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Vorgesteuertes Sicherheitsventil Gegenstand der Erfindung ist ein
vorgesteuertes Sicherheitsventil, insbesondere für hydraulische Druckmedien.
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In hydraulischen Drucksystemen, z. B. bei hydrostatischen Getrieben,
werden oft als überdruckventile arbeitende vorgesteuerte Sicherheitsventile benötigt,
welche bei überschreitung eines bestimmten Druckes im Hochdruckteil Druckmedium
aus diesem in den Niederdruckteil abströmen lassen. Bei Drucksystemen, in welchen
die Druckseiten im Betriebe wechseln, sind somit zwei Ventile notwendig.
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Es ist auch schon ein Ventil bekanntgeworden, das in beiden Richtungen
wirksam und somit auch bei wechselnden Druckseiten arbeitsfähig ist. Das bekannte
Ventil besitzt zu diesem Zwecke zwei Vorsteuerventile, von denen jedes einer Druckseite
zugeordnet ist und bei überschreitung eines Hochdruckes an derselben das Hauptventil
öffnet. Soweit an den beiden Druckseiten unterschiedliche Höchstdrücke verlangt
werden, läßt sich ein solches, zwei Vorsteuerventile benötigendes Sicherheitsventil
mit Vorteil verwenden; hingegen ist dessen Anwendung dann nicht gerechtfertigt,
wenn, wie dies in vielen Anwendungen der Fall ist, für beide Druckseiten genau gleiche
Höchstdrücke verlangt werden, da die Anordnung zweier Vorsteuerventile neben dem
Arbeitsaufwand für deren Einstellung in der Weise, daß sie das Hauptventil bei gleichen
Drücken öffnet, einen erheblichen konstruktiven und kostenmäßigen Aufwand bedingt.
Jedes einzelne Vorsteuerventil stellt übrigens dabei eine an sich unerwünschte Fehlerquelle
dar.
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Ventile, deren den Verschlußkörper in Schließlage haltende Feder durch
eine Schraube einstellbar ist, sind übrigens ebenfalls schon bekannt sowie auch
die Verwendung von mit veränderbarem Durchflußquerschnitt ausgestatteten Drosselstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Sicherheitsventil
zu schaffen, welches die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet und bei geringem konstruktiven
und kostenmäßigen Aufwand und bei geringer Störungsanfälligkeit eine einfache, leichte
und genaue gleichzeitige Einstellung der beidseitigen Höchstdrücke erlaubt. Das
erfindungsgemäße Ventil hat auch ein Bauteil weniger, d. h. ein Vorsteuerventil
weniger, und somit wegen Wegfallens einer Fehlerquelle erhöhte Zuverlässigkeit.
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Das erfindungsmäßige Sicherheitsventil, bei welchem ein Hauptventil
vorgesehen ist, das zwei in einem Ventilgehäuse angeordnete, zum Anschluß an je
eine Druckseite bestimmte Öffnungen miteinander verbindet, ist dadurch gekennzeichnet,
daß in dem als Kolben vorgesehenen Verschlußstück des Hauptventils zwei Rückschlagventile
angeordnet sind, von denen jedes eine der Öffnungen mit einem gemeinsamen hinter
dem Hauptventilkolben im Gehäuse vorgesehenen Druckraum verbindet und daß in diesem
Druckraum ein einziges Vorsteuerventü vorhanden ist, wobei am Hauptventilkolben
zwei vom jeweiligen Zuflußdruck beaufschlagbare öffnungsflächen vorgesehen sind,
von denen jede einer der genannten Öffnungen zugekehrt ist und der im Druckraum
herrschende Druck eine am Hauptventilkolben vorgesehene Schließfläche beaufschlagt.
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Durch die bekannten Einrichtungen wird die erfindungsgemäße Ausbildung
des Steuerventils nicht nahegelegt.
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In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
vorgesteuerten Sicherheitsventils dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt
durch die erste Ausführungsform, F i g. 2 einen Axialschnitt durch die zweite Ausführungsform.
