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Die
Erfindung betrifft ein Sperrventil bzw. Rückschlagventil
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige
Sperrventile werden als Sitzventil ausgeführt, bei dem
ein Ventilkörper an einem Ventilsitz dichtend anliegt,
und haben in einem Hydrosystem die Aufgabe, einen Volumenstrom in
eine Richtung zu sperren und in Gegenrichtung einen freien Volumenstrom
zu ermöglichen.
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Bei
hydraulischen Systemen werden Sperrventile z. B. zwischen einem
Wegeventil und einem Verbraucher angeordnet, wobei die Durchlassrichtung
vom Wegeventil zum Verbraucher und die Sperrrichtung entsprechend
vom Verbraucher zum Wegeventil gerichtet sind. Damit wird z. B.
bei einem vom Verbraucher gehaltenen Lastdruck eine Leckage des
Wegeventils verringert, da das zwischengeschaltete Sperrventil leckagefrei
den Lastdruck hält und eine Rückwärtsbewegung
des Druckmittels vom Verbraucher zum Wegeventil verhindert.
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In
der Druckschrift
DE
19627 306 A1 ist ein Sperrventil offenbart, wobei der Hauptventilkörper des
Sperrventils entsperrbar ist, so dass Druckmittel auch in die Richtung
strömen kann, die prinzipiell die Schließrichtung
des Sperrventils ist. Dazu wird zunächst durch einen Entsperrstößel
ein durch den Hauptventilkörper verlaufender Entlastungskanal
mit geringem Querschnitt geöffnet. Nachdem dadurch ein
gewisser Druckausgleich zwischen den beiden Anschlüssen
des Sperrventils stattgefunden hat, wird (ebenfalls durch den Entsperrstößel)
der gesamte Hauptventilkörper des Sperrventils von seinem
Sitz gehoben, so dass Druckmittel auch in die Richtung strömen
kann, die prinzipiell die Schließrichtung des Sperrventil
ist.
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Um
bei derartigen Anordnungen mit geschlossenem Sperrventil einen Druckanstieg
z. B. durch Erwärmung in der das Sperrventil mit dem Verbraucher
verbindenden Leitung zu begrenzen, ist ein zusätzliches
Druckbegrenzungsventil (DBV) vorgesehen, das bei einem vorbestimmten
Maximaldruck diese Leitung zu der das Wegeventil und das Sperrventil
verbindenden Leitung entlastet.
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Um
eine kompakte Bauweise dieser Ventilkombination zu erreichen, können
das Sperrventil in einem Verbraucherkanal des Wegeventilgehäuses und
gemäß der o. g. Druckschrift das DBV im Hauptventilkörper
des Sperrventils angeordnet werden.
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Nachteilig
an derartigen Sperrventilen ist die hohe Anforderung an die Härte
bzw. das Material des Hauptventilkörpers, das durch die
Härteanforderung für den damit einstückig
gebildeten Sitz des DBV's bestimmt wird.
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Dem
gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein
kompaktes Sperrventil mit optional integrierbarem Druckbegrenzungsventil
zu schaffen, bei dem die Materialkosten reduziert und der Fertigungsaufwand
insbesondere bei einer Nachrüstung eines DBV's minimiert
sind.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Sperrventil nach Patentanspruch
1.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Sperrventil ist als Sitzventil
ausgebildet und hat einen Hauptventilkörper, in dem ein
Vorsteuerventil mit einem Vorsteuerventilkörper und in
dem weiterhin ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Dabei ist
das Druckbegrenzungsventil zumindest abschnittsweise in den Vorsteuerventilkörper
integriert. Dadurch können für den Hauptventilkörper
und das Druckbegrenzungsventil unterschiedliche Materialen mit unterschiedlichen
Härtegraden verwendet werden, wodurch insbesondere bei
einer Fertigung mit höheren Stückzahlen Materialkosten
gesenkt werden können.
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Da
an den Hauptventilkörper geringere Anforderungen bzgl.
seiner Härte bestehen, wird es zur Reduzierung der Materialkosten
besonders bevorzugt, wenn der Hauptventilkörper aus Kunststoff
besteht.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Sperrventils ist der Hauptventilkörper im geschlossenen
Zustand des Sperrventils von einer sich an einem Ventilgehäuse
abstützenden Schließfeder gegen einen Hauptventilsitz
vorgespannt, wobei die Kraft der Schließfeder größer
als die Gewichtskraft des Hauptventilkörpers ist. Dadurch
liegt der Hauptventilkörper bei ausgeglichenem Druck an
den Anschlüssen des Sperrventils in allen Einbaulagen des
Sperrventils am Hauptventilsitz an.
