DE102011013176A1

DE102011013176A1 - Mechanisch entsperrbares Sperrventil mit Druckentlastung

Info

Publication number: DE102011013176A1
Application number: DE102011013176A
Authority: DE
Inventors: Reiner Kunz; Markus Grammer; Martin Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-05
Filing date: 2011-03-05
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-03-06
Also published as: DE102011013176B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sperrventil (10) mit einem Gehäuse (20) und einem indem Gehäuse linearbeweglich aufgenommenen Ventilschieber (30), wobei das Gehäuse (20) einen Lastraum (21), einen Tankraum (22) und einen Federraum (23) aufweist, wobei der Federraum (23) mit dem Lastraum (21) ausschließlich über wenigstens einen Lastdurchgang (32; 33; 34) im Ventilschieber (30) verbunden ist, wobei der Federraum (23) mit dem Tankraum (22) ausschließlich über einen Entlastungsdurchgang (37) im Ventilschieber (30) verbunden ist, wobei der Last- und der Tankraum (21; 22) flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind, wenn sich das Sperrventil (10) in einem ersten Betriebszustand befindet, in dem sich der Ventilschieber (30) in einer Endstellung befindet, in welcher der Federraum (23) ein maximales Volumen aufweist, und in dem der Entlastungsdurchgang (37) mit einem federbelasteten Verschlussstück (43) vom Federraum (23) her verschlossen ist, wobei in dem Gehäuse (20) ein Stößel (60) linearbeweglich aufgenommen ist, der so durch den Tankraum (22) und den Entlastungsdurchgang (37) verläuft, dass er das Verschlussstück (43) gegen die Federkraft anheben kann, um den Entlastungsdurchgang (37) freizugeben, wobei in dem Gehäuse (20) weiter ein Steuerschieber (50) quer zum Stößel (60) linearbeweglich aufgenommen ist, wobei der Stößel (60) den Steuerschieber (50) an einer Abhebeschräge (51) berühren kann. Erfindungsgemäß ist in einem ersten Lastdurchgang (32) eine Drosselstelle (35) mit kleiner Querschnittsfläche vorgesehen, so dass der Strömungswiderstand vom Lastraum (21) in den Federraum (23) in einem zweiten Betriebszustand des Sperrventils (10) kleiner ist als der Strömungswiderstand vom Federraum (23) in den Tankraum (22), wobei im zweiten Betriebszustand das Verschlussstück (43) abgehoben ist, wobei der erste Lastdurchgang (23) die einzige offene Verbindung vom Lastraum (21) zum Federraum (23) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Sperrventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Sperrventil wird von der Anmelderin unter der Marke ”Rexroth” mit der Typbezeichnung SB23 verkauft.
Der Nachteil des bekannten Sperrventils besteht darin, dass Strömungskräfte auf den Ventilschieber einwirken, wenn Druckflüssigkeit vom Lastraum in den Tankraum fließt, wobei die Strömungskräfte umso größer sind je mehr Druckflüssigkeit durch das Sperrventil fließt. Diese Strömungskräfte wirken der Öffnungskraft des Stößels entgegen. Der maximale Durchfluss des Sperrventils bei der genannten Strömungsrichtung stellt sich ein, wenn die Kräfte am Ventilschieber im Gleichgewicht sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die maximale Durchflussmenge bei einer Strömungsrichtung vom Lastraum in den Tankraum zu steigern.
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem ersten Lastdurchgang eine Drosselstelle mit kleiner Querschnittsfläche vorgesehen ist, so dass der Strömungswiderstand vom Lastraum in den Federraum in einem zweiten Betriebszustand des Sperrventils kleiner ist als der Strömungswiderstand vom Federraum in den Tankraum, wobei im zweiten Betriebszustand das Verschlussstück abgehoben ist, wobei der erste Lastdurchgang die einzige offene Verbindung vom Lastraum zum Federraum ist. Hierbei wird ausgenutzt, dass auf den Ventilschieber eine weitere Kraft wirkt, nämlich die Druckkraft der Druckflüssigkeit im Federraum. Beim bekannten Sperrventil ist der Druck im Federraum gleich dem Druck im Lastraum. Durch die Drosselstelle wird der Druck im Federraum herabgesetzt. Die Flüssigkeitsströmung vom Lastraum über den ersten Lastdurchgang in den Federraum und von dort über den Entlastungsdurchgang in den Tankraum bewirkt an der Drosselstelle einen Druckabfall. Die Strömungskräfte an dem Ventilschieber und mithin die Durchflussmenge können damit so weit gesteigert werden, bis der genannte Druckabfall ausgeglichen ist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
1 einen grobschematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Sperrventils.