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In F i g. 1 und 2 ist mit 1 ein Steuerkörper oder Ventilgehäuse bezeichnet,
das eine zylindrische Bohrung 2 aufweist. In dieser Bohrung ist eine zylindrische
Ventilhülse 4 angeordnet, die durch einen an der Oberseite derselben anliegenden
Flanschdeckel5 in der Bohrung festgehalten wird. Der Flanschdeckel 5 ist mittels
Schrauben 6 am Ventilgehäuse 1 befestigt. Die Ventilhülse weist in ihrem unteren
Teil eine Umfangsnut 7 auf, die über radiale Bohrungen 8 mit dem durch die Hülse
gebildeten Zylinderraum 9 in Verbindung steht. Der unterhalb der Bohrungen 8 anschließende
konische Teil 3 der Ventilhülse besitzt einen reduzierten Innendurchmesser
a
und bildet einen nach aufwärts gerichteten ringförmigen Ventilsitz 10. Im Zylinderraum
9 ist ein becherförmiger Ventilkörper 11 verschiebbar angeordnet, der an seinem
Bodenstück 12 mit einer ringförmigen Schließfläche 13 versehen ist. Diese wirkt
mit dem Ventilsitz 10 zusammen, wenn sich der Ventilkörper in der Schließlage befindet.
In der Bohrung 14 des Ventilkörpers 11 ragt ein hohler Führungszapfen 15, der mittels
eines an seinem oberen Ende vorgesehenen Flansches 16 zwischen Ventilhülse 4 und
Flanschdeckel 5 in zentrierter Lage befestigt ist. Am Flansch 16 stützt sich eine
schraubenförmige Druckfeder 17 ab, die auf dem Führungszapfen 15 aufgeschoben ist
und andererseits auf dem Bodenstück 12 des Ventilkörpers 11 aufliegt, so daß dieser
in seiner in der Zeichnung dargestellten Schließlage gehalten wird.
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Die Bohrung 18 des Führungszapfens 15 enthält einen verschiebbaren
Vorsteuerkörper 19, der unter der Wirkung einer Druckfeder 20 eine Vorsteuerventilöffnung
21 abschließt, die die Bohrung 18 mit dem Raum 22 zwischen Führungszapfen und Ventilkörper
verbindet. Der Steuerkörper ist von Flüssigkeitskanälen 23 durchsetzt, welche über
im Flanschdeckel 5 vorgesehene radiale Nuten 24 mit einem Ringraum 25 in Verbindung
steht. Der Ringraum 25, welcher zwischen Ventilhülse 4 und Bohrung 2 im Ventilgehäuse
1 gebildet wird, steht über eine Ablaufbohrung 26 in dieser letzteren z. B. mit
einem nicht dargestellten Sumpf in Verbindung.
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Die Feder 20 erstreckt sich durch eine zentrale Gewindebohrung 27
im Flanschdeckel 5 und stützt sich mit ihrem oberen Ende in einer Einstellschraube
28 ab, welche in die Gewindebohrung 27 eingeschraubt ist. Die Einstellschraube ist
im Flanschdeckel 5 mittels einer Mutter 29 gegen Verdrehung gesichert und durch
eine auf den Flanschdeckel aufgeschraubte Kappe 30 abgedeckt.
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Im Bodenstück 12 des Ventilkörpers 11 sind zwei Rückschlagventile
31 und 32 in Form von federbelasteten Kugeln vorgesehen, von denen das eine über
einen Kanal 33 den Eintritt von Flüssigkeit aus den Bohrungen 8 und das andere den
Eintritt von Flüssigkeit über einen Kanal 34 aus der Bohrung 3 in den Raum gestattet,
während durch diese Ventile der Ausfluß von Flüssigkeit in umgekehrter Richtung
verhindert wird. Das Ventilgehäuse 1 besitzt zwei Anschlußbohrungen 35 und 36, von
denen die erstere mit der Ringnut 7 und die letztere mit der Bohrung 3 in Verbindung
steht.
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Die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise des Sicherheitsventils
beruht auf der Annahme, daß die Anschlußbohrungen 35 und 36 wechselweise mit der
Hochdruck- bzw. der Niederdruckseite einer Flüssigkeitspumpe, z. B. in einem hydrostatischen
Fahrzeuggetriebe in Verbindung stehen, wobei das Ventil die Aufgabe hat, bei Überschreitung
eines bestimmten Höchstdruckes auf der Hochdruckseite die Verbindung zwischen den
Bohrungen 35 und 36 freizugeben und Druckmedium auf die Niederdruckseite abströmen
zu lassen.
