DE19510588A1 - Ventilsitzkonstruktion - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitz beispielsweise für ein Rohrbruchsicherungsventil bzw. ein Brems-/Sperrventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ventile mit derartigen Ventilsitzen werden beispielsweise als Senkbrems-Sperrventile zur Regelung des Ablaufstroms eines durch äußere Kräfte belasteten Verbrauchers beispielsweise eines Hubzylinders eingesetzt, um ein Vorauseilen des Ver­ brauchers bezüglich des Zulaufstroms zu verhindern. Gleich­ zeitig übernehmen diese Ventile für den Fall, daß sie als Sitzkolben mit einem Ventilsitz ausgebildet sind, die Funk­ tion eines leckfrei absperrenden, den Verbraucher in der je­ weiligen Position fest einspannenden, gesteuerten Rückschlag­ ventils.

Aus dem Stand der Technik ist ein derartiges Brems-/ Sperrventil mit einem Sitzkolben dieser Gattung bekannt, wie es beispielsweise in der DE-OS 23 52 742 dargestellt ist.

Dieses Ventil hat einen hohlen Ventilkolben, der gegen einen zwei Ventildruckanschlüsse verbindenden Ventilsitz mittels einer Feder vorgespannt ist, die sich in einem Federraum be­ findet. Der Ventilkoben ist dabei in einer den Ventilsitz ausbildenden Bohrung des Ventilgehäuses gleitgelagert. In dem Ventilkolben befindet sich ferner ein internes Vorsteuersitz­ ventil, welches mittels eines Steuerdruck-betätigbaren Stell­ kolbens zwangsgeöffnet werden kann. Das Brems-/Sperrventil ist dabei zu einem in einer zum Verbraucher führenden Druck­ leitung angeordneten Rückschlagventil mit seinen beiden An­ schlüssen parallelgeschaltet, wobei der Federraum permanent mit dem Lastdruck beaufschlagt ist.

Beim Heben einer Last wird der Anschluß A von einer Pumpe druckbeaufschlagt, wobei der Ventilkolben sowohl durch die Feder, wie auch durch den im Federraum herrschenden Last­ druck auf den Ventilsitz gepreßt wird. Soll die Last durch Verringern des Pumpendrucks in einer Position gehalten wer­ den, schließt sich das externe Rückschlagventil in der Druck­ leitung, während der Ventilkolben des Brems-/Sperrventils weiterhin in Schließstellung gehalten und damit der pumpen­ seitige Ventilanschluß im wesentlichen drucklos wird. Für das Senken der Last wird der Stellkolben zum Öffnen des internen Vorsteuersitzventils betätigt, wodurch sich der Druck im Fe­ derraum entspannt. Bei weiterer Betätigung des Stellkolbens wird der Ventilkolben axial von seinem Ventilsitz abgehoben und damit der Druck im Verbraucher in einen Tank kontrolliert entlassen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen ist, wird der Ventilkolben, der gemäß diesem Stand der Technik im Be­ reich des Ventilsitzes als Kegelstumpf ausgebildet ist, sowohl durch die Federkraft wie auch durch den im Verbraucher herrschenden Druck auf den Ventilsitz aufgepreßt. Da derar­ tige Ventile auch in Hochdruckleitungen verwendet werden, können die hierbei entstehenden Anpreßkräfte Größen errei­ chen, die zu plastischen Deformationen des Ventilsitzes bei­ spielsweise in Form von Materialaufwürfen oder Stauchungen führen können. Es hat sich gezeigt, daß sich solche Deforma­ tionen in die den Ventilkolben aufnehmende Gehäusebohrung fortpflanzen und ein Verklemmen des Ventilkolben bewirken können, so daß die Funktionsfähigkeit des Ventils nicht mehr gewährleistet ist. Die Verwendung eines belastbareren, härte­ ren Materials könnte zwar hier eventuell Abhilfe schaffen. Jedoch würden hierdurch Mehrkosten infolge der hochwertigeren und damit teuereren Werkstoffe entstehen, die bei hohen Stückzahlen nicht mehr tragbar sind.