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Dabei
kann der Hauptventilkörper im geschlossenen Zustand des
Sperrventils von der Schließfeder indirekt über
einen Federteller und über den Vorsteuerventilkörper
gegen den Hauptventilsitz vorgespannt sein. Damit wird bei einem
Abheben des Vorsteuerventilkörpers der Hauptventilkörper
von der Vorspannung durch die Schließfeder befreit, so
dass ein Öffnen des Sperrventils erleichtert ist.
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Dabei
wird es bevorzugt, wenn der Vorsteuerventilkörper im geschlossenen
Zustand des Vorsteuerventils über die Schließfeder
und über den Federteller gegen einen am Hauptventilkörper
ausgebildeten Vorsteuerventilsitz vorgespannt ist. Dadurch können
die Ventilkörper des Vorsteuerventils und des Sperrventils
von einer gemeinsamen Schließfeder in Schließrichtung
vorgespannt werden, wobei Durchmesserunterschiede zwischen dem Vorsteuerventilkörper
und der Schließfeder durch den Federteller ausgeglichen
werden können.
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Bei
einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Sperrventils hat der Vorsteuerventilkörper einen etwa halbkugelförmigen Schließabschnitt,
der im geschlossenen Zustand des Vorsteuerventils an dem Vorsteuerventilsitz
anliegt, und weiterhin einen Führungsabschnitt, der in
einer Vorsteuerventilausnehmung des Hauptventilkörpers verschiebbar
aufgenommen ist. Mit dem etwa halbkugelförmigen Schließabschnitt
ist ein leckagefreies Schließen des Vorsteuerventils gewährleistet,
während der Führungsabschnitt eine sichere Führung des
Vorsteuerventilkörpers im Hauptventilkörper und gleichzeitig
Einbauraum für das erfindungsgemäß darin
aufgenommene Druckbegrenzungsventil bietet.
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Dabei
hat der Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers
vorzugsweise einen kreiszylindrischen Außenmantel und die
Vorsteuerventilausnehmung einen etwa quadratischen Querschnitt.
Somit hat eine Innenwandung der Vorsteuerventilausnehmung vier Anlageabschnitte
mit dem Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers,
und zwischen der Vorsteuerventilausnehmung und dem Führungsabschnitt
verbleiben vier Freiräume, die beim Öffnen des
Vorsteuerventils von Druckmittel durchströmt werden.
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Dabei
wird es bevorzugt, wenn der Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers
etwa rohrförmig ist und darin das Druckbegrenzungsventil
aufgenommen ist. Für ein ungehindertes Abströmen
von Druckmittel bei Ansprechen des DBV's ist im Schließabschnitt
des Vorsteuerventilkörpers eine Durchgangsbohrung vorgesehen.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das
DBV einen Druckbegrenzungsventilkörper, der von einer sich
am Schließabschnitt abstützenden Druckbegrenzungsfeder
gegen einen Druckbegrenzungsventilsitz vorgespannt ist.
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Aus
Gründen einer einfachen Einstellbarkeit des Ansprechdrucks
hat das DBV ein in den Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers
eingeschraubtes Einstellteil, an dem der Druckbegrenzungsventilsitz
angeordnet ist. Dabei weist das Einstellteil eine Durchgangsausnehmung
auf, durch das bei Ansprechen des DBV's Druckmittel strömt.
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Dabei
kann zur einfachen Einstellbarkeit des Ansprechdrucks des DBV's
die Durchgangsausnehmung einen Innensechskant aufweisen, in den
eine Sicherungskugel eingepresst ist, die ein ungewolltes Verdrehen
des Einstellteils bzw. ein Verstellen des Ansprechdrucks des DBV's
verhindert. Dabei verbleiben zwischen dem Innensechskant und der
Sicherungskugel sechs Freiräume, die beim Ansprechen des
DBV's von Druckmittel durchströmt werden.
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Zur
Vergleichmäßigung der Kraft der Druckbegrenzungsfeder
und zur Positionierung des vorzugsweise als Kugel ausgebildeten
Druckbegrenzungsventilkörpers kann zwischen diesem und
der Druckbegrenzungsfeder eine Hülse angeordnet sein.
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Zum
Entsperren des Sperrventils kann zunächst der Vorsteuerventilkörper
von einem Vorsteuerabschnitt eines Entsperrstößels
gegen die Kraft der Schließfeder vom Vorsteuerventilsitz
abgehoben werden, wobei sich der Vorsteuerabschnitt durch eine Stößelöffnung
des Hauptventilkörpers zum Schließabschnitt des
Vorsteuerventilkörpers erstreckt.