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Es sei angenommen, daß die Bohrung 35 an die Hochdruckseite angeschlossen
sei. In diesem Falle kann Druckmedium aus der Umfangsnut 7 über die Bohrungen 8,
den Kanal 33 und das geöffnete Rückschlagventil 31 in den Raum 22 eintreten, so
daß also in diesem Raum der an der Hochdruckseite wirkende Druck herrscht, da das
Rückschlagventil 32 geschlossen ist. Der im Inneren des Raumes 22 herrschende Druck
wirkt auf eine Kreisfläche vom Durchmesser d am Ventilkörper 11 und preßt diesen
- unterstützt durch den Druck der Feder 17 - gegen den Ventilsitz 10. Der auf die
durch die Durchmesser bz b1 bestimmte Ringfläche einwirkende Druck des Mediums in
den Bohrungen 8 ist infolge der im Schließsinne wirkenden Kräfte nicht in der Lage,
den Ventilkörper vom Ventilsitz 10 abzuheben bzw. die Verbindung mit der Bohrung
3 herzustellen. Der im Raum 22 vorhandene Druck wirkt über die Bohrung 21 auch auf
den Steuerkörper 19 des Vorsteuerventils, der jedoch unter der Wirkung der Druckfeder
20 in seiner Schließlage gehalten wird. Die Druckfeder 20 ist mittels Einstellschraube
28 auf eine bestimmte Vorspannung eingestellt, welche dem Ansprechdruck des Vorsteuerventils
entspricht bzw. diesen Ansprechdruck bestimmt.
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Übersteigt der auf der Hochdruckseite bzw. in den Bohrungen 8 und
im Raume 22 herrschende Druck den Ansprechdruck des Vorsteuerventils, so verschiebt
sich der Steuerkörper 19 entgegen der Wirkung der Feder 20 nach aufwärts,
so daß Druckmedium aus dem Raum 22 durch die Bohrung 21 und die Bohrungen 23 in
die Bohrung IS abströmen, welche über die Nuten 24 mit dem Ablaufkanal 26 in Verbindung
steht. Nachdem der Kanal 33 nur einen kleinen Querschnitt hat und als Drosselstelle
wirkt, bildet sich zwischen den Bohrungen 8 und dem Raum 22 ein Druckunterschied,
wobei der kleinere im Raum 22 herrschende, auf die Fläche d einwirkende Druck nicht
in der Lage ist, den Ventilkörper 11 in der Schließlage zu halten. Entgegen der
Wirkung der Feder 17 wird der Ventilkörper 11 durch den an der Fläche
b2 -bi angreifende Druck nach aufwärts verschoben, so daß Druckmedium aus
den Bohrungen 8 in die Bohrung 3 abströmen kann, die mit der Niederdruckseite in
Verbindung steht.
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Vorsteuerventil und Hauptventil schließen sich wieder, sobald der
Druck im Raum 22 wieder dem Anspreehdruck angeglichen ist und zwischen diesem Raum
und der Hochdruckseite auch kein Druckunterschied mehr besteht.
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Ist die Bohrung 3 an die Hochdruckseite angeschlossen, so entspricht
die Wirkungsweise dem Vorbeschriebenen mit der Ausnahme, daß der Raum 22 über das
Rückschlagventi132 und den Kana134 mit dieser Hochdruckseite in Verbindung steht.
Daneben ist der über die Fläche a wirkende Druck für die Öffnung des Hauptventiles
bzw. Verschiebung des Ventilkörpers 11 maßgebend.
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Das durch die Ablaufbohrung 26 abströmende Öl
kann in einem
Ölsumpf aufgefangen und wieder verwendet werden.
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Nachdem das Vorsteuerventil infolge seiner Verbindung mit dem Raum
22 wechselweise für beide Druckseiten wirksam ist, wird gewährleistet, daß an der
jeweiligen Hochdruckseite der eingestellte maximale Druck nicht überschritten werden
kann.
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Wähenddem bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die
Regulierung der Federvorspannung und damit des Ansprechdruckes mittels der Schraube
28 geschieht, könnte statt dessen auch ein unter dem Druck eines Steuermediums verschiebbarer
Kolben auf die Feder einwirken. Hierbei wäre es denkbar, den Kolben zwischen mehreren
Endlagen beweglich anzuordnen, um vorbestimmte feste Werte für die Vorspannung der
Feder einstellen zu können.
Bei der Ausführungsform von F i g. 2
ist mit 101 ein Steuerkörper oder Ventilgehäuse bezeichnet, das eine zylindrische
Bohrung 102 aufweist. In dieser Bohrung ist eine Ventilhülse 104 angeordnet, die
durch einen an der Oberseite derselben anliegenden Flanschdeckel105 in der Bohrung
festgehalten wird. Der Flanschdeckel 105 ist mittels Schrauben 106 am Ventilgehäuse
101 befestigt. Die Ventilhülse weist in ihrem unteren Teil einen Absatz 107 auf,
in welchem radiale Öffnungen 108 vorgesehen sind, die mit dem durch die Hülse gebildeten
Zylinderraum 109 in Verbindung stehen. Der unterhalb der Öffnungen 108 anschließende
konische Teil 103 der Ventilhülse besitzt einen reduzierten Innendurchmesser
und bildet einen nach aufwärts gerichteten ringförmigen Ventilsitz 110. Im Zylinderraum
109 ist ein becherförmiger Hauptventilkörper 111 verschiebbar angeordnet, der an
seinem Bodenstück 112 mit einer ringförmigen Schließfläche 113 versehen ist. Diese
wirkt mit dem Ventilsitz 110 zusammen, wenn sich der Ventilkörper in der Schließlage
befindet. Ein hohler Führungszapfen 115 ist mittels eines an seinem unteren Ende
vorgesehenen Flansches 116 zwischen Ventilhülse 104 und Flanschdecke1105 in zentrierter
Lage befestigt. Am Flansch 116 stützt sich eine schraubenförmige Druckfeder 117
ab, die auf dem Bodenstück 112 des Ventilkörpers 111 aufliegt, so daß dieser in
seiner in der Zeichnung dargestellten Schließlage gehalten wird.