Angesichts dieses Umstands ist es daher eine Aufgabe der vor­ liegenden Erfindung, eine Ventilsitzkonstruktion für einen in einer Bohrung eines Ventils axial verschiebbaren Ventilkolben zu schaffen, die auch bei größeren, ggf. eine plastische De­ formation des Ventilsitzes verursachenden Belastungen die Funktionsfähigkeit des Ventils insbesondere die Dichtheit des Ventilsitzes sowie die Verschiebbarkeit des Kolbens mit ge­ ringstmöglichem Kostenaufwand gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ventilsitzkon­ struktion mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Ventilsitzkonstruktion ist demnach für einen Ventilkolben ausgelegt, der in einer Ventilbohrung für das Öffnen und Schließen eines den Ventilsitz bildenden Durchlasses axial verschiebbar gelagert ist, wofür der Ventilkolben mit einem Verschlußteil bzw. einem Ventilteller ausgebildet ist. Dabei ist dieser Ventilteller an seiner zum Ventilsitz zugewandten Seite zu einem in der Ventilbohrung gleitgelagerten Ringbund verlängert, wobei der Ringbund und der Ventilteller unter Umständen auch axial voneinander beabstandet sein können und der Ventilsitz ist in seinem Durchmesser bezüglich der Ventilbohrung radial aufgeweitet. Hierdurch entsteht zwischen dem Ventilteller, dem Ventilsitz und dem Ringbund in geschlossenem Zustand des Ventils ein abgeschlossener Ringraum entsteht.

Der Ringraum dient dabei als eine Art Puffer für die auf den Ventilsitz einwirkenden Druckkräfte, welche zu einer Deformation des Ventilsitzes führen können. In diesem Falle nämlich werden Materialaufwürfe innerhalb des Ringraums aufgefangen, ohne daß sich diese in die den Ventilkolben gleitlagernde Ventilbohrung fortpflanzen. Ein Verklemmen des Ventilkolbens ist daher nahezu ausgeschlossen.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 sieht einen Umgehungskanal des Ventilsitzes vor, der die zum Ventilsitz abgewandte Stirnseite des Ventiltellers mit dem Ringraum fluidverbindet und in dem ein Vorsteuersitzventil eingesetzt ist. Dabei soll nach Anspruch 3 das Vorsteuersitzventil zeitlich vor dem Öffnen des Ventilsitzes betätigbar sein, so daß eine Fluidverbindung des Ringraums mit der zum Ventilsitz abgewandten Seite des Ventiltellers herstellbar und damit am Ventilteller nahezu ein Druckausgleich erreichbar ist. Darüberhinaus sperrt nach Anspruch 4 das Vorsteuerventil den Umgehungskanal zeitlich nach dem Schließen des Ventilsitzes durch den Ventilteller.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Kraft zum Verschieben des Ventilkolbens im wesentlichen unabhängig der auf den Ventilteller einwirkenden hydraulischen Druckkräfte wird, so daß ein genaueres Öffnen des Ventilsitzes möglich ist. Darüberhinaus wird gewährleistet, daß beim Schließen des Ventilsitzes das Fluid innerhalb des Ringraums selbständig austreten kann.

Nach Anspruch 5 ist es vorgesehen, daß das Vorsteuersitzventil in einer Durchgangsbohrung des Ven­ tilkolbens untergebracht ist, in dem auch der Umgehungskanal ausgebildet ist. Dabei sind nach Anspruch 6 das Vorsteuersitzventil und der Ventilkolben von einem ge­ meinsamen Stellglied, vorzugsweise ein hydraulischer Stell­ kolben betätigbar. Durch diese Maßnahme wird Konstruktionsaufwand und die Zahl der benötigten Bauteile verringert, wodurch Fertigungskosten eingespart werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der übrigen Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das generelle Schaltbild eines als ein mögliches Verwendungsbeispiel ausgewähltes Brems-/Sperrventils als Rohrbruchsicherungsventil, in welchem ein Ventilsitz gemäß der Erfindung vorgesehen ist,

Fig. 2 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel des Brems-/ Sperrventils mit integriertem Servoventil, bei dem der er­ findungsgemäße Ventilsitz durch einen Ventilkolben geschlos­ sen ist, wobei der Ventilkolben sowohl durch eine Vorspannfe­ der wie auch durch den Lastdruck auf seinen Ventilsitz ge­ drückt wird,

Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung des erfindungsgemäßen Ventil­ sitzes aus Fig. 2.