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Zum
vollständigen Entsperren des Sperrventils kann danach der
Hauptventilkörper von einem Hauptabschnitt des Entsperrstößels
gegen die Kraft der Schließfeder vom Hauptventilsitz abgehoben werden.
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Aus
Gründen einer einfachen Fertigung und Montage des erfindungsgemäßen
Sperrventils sind der Hauptventilkörper, der Vorsteuerventilkörper,
der Druckbegrenzungsventilkörper und der Entsperrstößel
etwa konzentrisch zueinander angeordnet und entlang einer gemeinsamen
Ventilachse bewegbar.
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Dabei
gelten folgende Größenverhältnisse: Querschnitt
der Durchgangsbohrung des Schließabschnitts < Querschnitt des
Vorsteuerabschnitts des Entsperrstößels < Querschnitt der
Stößelöffnung des Hauptventilkörpers < Querschnitt des
Hauptabschnitts des Entsperrstößels.
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Bei
einem besonders bevorzugten Einsatz ist das erfindungsgemäße
Sperrventil in einem Verbraucherkanal eines mobilhydraulischen Wegeventils
angeordnet. Dabei kann Bauraum des Wegeventils mit integriertem
Sperrventil mit wiederum integriertem Druckbegrenzungsventil eingespart
werden.
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Vorzugsweise
hat das Wegeventil einen Ventilschieber mit einer Kulisse, über
die der Entsperrstößel bewegbar ist.
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Im
Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Sperrventils in einem seitlichen Schnitt; und
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2 den
Hauptventilkörper mit dem Vorsteuerventilkörper
gemäß 1 in einem Schnitt gemäß der
Linie II-II aus 1.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Rückschlag- bzw. Sperrventils in einem seitlichen Schnitt.
Es ist in einem nur ausschnittsweise gezeigten Gehäuse 1 eines
(nicht näher gezeigten) Wegeventils zwischen einem ersten Druckraum 2 und
einem zweiten Druckraum 4 vorgesehen, wobei die beiden
Druckräume 2, 4 und das gezeigte Sperrventil
verbraucherseitig bzw. ablaufseitig im Wegeventil angeordnet sind.
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Das
erfindungsgemäße Sperrventil ist als Sitzventil
ausgeführt und hat einen Hauptventilkörper 6 und
einen Hauptventilsitz 8. Dabei ist der Hauptventilkörper 6 erfindungsgemäß aus
Kunststoff gefertigt und hat an seinem dem ersten Druckraum 2 zugewandten
Abschnitt drei Führungsstege, von denen (in 1)
ein erster Führungssteg 10a in einer Ansicht und
ein zweiter Führungssteg 10b in einem Schnitt
dargestellt sind.
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2 zeigt
deutlich die drei Führungsstege 10a, 10b, 10c,
die gleichmäßig am Umfang des Hauptventilkörpers 6 angeordnet
sind und mit ihren jeweiligen äußeren Endabschnitten
an der Innenwandung einer Hauptventilbohrung 12 (vgl. 1) anliegen.
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1 zeigt
weiterhin eine Ventilachse 14, zu der die Hauptventilbohrung 12,
der Hauptventilsitz 8 und ein daran anliegender kegelstumpfförmiger Schließabschnitt 18 des
Hauptventilkörpers 6 konzentrisch angeordnet sind.
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Weiterhin
ist eine als Druckfeder eingespannte Schließfeder 20 vorgesehen,
die sich (in 1) nach oben an einem Verschluss 22 abstützt, der
in das Gehäuse 1 entlang der Ventilachse 14 eingeschraubt
ist. Die Schließfeder 20 taucht mit ihrem (in 1)
unteren Abschnitt in eine entsprechende Ausnehmung des Hauptventilkörpers 6 ein
und beaufschlagt diesen indirekt mit einer (in 1)
nach unten gerichteten Schließkraft.
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Damit
ist gemäß dem Stand der Technik ein Rückschlag-
bzw. Sperrventil beschrieben, das eine Durchströmung vom
ersten Druckraum 2 zum zweiten Druckraum 4 dadurch
ermöglicht, dass die Öffnungskraft des Druckmittels
des ersten Druckraums 2 die Schließkräfte
des Druckmittels des zweiten Druckraums 4 und der Schließfeder 20 überwiegen und
sich der Hauptventilkörper 6 (in 1)
nach oben vom Hauptventilsitz 8 hebt. Dabei kann Druckmittel
aus dem ersten Druckraum 2 durch drei Freiräume,
die sich zwischen den drei Führungsstegen 10a, 10b, 10c ergeben
(vgl. 2) in den zweiten Druckraum 4 und weiter
zu einem (nicht gezeigten) Verbraucheranschluss strömen.