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Die Bohrung 118 des Führungszapfens 115 enthält einen verschiebbaren
Vorsteuerkörper 119, der unter der Wirkung einer Druckfeder 120 eine Vorsteuerventilöffnung
121 abschließt, die die Bohrung 118 mit dem Raum 122 zwischen Führungszapfen und
Ventilkörper verbindet. Der Steuerkörper ist von Flüssigkeitskanälen 123 durchsetzt,
welche über im Flanschdeckel 105 vorgesehene radiale Nuten 124 mit einem Ringraum
125 in Verbindung stehen. Der Ringraum 125, welcher zwischen Ventilhülse 104 und
Bohrung 102 im Ventilgehäuse 101 gebildet wird, steht über eine Ablaufbohrung 126
in diesem letzteren z. B. mit einem nicht dargestellten Sumpf in Verbindung.
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Die Feder 120 erstreckt sich durch eine zentrale Gewindebohrung 127
im Flanschdeckel 105 und stützt sich mit ihrem oberen Ende in einer Einstellschraube
128 ab, welche in die Gewindebohrung 127 eingeschraubt ist. Die Einstellschraube
ist im Flanschdeckel 105 mittels einer Mutter 129 gegen Verdrehung gesichert und
durch eine auf den Flanschdeckel aufgeschraubte Kappe 130 abgedeckt.
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Im Bodenstück 112 des Ventilkörpers 111 sind zwei Rückschlagventile
131 und 132 in Form von federbelasteten Kugeln. vorgesehen, die über einen Kanal
133 und eine einstellbare Drosselschraube 134 die Bohrungen 108 und 103 mit
dem Raum 122 verbinden, während durch diese Ventile der Ausfluß von Flüssigkeit
in umgekehrter Richtung verhindert wird. Das Ventilgehäuse 101 besitzt zwei Anschlußbohrungen
135 und 136, von denen die erstere mit den Öffnungen 108 und die letztere mit der
Bohrung 103 in Verbindung steht.
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An seinem oberen Teil ist der Ventilkörper 111 vom Durchmesser b2
auf einen kleineren Durchmesser d abgesetzt, wobei die entsprechende aus dem Raum
122 beaufschlagte Fläche gleich groß ist wie jede der beiden Öffnungsflächen, die
durch die Durchmesser bi-b. und a bestimmt sind. Der durch die Durchmesser
b2 d begrenzte Ringraum 137 steht über eine Bohrung 138 mit einer Längsnut 139 an
der Außenseite der Ventilhülse 104 in Verbindung, die in die Umfangsnut 125 einmündet.
Der Ringraum 137 ist somit ständig mit dem Ablauf 126 verbunden.
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Die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise des Sicherheitsventiles
beruht auf der Annahme, daß die Anschlußbohrungen 135 und 136 wechselweise mit der
Hochdruck- bzw. der Niederdruckseite einer Flüssigkeitspumpe, z. B. in einem hydrostatischen
Fahrzeuggetriebe in Verbindung stehen, wobei das Ventil die Aufgabe hat, bei Überschreitung
eines bestimmten Höchstdruckes auf der Hochdruckseite die Verbindung zwischen den
Bohrungen 135 und 136 freizugeben und Druckmedium auf die Niederdruckseite abströmen
zu lassen.