Das Sperrventil 10 umfasst ein Gehäuse 20 mit einem Lastraum 21, einem Tankraum 22 und einem Federraum 23, wobei der genauen Bezeichnung der verschiedenen Räume keine den Schutzumfang beschränkende Wirkung zukommt. Der Tankraum 22 ist mit einem Tankanschluss 26 verbunden, der beispielsweise mit einem Öltank oder einer Pumpe verbunden sein kann. Der Lastraum 21 ist mit einem Lastanschluss 25 verbunden, der beispielsweise mit einem Zylinder verbunden sein kann, der durch das Sperrventil 10 still gesetzt werden soll. Weiter ist ein Ventilschieber 30 vorgesehen, der im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgeführt ist, wobei er an der in 1 unteren Seite eine kegelförmige Sitzfläche 31 aufweist, die einer angepassten Sitzfläche 24 am Gehäuse 20 gegenüber steht. Der Ventilschieber 30 ist in dem angepassten Federraum 23 linearbeweglich aufgenommen, wobei der Lastraum 21 den Ventilschieber 30 ringförmig umgibt. Der Federraum 23 ist mit dem Lastraum 21 ausschließlich über Lastdurchgänge 32; 33; 34 im Ventilschieber 30 verbunden, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird. Die Lastdurchgänge 32; 33; 34 können alternativ auch im Gehäuse 20 angeordnet sein, wobei sie beispielsweise entlang des Weges 38 verlaufen.
In dem Federraum 23 ist eine erste Feder 40 aufgenommen, die den Ventilschieber 30 über eine Scheibe 42 gegen die Sitzfläche 24 am Gehäuse 20 drückt. Der Federraum 23 besitzt in dem dargestellten ersten, gesperrten Betriebszustand, in dem die Sitzfläche 31 des Ventilschiebers 30 an der Sitzfläche 24 des Gehäuses 20 anliegt, ein maximales Volumen. Weiter ist eine zweite Feder 41 vorgesehen, die sich an der Scheibe 42 abstützt und ein kugelförmiges oder kegelförmiges Verschlussstück 43 gegen einen Entlastungsdurchgang 37 drückt, um diesen flüssigkeitsdicht zu verschließen. Der Entlastungsdurchgang 37 stellt die einzige Verbindung zwischen dem Federraum 23 und dem Tankraum 22 dar. Anstelle der ersten und der zweiten Feder 40; 41 und der Scheibe 42 kann auch eine einzige Feder vorgesehen sein.
Weiter ist ein rotationssymmetrischer Stößel 60 vorgesehen, der in dem Gehäuse linearbeweglich gelagert ist. An dem Stößel 60 ist ein Zapfen 61 vorgesehen, der durch den Entlastungsdurchgang 37 hindurchragt, wobei er das Verschlussstück 43 berühren kann. Weiter ist ein Steuerschieber 50 vorgesehen, der quer zum Stößel 60 linearbeweglich in dem Gehäuse 20 aufgenommen ist. Der Steuerschieber 50 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich seiner Bewegungsrichtung ausgebildet, wobei er im Bereich des Stößels mit Kegelflächen versehen ist, die eine Abhebeschräge 51 bilden, welche den Stößel 60 an einem kugelförmig abgerundeten Ende berühren können. Der Steuerschieber 50 kann von einem (sinnbildlich dargestellten) Elektromagneten 53 über ein (sinnbildlich dargestelltes) hydraulisches Vorsteuerventil 54 in 1 nach rechts bewegt werden, wobei er bei stromlosem Elektromagneten 53 von einer dritten Feder 52 in die Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Hierdurch wird der Stößel 60 über die Abhebeschräge 51 nach oben bewegt, so dass das Verschlussstück 43 den Entlastungsdurchgang 37 frei gibt. Dies bewirkt, dass sich im Federraum 23 und im Tankraum 22 im Wesentlichen der gleiche Flüssigkeitsdruck einstellt, so dass der Stößel 60 den Ventilschieber 30 über den Absatz 62 ganz von der Sitzfläche 24 am Gehäuse 20 abheben kann, so dass das Sperrventil 10 entsperrt ist. Selbstverständlich kann der Steuerschieber (50) auch anders betätigt werden, beispielsweise mechanisch oder direkt mittels Elektromagnet.