Wenn hingegen die Druckkraft des zweiten Druckraums 4 einschließlich der
Kraft der Schließfeder 20 die Druckkraft des ersten
Druckraums 2 überwiegt, wird der Schließabschnitt 18 des
Hauptventilkörpers 6 in den Hauptventilsitz 8 gedrückt,
wodurch ein Zurückströmen von Druckmittel aus
dem zweiten Druckraum 4 in den ersten Druckraum 2 verhindert
wird.
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Im
Innern des Hauptventilkörpers 6 ist ein Vorsteuerventil 23 angeordnet.
Es hat eine Vorsteuerventilausnehmung 24 und einen Vorsteuerventilsitz 26,
die zusammen mit einer Stößelöffnung 28 im Hauptventilkörper 6 angeordnet
sind und sich entlang der Ventilachse 14 erstrecken. Wie
in 2 dargestellt ist, hat die Vorsteuerventilausnehmung 24 einen
quadratischen Querschnitt.
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In
der Vorsteuerventilausnehmung 24 ist ein länglicher
Vorsteuerventilkörper 30 aufgenommen, der einem
kreiszylindrischen Führungsabschnitt 32 und einen
an dem Vorsteuerventilsitz 26 anliegenden etwa halbkugelförmigen
Schließabschnitt 34 hat. Der Führungsabschnitt 32 weist
vier gleichmäßig an seinem Außenumfang
verteilte etwa linienförmige Anlageabschnitte mit den vier
Innenwandungsabschnitten der Vorsteuerventilausnehmung 24 auf
(vgl. 2).
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Der
Vorsteuerventilkörper 30 ist von der Schließfeder 20 über
einen Federteller 36 in der (in 1 gezeigten)
Schließstellung vorgespannt. Dazu liegt der Federteller 36 an
der (in 1) oberen Stirnseite des Führungsabschnittes 32 des
Vorsteuerventilkörpers 30 an und ist dabei in
der gleichen Ausnehmung des Hauptventilkörpers 6 geführt
wie auch die Schließfeder 20.
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Durch
die Stößelöffnung 28 des Hauptventilkörpers 6 erstreckt
sich (in 1) von unten ein zylindrischer
Vorsteuerabschnitt 37 eines Entsperrstößels 38.
Der Vorsteuerabschnitt 37 ist gegenüber einem
ebenfalls zylindrischen Hauptabschnitts 40 des Entsperrstößels 38 radial
zurückgestuft. Der Entsperrstößel 38 kann
von einem (nicht gezeigten) Ventilschieber des Wegeventils entlang
der Ventilachse 14 (in 1) nach
oben bewegt werden. Dadurch ist die (in 1) von oben
nach unten gerichtete Strömungsrichtung entsperrbar. Dazu
hebt zunächst der Vorsteuerabschnitt 37 des Entsperrstößels 38 den Vorsteuerventilkörper 30 vom
Vorsteuerventilsitz 26 ab. Dadurch findet ein Druckmittelausgleich
zwischen dem zweiten Druckraum 4 und dem ersten Druckraum 2 statt,
bei dem Druckmittel durch die vier (in 2 gezeigten)
Freiräume 42 strömt. Nach einem Druckausgleich
zwischen den beiden Druckräumen 2, 4 wird
der Entsperrstößel 38 (in 1)
weiter nach oben bewegt, so dass sein Hauptabschnitt 40 an
der (1) unteren Stirnseite des Hauptventilkörpers 6 in
Anlage gerät und den Hauptventilkörper 6 vom
Hauptventilsitz 8 abhebt. Somit ist die Strömungsrichtung
vom zweiten Druckraum 4 zum ersten Druckraum 2 entsperrt.