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Es sei angenommen., daß die Bohrung 135 an die Hochdruckseite angeschlossen
sei. In diesem Falle kann Druckmedium über die Öffnungen 108, den Kanal
133, das geöffnete Rückschlagventil131 und die Drosselschraube 134 in den
Raum 122 eintreten, so daß also in diesem Raum der an der Hochdruckseite wirkende
Druck herrscht, da das Rückschlagventil 132 geschlossen ist. Der im Inneren des
Raumes 122 herrschende Druck wirkt auf die Kreisfläche vom Durchmesser d am Ventilkörper
111 und preßt diesen, unterstützt durch den Druck der Feder 117, gegen den Ventilsitz
110. Der auf die durch die Durchmesser b2 bi bestimmte Ringfläche einwirkende Druck
des Mediums, welcher eine gleich große Kraft ausübt wie der auf die Fläche d einwirkende
Flüssigkeitsdruck, ist infolge der im Schließsinne wirkenden Feder 117 nicht in
der Lage, den Ventilkörper vom Ventilsitz 110 abzuheben bzw. die Verbindung mit
der Bohrung 103 herzustellen. Der im Raum 122 vorhandene Druck wirkt über die Bohrung
121 auch auf den Steuerkörper 119 des Vorsteuerventils, der jedoch unter der Wirkung
der Druckfeder 120 in seiner Schließlage gehalten wird. Die Druckfeder 120 ist mittels
Einstellschraube 128 auf eine bestimmte Vorspannung eingestellt, welche dem Ansprechdruck
des Vorsteuerventils entspricht bzw. diesen Ansprechdruck bestimmt.
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übersteigt der auf der Hochdruckseite bzw. in den Bohrungen 108 und
im Raum 122 herrschende Druck den Ansprechdruck des Vorsteuerventils, so verschiebt
sich der Steuerkörper 119 entgegen der Wirkung der Feder 120 nach aufwärts, so daß
Druckmedium aus dem Raum 122 durch die Bohrung 121 und die Bohrungen 123 in die
Bohrung 118 abströmt, welche letztere über die Nuten 124 mit dem Ablaufkanal 126
in Verbindung steht. Nachdem die Schraube 134 als Drosselstelle wirkt, bildet sich
zwischen den Bohrungen 108 und dem Raum 122 ein Druckunterschied, wobei der kleinere
im Raum 122 herrschende, auf die Fläche vom Durchmesser d einwirkende Druck zusammen
mit der Schließkraft der Feder 117 nicht in der Lage ist, den Ventilkörper 111 in
der Schließlage zu halten. Entgegen der Wirkung der Feder 117 wird der Ventilkörper
111 durch den an der Fläche b2 bi angreifenden Druck nach aufwärts verschoben, so
daß Druckmedium aus den Bohrungen 108 in die Bohrung 103 abströmen kann, die mit
der Niederdruckseite in Verbindung steht. Vorsteuerventil und Hauptventil schließen
sich wieder, sobald der Druck im Raum 122 wieder dem Ansprechdruck angeglichen ist
und
zwischen diesem Raum und der Hochdruckseite auch kein Druckunterschied
mehr besteht.
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Ist die Bohrung 103 an die Hochdruckseite angeschlossen, so entspricht
die Wirkungsweise dem Vorbeschriebenen mit der Ausnahme, daß der Raum 122 über das
Rückschlagventil132 und den Kanal 134 mit dieser Hochdruckseite in Verbindung steht.
Daneben ist der über der Fläche a wirkende Druck für die Öffnungen des Hauptventils
bzw. Verschiebung des Ventilkörpers 111 maßgebend.
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Das durch die Ablaufbohrung 126 abströmende Öl kann in einem Ölsumpf
aufgefangen und wieder verwendet werden.
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Nachdem das Vorsteuerventil infolge seiner Verbindung mit dem Raum
122 wechselweise für beide Druckseiten wirksam ist, wird gewährleistet, daß an der
jeweiligen Hochdruckseite der eingestelle maximale Druck nicht überschritten werden
kann.
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Es ist nicht notwendig, daß die Flächen, welche durch die Durchmesser
d, b. -b. und a bestimmt werden, alle absolut gleich groß sind;
jedoch ist der Hauptventilkörper in der Lage, schneller zu reagieren, wenn die Schließfläche
entsprechend d nicht wesentlich größer bemessen wird als die beiden öffnungsflächen.
Dies gestattet, den Druck in dem an die Leitungen 135 und 136 angeschlossenen System
mit nur geringen Schwankungen zu beherrschen.
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Mit Hilfe der Drosselschraube 134 ist es übrigens möglich, den Druckabfall
zu verändern und den Durchfluß der Viskosität des Druckmediums anzupassen.
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Es ist auch möglich, an den Druckraum ein außerhalb des Ventilgehäuses
angeordnetes Hilfssteuerventil anzuschließen, das magnetisch oder manuell betätigbar
ist und welches gestattet, die Schließfläche d ganz oder teilweise vom Druckmedium
zu entlasten, um das Hauptventil willkürlich oder nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit
zu öffnen.