Gemäß der Fig. 1 hat ein Brems-/Sperrventil als Rohrbruchsi­ cherungsventil in seinem grundsätzlichen Aufbau ein inte­ griertes Servoventil 1 mit zumindest zwei internen Druckan­ schlüssen 2, 3 sowie einem Ventilkolben 4, welcher durch eine Vorspannfeder 5 in eine erste, die zwei Druckanschlüsse 2, 3 trennende Stellung vorgespannt ist. Wie insbesondere aus der Fig. 3 entnommen werden kann, ist der Ventilkolben 4 hierfür mit einem als Kegelabschnitt ausgebildeten Ventilteller 6 versehen, der über die Vorspannfeder 5 auf einen Ventilsitz 7 gedrückt wird. Am Ventilkolben 4 ist erfindungsgemäß in einem Axialabstand zum, den ersten Druckanschluß 2 verschließenden Kegelabschnitt 6 eine Dichtung, in diesem Fall in Form eines Ringbunds 8 vorgesehen, der die Vorspannfeder 5 gegenüber den beiden Druckanschlüssen 2, 3 abdichtet. Ein die Vorspannfeder 5 aufnehmender und somit druckfreier Federraum 9 ist dabei über eine zusätzliche Leckölleitung 10 mit einem separaten Tankanschluß L verbunden.

Wie insbesondere in der Fig. 1 gezeigt wird, ist das Servo­ ventil 1 in einen im Brems-/Sperrventil ausgebildeten Rück­ laufkanal 11 zwischengeschaltet, der einen Verbraucher-seiti­ gen Ventilanschluß V mit einem weiteren Ventilanschluß A ver­ bindet, der wiederum über ein externes, nicht weiter gezeig­ tes Wegeventil wahlweise an eine Pumpe oder einen Tank an­ schließbar ist. Das Servoventil 1 ist erfindungsgemäß für eine Betätigung mittels eines Steuerdrucks ausgelegt, dem über einen externen Steueranschluß P_st an das Brems-/ Sperrventil anlegbar ist. Parallel zum Rücklaufkanal 11 ist desweiteren ein das Servoventil 1 insbesondere dessen Druck­ anschluß 2 umgehender, bzw. überbrückender Zuführkanal 12 ausgebildet, in dem erfindungsgemäß ein kombiniertes, vorge­ steuertes Druck-/Einspeisungsventil 13 zwischengeschaltet ist, wie es beispielsweise von der Anmelderin unter der Be­ zeichnung "MHDBN 22K" vertrieben wird und damit zum Stand der Technik zählt. Zur Überwachung der aktuellen Druckverhält­ nisse am Verbraucheranschluß V ist darüberhinaus ein Meßan­ schluß M für einen nicht gezeigten Drucksensor vorgesehen, der unmittelbar mit dem Verbraucheranschluß V verbunden ist.

Hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus des Brems-/ Sperrventils insbesondere dessen Servoventils 1, in welchem in diesem Fall die erfindungsgemäße Ventilsitzkonstruktion verwirklicht ist, wird nunmehr auf die Fig. 2 Bezug genommen.

Demzufolge ist der Meßanschluß M über einen ersten Kanal 14 mit einer in einem Ventilgehäuse ausgebildeten Verbraucher­ kammer 15 verbunden, von der aus gemäß Fig. 3 eine Bohrung 16 zu dem Verbraucheranschluß V führt. Die Verbraucherkammer 15 bzw. die Bohrung 16 wird dabei von einer weiteren Ventilge­ häusebohrung für die Aufnahme des Servoventils 1 im wesentli­ chen rechtwinklig durchdrungen, die durch das gesamte Ventil­ gehäuse verläuft und dabei von der Verbraucherkammer 15 quasi zweigeteilt wird. In den gemäß Fig. 3 rechten Bohrungsteil ist eine Hülse 17 fluiddicht eingepaßt, die zur Gleitlagerung des Ventilkolbens 4 dient und die an ihrem in die Verbrau­ cherkammer 15 mündenden Ende den Ventilsitz 7 ausbildet. Diese Hülse 17 wird, wie aus der Fig. 3 zu entnehmen ist, mittels einer in das Ventilgehäuse eingeschraubten Büchse 18 mit einem bezüglich der Hülse 17 größeren Innenbohrungsdurch­ messer gegen einen Absatz in der Ventilgehäusebohrung ange­ preßt, wodurch die Hülse 17 axial fixiert wird. Die Büchse 18 bildet dabei den eingangs erwähnten Federraum 9, der durch eine Stirnwand der Büchse 18 nach außen abgeschlossen ist. In der Stirnwand ist der Steuerdruckanschluß P_st für eine Steu­ erdruckleitung ausgebildet, über den ein in der Büchse 18 gleitgelagerter Stellkolben 19 über den Steuerdruck betätig­ bar ist.