Bei dem bekannten Sperrventil ist der erste Lastdurchgang in Form einer kreiszylindrischen Bohrung ausgebildet, die im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweist wie der Entlastungsdurchgang. Hierdurch stellt sich im Lastraum und im Federraum im Wesentlichen der gleiche Druck ein. Erfindungsgemäß ist jedoch in dem ersten Lastdurchgang 32 eine Drosselstelle 35 mit kleiner Querschnittsfläche vorgesehen, so dass der Strömungswiderstand vom Lastraum 21 in den Federraum 23 kleiner als der Strömungswiderstand vom Federraum 23 in den Tankraum 22 ist. Der Druckabfall an der Drosselstelle 35 bewirkt, dass der Flüssigkeitsdruck im Federraum 23 kleiner als im Lastraum 21 ist. Hierdurch sinkt die Öffnungskraft, die der Steuerschieber 50 auf den Stößel 60 übertragen muss. Bei maximaler Öffnungskraft am Steuerschieber 50 kann eine größere Flüssigkeitsmenge vom Lastraum zum Tankraum strömen. Hierbei ist anzumerken, dass diese Strömung zwischen den Sitzflächen 31; 24 am Ventilschieber 30 und am Gehäuse 20 Reibungskräfte und einen Druckabfall verursacht, die ebenfalls entgegen der Öffnungskraft wirken. Diese Strömungskräfte steigen mit zunehmender Durchflussmenge so lange an, bis die Kräfte am Ventilschieber 30 im Gleichgewicht sind.
An dem erfindungsgemäßen Ventilschieber 30 ist weiter ein zweiter Lastdurchgang 33 vorgesehen, der in Form einer kreiszylindrischen Bohrung ausgeführt ist. Deren Durchmesser ist so groß gewählt, dass der Strömungswiderstand durch den zweiten Lastdurchgang 33 vernachlässigbar, in jedem Fall jedoch wesentlich größer als durch den ersten Lastdurchgang 32 ist. Der zweite Lastdurchgang 33 ist so am Ventilschieber 30 angeordnet, dass er bei maximal geöffneter Ventilstellung vom Gehäuse 20 verdeckt und damit unwirksam ist. Folglich entfaltet die Drosselstelle 35 ihre erfindungsgemäße Wirkung. In einer weniger geöffneten Stellung des Ventilschiebers 30 kann Druckflüssigkeit vom Lastraum 21 über den zweiten Lastdurchgang 33 in den Federraum 23 strömen, so dass sich nahezu keine Druckdifferenz zwischen Last- und Federraum 21; 23 einstellt. Die erfindungsgemäße Wirkung ist in dieser Ventilstellung noch nicht vorhanden aber aufgrund der geringen Durchflussmenge auch noch nicht notwenig. Im Gegenzug schließt und öffnet das Sperrventil 10 schneller, wenn die Entsperrung aufgehoben, der Steuerschieber 50 also wieder nach links verfahren wird.
Weiter ist in dem Ventilschieber 30 ein dritter Lastdurchgang 34 mit einem Rückschlagventil 36 vorgesehen, welches einen Flüssigkeitsstrom von dem Lastraum 21 in den Federraum 23 sperrt, wohingegen ein Flüssigkeitsstrom in die entgegen gesetzte Richtung nicht gesperrt wird. Der dritte Lastdurchgang 34 umgeht also die erfindungsgemäße Drosselstelle 35, wenn das Sperrventil 10 vom Tankraum 22 zum Lastraum 21 hin durchströmt wird. Durch das Rückschlagventil 36 stellt sich damit in dieser Durchflussrichtung im erfindungsgemäßen Sperrventil 10 die gleiche Druckverteilung ein wie im bekannten Sperrventil. Die Erfindung hat also in diesem Betriebszustand in jedem Fall keine nachteiligen Auswirkungen. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Sperrventil vom Tankraum zum Lastraum hin durchflossen wird. Hier verkleinert sich beim Öffnen des Sperrventils das Volumen des Federraums (23). Die verdrängte Druckflüssigkeit kann widerstandsarm über den dritten Lastdurchgang (34) abfließen, so dass das erfindungsgemäße Sperrventil (10) genauso schnell öffnet wie das bekannte Sperrventil.
Der zweite und der dritte Lastdurchgang (33; 34) können wahlweise gesondert voneinander oder als gemeinsamer Durchgang ausgebildet sein. Gleiches gilt für den ersten und den dritten Lastdurchgang (32; 34).