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Erfindungsgemäß ist
im Innern des Vorsteuerventilkörpers 30 ein Druckbegrenzungsventil
zur Begrenzung des Drucks im zweiten Druckraum 4 und somit
in der daran angeschlossenen (nicht gezeigten) Verbraucherleitung
vorgesehen. Dazu ist der Führungsabschnitt 32 des
Vorsteuerventilkörpers 30 rohrförmig
ausgebildet und der Schließabschnitt 34 hat eine
konzentrische Durchgangsbohrung 44. Im Führungsabschnitt 32 sind
ein Einstellteil 46 und eine Sicherungskugel 48 befestigt
und weiterhin ein als Kugel 50 ausgebildeter Schließkörper,
eine entlang der Ventilachse 14 verschiebbare Hülse 52 und
eine Druckbegrenzungsfeder 54 aufgenommen. Die Druckbegrenzungsfeder 54 stützt
sich am Schließabschnitt 34 ab und spannt über
die Hülse 52 die Kugel 50 gegen einen
am Einstellteil 46 ausgebildeten Druckbegrenzungsventilsitz 56 vor.
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Das
Einstellteil 46 hat einen Innensechskant 58 und
ist über ein Gewinde in den Führungsabschnitt 32 des
Vorsteuerventilkörpers 30 eingeschraubt, wodurch
die Anpresskraft der Kugel 50 an den Druckbegrenzungsventilsitz 56 eingestellt
ist. Als Ver drehsicherung ist die Sicherungskugel 48 in
den Innensechskant 58 des Einstellteils 46 eingepresst, so
dass sich eine Verspannung des Einstellteils 46 im Führungsabschnitt 32 ergibt.
Der der Kugel 50 zugewandte Endabschnitt der Hülse 52 ist
innen und der der Kugel 50 zugewandte Endabschnitt des
Einstellteils 46 sind außen konusförmig
angeschrägt. Der Durchmesser des Druckbegrenzungsventilsitzes 56 ist
kleiner als der Durchmesser des Innensechskants 58. Zwischen
der Sicherungskugel 48 und den Innensechskant 58 verbleiben
sechs Freiräume, durch die bei Ansprechen des Druckbegrenzungsventils Druckmittel
strömt.
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Das
erfindungsgemäß im Innern des Vorsteuerventilkörpers 30 aufgenommene
Druckbegrenzungsventil dient zur Begrenzung des Drucks der an den
zweiten Druckraum 4 angeschlossen Verbraucherleitung. Dadurch
wird eine Druckerhöhung z. B. auf Grund von Erwärmung
der Verbraucherleitung begrenzt, wobei bei Ansprechen des Druckbegrenzungsventils
Druckmittel in Schließrichtung des Rückschlag-
bzw. Sperrventils zum ersten Druckraum 2 strömt.
Dabei hebt der zu begrenzende Druck, der an der (in 1)
oberen Seite der Kugel 50 anliegt, diese vom Druckbegrenzungsventilsitz 56 ab,
und das Druckmittel strömt durch den Innenraum des Führungsabschnitts 32,
durch die Durchgangsbohrung 44 und durch die Stößelöffnung 28 in
den ersten Druckraum 2.
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Erfindungsgemäß bestimmt
die Härteanforderung an den Druckbegrenzungsventilsitz 56 lediglich
das Material des Einstellteils 46, während die
geringere Härteanforderung an den Schließabschnitt 18 des
Hauptventilkörpers 6 einen Hauptventilkörper 6 aus
kostengünstigerem Kunststoff ermöglicht.
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Offenbart
ist ein als Sitzventil ausgebildetes Sperrventil mit einem Hauptventilkörper,
in dem ein Vorsteuerventil mit einem Vorsteuerventilkörper
und in dem weiterhin ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.
Dabei ist das Druckbegrenzungsventil zumindest abschnittsweise in
den Vorsteuerventilkörper integriert. Besonders bevorzugt
ist dabei ein Hauptventilkörper aus Kunststoff.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- erster
Druckraum
- 4
- zweiter
Druckraum
- 6
- Hauptventilkörper
- 8
- Hauptventilsitz
- 10a,
10b, 10c
- Führungssteg
- 12
- Hauptventilbohrung
- 14
- Ventilachse
- 18
- Schließabschnitt
- 20
- Schließfeder
- 22
- Verschluss
- 23
- Vorsteuerventil
- 24
- Vorsteuerventilausnehmung
- 26
- Vorsteuerventilsitz
- 28
- Stößelöffnung
- 30
- Vorsteuerventilkörper
- 32
- Führungsabschnitt
- 34
- Schließabschnitt
- 36
- Federteller
- 37
- Vorsteuerabschnitt
- 38
- Entsperrstößel
- 40
- Hauptabschnitt
- 42
- Freiraum
- 44
- Durchgangsbohrung
- 46
- Einstellteil
- 48
- Sicherungskugel
- 50
- Kugel
- 52
- Hülse
- 54
- Druckbegrenzungsfeder
- 56
- Druckbegrenzungsventilsitz
- 58
- Innensechskant
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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