In den gemäß Fig. 2 linken Bohrungsteil ist ebenfalls eine Hülse 20 mit einem zur rechten Hülse 17 gleichen Innendurch­ messer eingeschraubt und durch eine hohle Schraube 21 gekon­ tert, wobei der linksseitige Bohrungsteil mittels eines als Justierschraube ausgebildeten, in die hohle Schraube einge­ drehten Blindstopfens (nicht näher dargestellt) gegenüber der Umgebung verschlossen ist. Der Ventilkolben 4 ist durch die Verbraucherkammer 15 hindurch in die linksseitige Hülse 20 verlängert und wird dort innerhalb der Hülse 20 über einen am Ventilkolben 4 ausgebildeten Ringbund 22 gleitgelagert, wobei sich innerhalb der Hülse 20 ein Hohlraum 23 zwischen dem Blindstopfen und dem linksseitigen Ringbund 22 bildet. An der Mantelfläche des Ringbunds 22 ist ein mit einer Drosselfunk­ tion bedachter Verbindungskanal 24 spiralförmig eingedreht, wodurch gewährleistet wird, daß sich der in der Verbraucher­ kammer 15 aktuell herrschende Druck über den Verbindungskanal 24 in dem Hohlraum 23 allmählich aufbaut und somit den Ven­ tilkolben 4 und damit den gegenüberliegenden Kegelabschnitt 6 gegen den Ventilsitz 7 andrückt.

Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, ist der Ventilkolben 4 desweiteren in der gemäß Fig. 3 rechten Hülse 17 ebenfalls gleitgelagert, wobei hier die Auflagerpunkte zum einem durch den als Dichtung dienenden Ringbund 8 sowie einen weiteren, unmittelbar an den Kegelabschnitt 6 angrenzenden Ringbund 25 des Ventilkolbens 4 gebildet werden. Dieser zweite, am Kegel­ abschnitt 6 angeordnete Ringbund 25 weist dabei an seiner Mantelfläche axiale Einkerbungen 26 auf, die in Richtung zum Dichtungs-Ringbund 8 geöffnet sind und als sogenannte Fein­ steuernuten dienen. Zwischen den beiden Ringbunden 8, 25 ist die Hülse 17 mit mehreren, in einer Kreisebene liegenden und durch den Kegelabschnitt 6 von der Verbraucherkammer 15 trennbaren Radialbohrungen 27 versehen, die in einem in die Hülse 17 eingedrehten, äußeren Ringkanal 28 münden, der mit dem zum Ventilanschluß A führenden, schematisch dargestellten Rückführkanal 11 fluidverbunden ist. An einem gemäß Fig. 3 rechten Endabschnitt der Hülse 17, zwischen dem die Dichtung bildenden Ringbund 8 und der Büchse 18, ist eine weitere ra­ diale Ablaßbohrung 29 in der Hülse 17 vorgesehen, die in die Leckölleitung 10 führt und somit den Federraum 9 mit der Leckölleitung 10 bzw. dem Leckölanschluß L verbindet. Die Po­ sition der Ablaßbohrung 29 ist dabei derart gewählt, daß in jeder Stellung des Ventilkolbens 4 eine Trennung der Ablaß­ bohrung 29 von dem zum Ventilanschluß A führenden Rückführka­ nal 11 durch den Dichtungs-Ringbund 8 sowie gleichzeitig eine permanente Verbindung der Ablaßbohrung 29 zum Federraum 9 ge­ währleistet ist.

Der gemäß Fig. 2 rechte Endabschnitt des Ventilkolbens 4 ist durch einen in den Ventilkolben axial ein- oder aufgeschraub­ ten Fortsatz 30 in den Federraum 9 der Büchse 18 verlängert, der am rechten äußeren Fortsatzende zu einem ringbundförmigen Federsitz 31 radial erweitert ist, an dem sich die um den Ventilkolbenfortsatz 30 angeordnete Vorspannfeder 5 an ihrem einen Ende abstützt. Das andere Ende der Feder 5 ist dabei an der rechten Stirnseite der Hülse 17 selbst abgestützt, wo­ durch der Ventilkolben 4 bezüglich der Hülse 17 gemäß Fig. 2 nach rechts vorgespannt und damit der Kegelabschnitt 6 unter Unterstützung des in dem linksseitigen Hohlraum 23 herrschen­ den Drucks auf den Ventilsitz 7 angepreßt wird. Der Ventil­ kolben 4 sowie der Fortsatz 30 ist dabei mit einer inneren, axialen Durchgangsbohrung 32 versehen, die den linksseitigen Hohlraum 23 mit dem Federraum 9 verbindet. In dieser Durch­ gangsbohrung 23 ist am linken Endabschnitt des Ventilkolbens 4 ein Vorsteuerventil 33 in Sitzbauweise mit einem Schließelement 34 angeordnet, das mittels einer Feder, unter­ stützt durch den Druck im linksseitigen Hohlraum 23, auf einen inneren Ventilsitz gedrückt wird.