Bezugszeichenliste

10: Sperrventil
20: Gehäuse
21: Lastraum
22: Tankraum
23: Federraum
24: Sitzfläche am Gehäuse
25: Lastanschluss
26: Tankanschluss
30: Ventilschieber
31: Sitzfläche am Ventilschieber
32: erster Lastdurchgang
33: zweiter Lastdurchgang
34: dritter Lastdurchgang
35: Drosselstelle
36: Rückschlagventil
37: Entlastungsdurchgang
38: Lastdurchgänge im Gehäuse
40: erste Feder
41: zweite Feder
42: Scheibe
43: Verschlussstück
50: Steuerschieber
51: Abhebeschräge
52: dritte Feder
53: Elektromagnet
54: Vorsteuerventil
60: Stößel
61: Zapfen
62: Absatz

Claims

Sperrventil (10) mit einem Gehäuse (20) und einem in dem Gehäuse linearbeweglich aufgenommenen Ventilschieber (30), wobei das Gehäuse (20) einen Lastraum (21), einen Tankraum (22) und einen Federraum (23) aufweist, wobei der Federraum (23) mit dem Lastraum (21) ausschließlich über wenigstens einen Lastdurchgang (32; 33; 34) im Ventilschieber (30) oder im Gehäuse (20) verbunden ist, wobei der Federraum (23) mit dem Tankraum (22) ausschließlich über einen Entlastungsdurchgang (37) im Ventilschieber (30) verbunden ist, wobei der Last- und der Tankraum (21; 22) flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind, wenn sich das Sperrventil (10) in einem ersten Betriebszustand befindet, in dem sich der Ventilschieber (30) in einer Endstellung befindet, in welcher der Federraum (23) ein maximales Volumen aufweist, und in dem der Entlastungsdurchgang (37) mit einem federbelasteten Verschlussstück (43) vom Federraum (23) her verschlossen ist, wobei in dem Gehäuse (20) ein Stößel (60) linearbeweglich aufgenommen ist, der so durch den Tankraum (22) und den Entlastungsdurchgang (37) verläuft, dass er das Verschlussstück (43) gegen die Federkraft anheben kann, um den Entlastungsdurchgang (37) freizugeben, wobei in dem Gehäuse (20) weiter ein Steuerschieber (50) quer zum Stößel (60) linearbeweglich aufgenommen ist, wobei der Stößel (60) den Steuerschieber (50) an einer Abhebeschräge (51) berühren kann, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Lastdurchgang (32) eine Drosselstelle (35) mit kleiner Querschnittsfläche vorgesehen ist, so dass der Strömungswiderstand vom Lastraum (21) in den Federraum (23) in einem zweiten Betriebszustand des Sperrventils (10) kleiner ist als der Strömungswiderstand vom Federraum (23) in den Tankraum (22), wobei im zweiten Betriebszustand das Verschlussstück (43) abgehoben ist, wobei der erste Lastdurchgang (23) die einzige offene Verbindung vom Lastraum (21) zum Federraum (23) ist.
Sperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Lastdurchgang (33) vorgesehen ist, welcher derart am Ventilschieber (30) angeordnet ist, dass er im zweiten Betriebszustand vom Gehäuse (20) überdeckt wird, wobei er in einem dritten Betriebszustand des Sperrventils (10), in dem das Volumen des Federraums (23) größer als im zweiten Betriebszustand ist, nicht vom Gehäuse (20) überdeckt ist, wobei der Durchmesser des zweiten Lastdurchgangs (33) so groß ausgelegt ist, dass der Strömungswiderstand durch den zweiten Lastdurchgang (33) wesentlich geringer als der Strömungswiderstand durch den ersten Lastdurchgang (32) ist.
Sperrventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Lastdurchgang (34) mit einem Rückschlagventil (36) vorgesehen ist, welches einen Flüssigkeitsstrom von dem Lastraum (21) in den Federraum (23) sperrt, wohingegen ein Flüssigkeitsstrom in die entgegen gesetzte Richtung nicht gesperrt wird.
Sperrventil nach Anspruch 3 rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Lastdurchgang (33; 34) in Form eines einzigen Durchgangs ausgebildet sind.
Sperrventil nach Anspruch 3 rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der dritte Lastdurchgang (32; 34) in Form eines einzigen Durchgangs ausgebildet sind.