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Auslaßventil für einen Druckspeicher Zusatz zum Patent 1014 401 Die
Erfindung betrifft ein Auslaßventil für einen Druckspeicher mit einem starren Gehäuse
und einer beweglichen Trennwand, die zum Ende der Entleerung des Speichers das Verschlußstück
des Auslaßventils gegen den Druck federnder Mitteil in seine Abschlußstellung drückt
und diese federnden Mittel der beweglichen Trennwand eine Kraft entgegensetzen,
die mindestens über den wesentlichen Teil des Schließwegs des Verschlußstücks bei
zunehmender Verformung abnimmt, nach Patent 1014 401.
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Die Trennwand des Speichers teilt das starre Gehäuse in einen gasgefüllten
und einen flüssigkeitsgefüllten Raum, an dessen Auslaß ein üblicherweise offenes
Auslaßventil liegt. In den Speicher eingebrachte Flüssigkeit verkleinert den gasgefüllten
Raum und verdichtet das darin befindliche Gas. Dem Speicher kann durch Öffnen eines
zwischen dem Speicherauslaß und dem Flüssigkeitsmotor liegenden Steuerventils Flüssigkeit
entnommen werden, wobei die unter dem Gasdruck stehende Wand die Flüssigkeit durch
das Auslaßventil drückt.
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Die vom Druckspeicher entnehmbare Flüssigkeit wird im allgemeinen
für den Antrieb eines Motors herangezogen, wobei das Auslaßventil offenbleiben muß,
bis annähernd die ganze Flüssigkeit von der Zwischenwand aus dem Gehäuse gedrückt
wurde.
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Um die ganze Flüssigkeit aus dem Druckspeicher entnehmen zu können,
muß das Auslaßventil solange wie möglich offengehalten werden. Hierzu wird eine
verhältnismäßig starke Feder benötigt. Diese hat den Nachteil, daß die von der nachgiebigen
Zwischenwand aufzubringende Kraft verhältnismäßig groß ist und daher die Zwischenwand,
wenn sie das Gehäuse ganz auszufüllen beginnt, in die Auslaßöffnung gedrückt und
durch die Ventilteile beschädigt wird.
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Durch die Anwendung einer schwachen Feder kann verhindert werden,
daß das Auslaßventil schließt, bevor die nachgiebige Wand in die Auslaßöffnung gedrückt
wird. In diesem Fall genügt aber schon eine geringe Kraft, um das Auslaßventil zu
schließen, selbst wenn noch eine beträchtliche Menge Flüssigkeit in dem Gehäuse
ist. Ferner erzeugt bei einer starken Flüssigkeitsentnahme über eine kurze Zeitspanne
hinweg, z. B. um eine Bremse zu betätigen, die Flüssigkeitsströmung einen erheblichen
Unterdruck in Nähe des Auslaßventils, während die Flüssigkeit im Gehäuse noch unter
verhältnismäßig hohem Druck steht. Eine schwache Feder wird diesem Differenzdruck
auf beiden Seiten des Ventilverschlußstücks nicht standhalten können, so daß das
Ventil geschlossen wird, kurz nachdem der Strömungsvorgang eingesetzt hat. Hierdurch
wird die Wirkung des an den Druckspeicher angeschlossenen Geräts in Frage gestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auslaßventil für einen
Druckspeicher zu schaffen, das wenige und einfache Teile hat, die leicht zusammengebaut
werden können. Das Auslaßventil soll ofCenbleiben, bis nahezu die ganze Flüssigkeit
aus dem Druckspeicher entnommen ist, selbst bei übermäßiger und rascher Entnahme.
Es muß jedoch schließen, bevor die nachgiebige Zwischenwand in die Auslaßöffnung
des Behälters gequetscht werden kann. Die genannte Aufgabe wird durch eine solche
Ausbildung der federnden Mitteil des Auslaßventils gelöst, daß der ansteigende Ast
ihrer Kennlinien im Kraft-Weg-Schaubild steiler ist als der abfallende Ast und die
Feder in öffnungsendlage des Ventils auf einen Punkt des ansteigenden Astes vorgespannt
ist. Dadurch wird erreicht, daß die maximale Kraft zum Schließen des Ventils schon
auf einem kurzen Anfangsweg erreicht wird. Das Ventil ist also gegen Druckdifferenzen
am Auslaß unempfindlich und schließt nur, wenn die Flüssigkeit nahezu ganz entnommen
ist, mit langsam abnehmender Gegenkraft der in Öffnungsrichtung wirkenden federnden
Mittel. Die vom Ventil auf die nachgiebige Zwischenwand ausgeübte Verformungskraft
geht also während des Schließvorgangs des Ventils auf einen geringen Wert zurück.