Wie insbesondere aus der Fig. 3 zu ersehen ist, befindet sich das innere Vorsteuersitzventil 33 in dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung am linken Endabschnitt des Ventilkolbens 4 in­ nerhalb der Verbraucherkammer 15, wobei zur Betätigung des Ventils 33 durch den Stellkolben 18 eine Druckstange 36 in der inneren Durchgangsbohrung 32 des Ventilkolbens 4 eingezo­ gen und gemäß Fig. 3 nach rechts federvorgespannt ist. Die Vorspannfeder befindet sich dabei auf der nach Fig. 3 rechten Seite des Ventilkolbens 4, d. h. innerhalb des Ventilkolben­ fortsatzes 30 und stützt sich sowohl an einem Bohrungsabsatz der Bohrung 32 sowie einem Wellenring der Druckstange 36 ab. Darüberhinaus ist noch anzumerken, daß die Druckstange 36 durch einen in der Bohrung 32 gelagerten Distanzstift in Richtung Stellkolben 18 verlängert ist, über den die Stell­ kräfte des Kolbens 18 auf die Druckstange 36 übertragen wer­ den.

Wie vorstehend bereits angedeutet besteht das Vorsteuersitz­ ventil 33 unter anderem aus dem auf den Ventilsitz vorge­ spannten Schließelement 34, das durch die Druckstange 36 über einen zwischengefügten Distanzstift 37 in Öffnungsrichtung verschiebbar ist. Das Schließelement 34 lagert dabei in einer äußeren, den Ventilsitz ausbildenden Hülse 38, die wiederum axial verschiebbar im Ventilkolben 4 gelagert ist und unmit­ telbar von der Druckstange 36 betätigt, d. h. in Öffnungsrich­ tung des Vorsteuersitzventils 33 betätigt werden kann. Gemäß der Fig. 3 ist der Distanzstift 37 innerhalb der Hülse 38 mit Spiel geführt, so daß er von einem Hydraulikfluid umströmt werden kann und steht darüberhinaus in Richtung zur Druck­ stange 36 aus der Hülse 38 hervor.

Diese Hülse 38 weist dabei einen äußeren radialen Absatz auf, der mit einem entsprechenden Absatz in der Durchgangsbohrung 32 des Ventilkolbens 4 für eine axiale Verschiebebegrenzung in Federvorspannrichtung in Eingriff kommt. Mit anderen Wor­ ten ausgedrückt wird die Hülse 38 durch die Vorspannfeder des Schließelements 34 über den Ventilsitz gegen den Absatz in der Durchgangsbohrung 32 gepreßt und kann von diesem durch eine Axialverschiebung der Druckstange 36 selbst abgehoben werden, wobei durch den aus der Hülse 38 vorstehenden Di­ stanzstift 37 eine anfängliche Relativverschiebung des Schließelements 34 bezüglich der Hülse 38 durch die Druck­ stange 36 erreicht wird.

Im Bereich der äußeren Hülse 38 ist der Ventilkolben 4 dabei mit radialen Bohrungen 39 versehen, die eine Verbindung zwi­ schen der Verbraucherkammer 15 und der inneren Durchgangsboh­ rung 32 des Ventilkolbens 4 herstellen. In der in Fig. 3 ge­ zeigten Stellung des Ventilkolbens 4, in welcher der Kegelab­ schnitt 6 auf dem Ventilsitz 7 anliegt, wird auch das Schlie­ ßelement 34 des Vorsteuersitzventils 33 in Schließstellung gehalten, in der die Verbindung zwischen dem linken Hohlraum 23 und dem Federraum 9 unterbrochen ist. Durch die auf das Schließelement 34 einwirkende Vorspannkraft wird auch die äu­ ßere Hülse 38 auf den Absatz in der inneren Durchgangsbohrung 32 angedrückt, wobei die Radialbohrungen 39 von der Hülsen­ wand verschlossen werden.

