
nun in einer Versorgungsleitung ein größeres Leck auftritt, ergibt
sich ein Druckabfall am entsprechenden Ausgang, im vorliegenden
Fall beispielsweise am Ausgang 5. Die dadurch entstehende Druckdifferenz
zwischen dem Ausgang 6 und dem Ausgang 5 schiebt
den Schieber 11 nach links, bis die Gegenfläche 12 an
der Dichtfläche 9 zur
Anlage kommt. Zur Einleitung der Bewegung des Schiebers 11 sind
nur geringe Kräfte
erforderlich, weil der Schieber 11 lediglich die Reibung
zum Gehäuse 2 zu überwinden
hat. Er muß aber
keine Klemmkräfte überwinden,
mit denen zuvor eine Dichtung bewirkt worden ist.
Sobald
der Schieber 11 an der Dichtfläche 9 anliegt, ist
die Versorgung des Ausgangs 5 mit Wasser unterbrochen.
Zwar tritt durch den Kanal 17 noch eine kleine Flüssigkeitsmenge
weiter in den Ausgang 5 aus. Auch ist es unter Umständen möglich, daß die Anlage
der Gegenfläche 12 an
der Dichtfläche 9 keine
perfekte Dichtung bewirkt, so daß auch hier kleinere Flüssigkeitsverluste
zu beobachten sind. Diese sind jedoch unkritisch, weil sie keinen
nennenswerten Druckabfall in der Ventilkammer 3 bewirken,
die Versorgung der immer noch über
den Ausgang 6 angeschlossenen hydraulischen Maschine mit
Wasser also sichergestellt bleibt.
Die
Vorteile des Sicherheitsventils lassen sich kurz wie folgt zusammenfassen:
Der Schieber bewegt sich reibungsfrei oder zumindest nahezu ohne
Reibung im Gehäuse.
Durch eine Verbindung zwischen den beiden Ausgängen ist sichergestellt, daß im Fehlerfall
auf jeden Fall ein Umschalten erfolgen kann. Wenn man annimmt, daß es in
einem System, in dem das Ventil verwendet wird, eine Asymmetrie
gibt, bei der beispielsweise der Schieber in der Position liegt,
die in 2 dargestellt ist, d. h. den Ausgang 6 verschließt, dann
ist durchaus vorstellbar, daß in
diesem Zweig kein Druck herrscht. Wenn dann eine Leckage am Ausgang 5 entsteht,
hätte der Schieber
keine Antriebsleistung, um seine Position zu wechseln. Aufgrund
des Kanals 17 wird aber dafür gesorgt, daß immer
auf beiden Ausgängen
der erforderliche Druck vorhanden ist, mit dem der Schieber 11 bewegt
werden kann. Dieser Kanal 17 muß allerdings nicht unbedingt
im Schieber 11 angebracht sein, sondern man kann auch einen
Kanal in dem "Sitz" jedes Zweiges anordnen.
Wenn der Kanal 17 im Schieber 11 angeordnet ist,
erreicht man allerdings eine vereinfachte Ausgestaltung, d. h. mit
einer einzigen Bearbeitung das gleiche Ergebnis für beide Zweige.