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An sich sind Federn mit einer Kennlinie gemäß der vorliegenden Erfindung
in verschiedenen Gebieten der Technik, wie z. B. bei Kupplungen, bereits bekannt,
doch werden durch die Anwendung derartiger
Federn bei Auslaßventilen
für Druckspeicher die vorstehend erwähnten Vorteile erreicht.
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Ferner gehört ein ähnlich wie der Gegenstand der Erfindung ausgebildetes
Auslaßventil für einen Druckspeicher bereits zum Stand der Technik, bei dem die
Gegenkraft der mit dem Ventilverschlußstück verbundenen Feder beim Schließen desselben
zunächst gleichfalls zunimmt, von einem bestimmten Punkt ab jedoch rasch abnimmt,
so daß das Versehlußstüek sich in der letzten Phase seiner Schließbewegung fast
augenblicklich auf seinen Sitz legt. Die Kennlinie der Feder dieser bekannten Vorrichtung
verläuft daher im Kraft-Weg-Schaumbild mit einem zunächst flach ansteigenden und
dann steil abfallenden Ast. Dies hat gegenüber dem Gegenstand der Erfindung jedoch
den Nachteil, daß infolge des raschen Schließens des Verschlußstücks im Bedarfsfalle
nicht die gesamte Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter entnommen werden kann.
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In der Zeichnung sind zwei Druckspeicher als Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig.l einen Längsschnitt durch
ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig.2 und 3 Einzelteile des ersten Ausfiihrungsbeispiels,
Fig.4 einen Teillängsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 5 einen
Ouerschnitt nach Linie 5-5 in Fig. 4, Fig. 6 ein Schaubild der Kennlinie einer in
den Ausführungsbeispielen verwendeten Feder.
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Der Druckspeicher hat einen festen Behälter 11 aus Stahl, Gußaluminium
od. dgl., der hohen Drücken standhalten kann. Der Behälter ist kugelförmig oder
als Zylinder mit kugelförmigen Endabschnitten ausgebildet. Er hat in seinem Innern
eine verformbare Zwischenwand zwischen einer Gaseinlaßöffnung 12 und einer Flüssigkeitsauslaßöffnung
13 des Behälters. Die Zwischenwand ist vorzugsweise als eine zusammendrückbare und
dehnbare Blase 14 ausgebildet, die aus nachgiebigem Werkstoff wie Gummi oder einem
gummiähnlichen Kunststoff besteht. Diese Blase 14 ist in gefülltem, aber noch nicht
wesentlich gedehntem Zustand kleiner als der Hohlraum des Behälters. Der Einlaß
12 ist mit dem Hohlraum der Blase 14 verbunden.
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Es sind Mittel vorgesehen, um die Auslaßöffnung 13 abzuschließen.
Sie bestehen aus einem Auslaßventil 15 in einem Rohrstück 16, das am Rand der Auslaßöffnung
13 mit Hilfe einer Schweißnaht 17 befestigt ist. Es kann auch ein anderes Befestigungsmittel
gewählt werden.
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Das Rohrstück 16 hat einen nach innen vorstehenden Abschnitt 18 in
der Nähe seines in das Innere des Gehäuses 11 ragenden Endes 19. Dadurch
wird eine Schulter 21 etwa in der Mitte des Rohrstücks 16 gebildet. Ein im wesentlichen
topfförmig gestaltetes Führungsstück 22 ist im Rohrstück 16 untergebracht und hat
einen solchen Außendurchmesser, daß es in dem Abschnitt 18 des Rohrstücks 16 mit
geringem Abstand mit Spiel gleiten kann. Der Rand 23 des Führungsstücks 22 ist nach
außen gebogen, so daß es an der Schulher 22 anliegen kann, um die nach innen gerichtete
Bewegung des Führungsstücks 22 zu begrenzen.
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Der zylinderförmige Abschnitt 24 des Führungsstücks 22 ist so hoch,
daß der Boden des Führungsstücks über das innere Ende 59 des Rohrstücks 16 vorsteht,
wenn der Rand 23 an der ringförmigen Schulter 21 anliegt, so daß die Öffnungen 27
in dem zylinderförmigen Abschnitt 24 in der Nähe des Bodens 26 für den Durchtritt
von Flüssigkeit in beiden Richtungen offen sind.
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Am Boden 26 ist durch einen axial angeordneten Niet 29 ein. aus einer
Scheibe bestehendes Ventilverschlußstück 31 befestigt, dessen Rand 32 auf dem inneren
Ende 19 des Rohrstücks aufsitzen kann, um das Gehäuse 11 abzuschließen. Dieses Verschlußstück
ist durch das Führungsstück 22 geführt, so daß es sich im wesentlichen nur in Achsrichtung
des Rohrstücks 16 bewegen kann.
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Federnde Mittel sind bestrebt, das Führungsstück 22 und das Verschlußstück
31 in Richtung zum Behälterinnern zu bewegen, um den Rand 32 des Verschlußstücks
31 vom Ventilsitz 19 abzuheben und die Öffnungen 27 offenzuhalten, so daß eine Verbindung
zwischen dem Innern des Behälters 11 und der Bohrung 33 des Rohrstücks 16 besteht.
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Die federnden Mittel sind so ausgebildet, daß sie eine verhältnismäßig
große Kraft aufbringen, um das Verschlußstück 31 offenzuhalten. Sie setzen aber,
nachdem sie auf etwa 1/3 ihres Weges mit stark ansteigender Kraft verformt worden
sind, auf dem Restabschnitt ihres Wegs. der weiteren Verformung eine allmählich
geringer werdende Kraft entgegen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das federnde Mittel durch
eine Feder 35 etwa in der Form einer Spinne mit einer Mehrzahl von Armen
36
gebildet, die gleichen Abstand von der Mitte haben und radial von dem Mittelabschnitt
37 ausgehen. Die Feder besteht aus Federstahl, die Arme 36 sind jeweils in ihrem
Abschnitt 38 gebogen und laufen in ihrem Abschnitt 39 im wesentlichen rechtwinklig
zu den radial nach außen gehenden Abschnitten. Die Abschnitte 39 sind als Blattfedern
ausgebildet, deren Außenabschnitte 41 geringfügig nach außen gebogen sind.
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Der Mittelabschnitt 37 der Feder 35 ist am Boden 26 des Führungsstücks
22 mit Hilfe eines Niets 29 befestigt. Die Außenabschnitte 41 der Arme 36 stützen
sich gegen eine Hohlschraube 42, die in das mit Gewinde versehene Ende eines Rohrstücks
16 eingeschraubt ist. Die Hohlschraube 42 hat eine axiale Bohrung 43 für den Durchgang
von Flüssigkeit.
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Die Bauform nach Fig. 4 ist der nach Fig. 1 ähnlich. Gleiche Teile
tragen deshalb die gleichen Bezugszeichen.
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Bei dieser Bauform hat das Rohrstück 16' einen größeren Durchmesser
als der Flüssigkeitsdurchlaß 13' und ist am Behälter durch eine Schweißnaht 17'
derart befestigt, däß es koaxial zum Auslaß 13' angeordnet ist.
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Ein im wesentlichen topfförmig ausgebildetes Führungsstück 22' ist
in dem rohrförmigen Stück 16' untergebracht und hat einen derartigen Durchmesser;
daß es darin mit geringem radialem Spiel gleitet. Das Führungsstück 22' hat an seinem
oberen Ende einen Abschnitt 51 mit kleinerem Durchmesser. Dieser Abschnitt schließt
an den leicht gebogenen Boden 26' an. Der Abschnitt 51 bildet mit dem ihm benachbarten
Abschnitt eine ringförmige Schulter 52, die gegen die äußere Oberfläche des Randes
53 der Auslaßöffnung 13' des Behälters 11' anstößt, um die in das Behälterinnere
gerichtete Bewegung des Führungsstücks zu begrenzen. Der einen kleineren Durchmesser
:aufweisende Abschnitt 52 des Führunizs-
Stücks 22' ist so ausgebildet,
daß sein Boden 26' in das Innere des Behälters 11' hineinragt, wenn die Schulter
52 gegen den Rand der Öffnung 13' anliegt. Von der inneren Fläche des Randes 53
ist der Boden im Führungsstück 52 dann so weit entfernt, daß die Öffnungen 27' in
dem dem Boden 26' benachbarten Abschnitt 51 freiliegen und Flüssigkeit ein- oder
austreten kann.
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Am Boden 26' des topfförmigen Führungsstücks 24' ist mit Hilfe eines
axial angeordneten Niets 29' ein Verschlußstück 31' befestigt, das genauso wie der
Boden 26' des Führungsstücks 22' gewölbt ausgebildet ist. Das Verschlußstück 31'
hat einen solchen Durchmesser und ist derart gewölbt, daß es in Schließlage an der
inneren Fläche des Randabschnitts 53 am Behälter 11' anliegt und den Flüssigkeitsauslaß
13' absperrt. Das Verschlußstück 31' wird durch dieses Führungsstück 22' geführt,so
daß es sich nur in Achsrichtung des Rohrstücks 16' bewegen kann.
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Das Führungsstück 22' und das Verschlußstück 31' werden durch eine
Feder 35' nach innen gedrückt. Die Feder 35' hat die gleiche Charakteristik wie
die Feder 35 in Fig. 1.
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Die Feder 35' ist als eine dreifach gebogene Blattfeder ausgebildet,
deren Mittelabschnitt 56 durch einen Niet 29' am Boden 26' des topfförmigen Führungsstückes
22' befestigt ist. Die Feder ist gegenüber ihrem Mittelabschnitt rechtwinklig abgebogen
und bildet ein Armpaar, dessen äußere Abschnitte geringfügig nach außen gebogen
sind. Mit diesen Abschnitten steht die Feder auf einer Hohlschraube 57 auf, die
in das mit Gewinde versehene Ende des rohrförmigen Stücks eingeschraubt ist.
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Die Federn der beiden Ausführungsbeispiele haben eine Charakteristik,
wie sie in dem Kraft-Weg-Schaubild nach Fig. 6 dargestellt ist, wo auf der Abszisse
61 der Weg und auf der Ordinate 62 die Kraft aufgetragen ist. Wird auf die Feder
35, 35' von der sich ausdehnenden Blase 14 oder 14' eine Kraft ausgeübt, so steigt
zunächst die Federkraft des nachgiebigen Teils über eine bestimmte Weglänge (Projektion
auf der Abszisse 61) bis zu dem Punkt A um einen Betrag an, dessen Projektion auf
der Ordinate 62 die entsprechende Kraft ergibt. Wenn die Feder weiter verformt oder
über den Punkt A hinaus beansprucht wird, so wird die von ihr ausgeübte Kraft langsamer
abnehmen, als sie vorher zugenommen hat, wobei das Verschlußstück die entsprechenden
Schließbewegungen ausführt. Die Federn werden vorzugsweise entsprechend Punkt B
in Fig. 6 mit Vorspannung eingebaut, so daß eine bestimmte Vorspannkraft überwunden
werden muß, ehe das Verschlußstück bewegt wird.
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Selbst wenn die durch das Rohrstück 16, 16' hindurchfließende Menge
in der Zeiteinheit groß ist und ein hoher Druckunterschied zwischen den beiden Seiten
des Auslaßventils 15 auftritt, so genügt die in der vorgespannten Feder vorhandene
Kraft, um das Ventil offenzuhalten.
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Wenn beim ersten Ausführungsbeispiel die Blase fortschreitend sich
dehnt, drückt sie schließlich auf das Verschlußstück 31. Dieses wird erst dann verschoben,
wenn die Blase eine entsprechende Kraft auf das Verschlußstück 31 ausübt, um die
durch die Arme 39 der vorgespannten Feder ausgeübte Gegenkraft zu überwinden, d.
h., die von der Blase auf das Verschlußstück 3'1 ausgeübte Kraft muß den durch den
Punkt B in Fig. 6 gekennzeichneten Wert erreicht haben.
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Während dieser Zeit ist in der Regel die ganze Flüssigkeit aus dem
Speicher entleert worden. Unter weiterer Ausdehnung der Blase und Vergrößerung der
auf das Verschlußstück 31 ausgeübten Kraft wird sich das Verschlußstück in seine
Schließlage bewegen. Hierbei werden die Arme 39 der Feder 35 fortschreitend gebogen.
Die Feder übt bei einem dem Punkt A in Fig. 6 entsprechenden Federweg die größte
Kraft aus. Mit weiterer Ausdehnung der Blase werden die Arme 39 stärker gebogen,
wobei sich die von der Feder 35 ausgeübte Kraft verringert und das Verschlußstück
31 verhältnismäßig schnell durch die Blase 14 in seine Schließlage gebracht wird,
und zwar bevor die Blase zwischen dem Verschlußstück und seinem Sitz hindurchtreten
kann.
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Die Wirkungsweise der Bauform nach Fig.4 ist gleich, so daß sich ein
näheres Eingehen hierauf erübrigt.
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Das Verschlußstück der Bauformen nach den Fig. 1 und 4 kann aus einem
nachgiebigen Werkstoff bestehen, z. B. Stahlblech, Kunststoff, Hartgummi od. dgl.
Um ein Verbiegen des Verschlußstücks zu verhindern, kann in diesem Fall die Zylinderfläche
des Führungsstücks so ausgebildet werden, daß sie gegen die Hohlschraube 42 und
57 ansteht, wenn das Schließglied seine Schließlage erreicht hat.
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Bei den oben beschriebenen Bauformen ist ein Ventil vorgesehen, das
die Auslaßöffnung offenhält, bis im wesentlichen die ganze Flüssigkeit aus dem Behälter
entfernt ist, und das unabhängig ist von der Ausströmgeschwindigkeit und der in
der Zeiteinheit ausströmenden Menge. Wenn praktisch die ganze Flüssigkeit entnommen
ist, wird die Auslaßöffnung geschlossen ohne die Gefahr einer Beschädigung der Blase.