Wie aus der Fig. 3 weiter zu entnehmen ist, ist der Ventil­ sitz 7 des Kegelabschnitts 6, d. h. dessen Innendurchmesser gegenüber den, die drei Ringbunde 8, 22, 25 führenden, je­ weils gleichen Innendurchmessern der rechten und linken Hülse 17, 20 zur Lagerung des Ventilkolbens 4 durch eine großdurch­ meßrige Ausdrehung der Stirnseite der Hülse 17 radial auf­ geweitet, wobei sich in geschlossenem Zustand des Ventilsit­ zes 7 zwischen dem Kegelabschnitt 6 und der den Ventilkolben 4 lagernden rechten Hülse 17 ein Ringraum 40 ausbildet. In diesen Ringraum 40 führen eine Anzahl von schräg nach außen verlaufenden Bohrungen 41, welche in die innere Durchgangs­ bohrung 32 des Ventilkolbens 4 münden und in geschlossenem Zustand des Kegelabschnitts 6 bzw. des Vorsteuersitzventils 33 von der äußeren Hülse 38 des Vorsteuersitzventils 33 eben­ falls verschlossen werden. Diese äußere Hülse 38 weist dabei an ihrer Mantelfläche eine radiale Eindrehung 42 von einer Breite entsprechend dem Axialabstand der radialen und schrä­ gen Bohrungen 39, 41 des Ventilkolben 4 auf, wobei jedoch die Eindrehung 42 derart angeordnet ist, daß in vorstehend bezeichneter geschlossener Stellung des Vorsteuersitzventils 33 zwischen den radialen Bohrungen 39 und den schrägen Boh­ rungen 41 keine Fluidverbindung besteht.

In dem Ventilgehäuse ist darüberhinaus eine weitere in den Fig. 2 und 3 nicht gezeigte Aufnahmebohrung für das handels­ übliche kombinierte Druck-/Einspeisungsventil 13 ausgebildet, welches aus Gründen der besseren Verständlichkeit lediglich als Schaltsymbol dargestellt ist.

Wie eingangs bereits beschrieben wurde, ist das vorgesteuerte Druck-/Einspeisungsventil 13 gemäß Fig. 2 in den Druckzuführ­ kanal 12 zwischengeschaltet, der zwischen dem Ventilanschluß A und dem Servoventil 1 vom Rückführkanal 11 abzweigt und un­ ter Umgehung des Druckanschlusses 2 des Servoventils 1 in die Verbraucherkammer 15 mündet. Das vorgesteuerte Druck-/ Einspeisungsventil 13 bildet demnach ein zur Verbraucherkam­ mer 15 sich öffnendes Rückschlagventil, welches an einer Steuerseite durch eine Vorspannfeder in Schließstellung ge­ halten und durch einen über den Ventilanschluß A eingeleite­ ten Pumpendruck in Offenstellung bringbar ist. Gleichzeitig ist dieses Rückschlagventil mit einem vorgesteuerten Druckbe­ grenzungsventil kombiniert, das über eine interne Steuer­ leitung vom Druck in der Verbraucherkammer angesteuert wird und bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts den Druck in der Verbraucherkammer 15 in die Rückführleitung 11 entspannt.

Die Funktionsweise des Brems-/Sperrventils gemäß dem vorste­ hend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann wie folgt um­ schrieben werden:
Bei einer Druckzufuhr zu einem nicht gezeigten Verbraucher, beispielsweise einem Hubzylinder zum Anheben einer Last durch entsprechende Betätigung eines dem Brems-/Sperrventil vorge­ schalteten konventionellen Wegeventils (nicht gezeigt) strömt Hydraulikfluid durch den Druckanschluß A, öffnet das Rück­ schlagventil des kombinierten Druck-/Einspeisungsventils 13 gegen die Kraft der Vorspannfeder und gelangt über den Druck­ zuführkanal 12 und die innere Verbraucherkammer 15 des Brems-/ Sperrventils zum Verbraucheranschluß V, an dem eine nicht gezeigte Verbraucherleitung angeschlossen ist. Wie eingangs beschrieben wurde, sitzt der Kegelabschnitt 6 des Ventilkol­ bens 4 durch die Vorspannkraft seiner Vorspannfeder 5 fest auf seinem Ventilsitz 7, wobei der als Dichtung wirkende Ringbund 8 am Ventilkolben 4 die Federkammer 9 vom nunmehr ebenfalls unter Pumpendruck stehenden Rückführkanal 11 trennt, so daß kein Hydraulikfluid durch den Federraum 9 und den nachfolgen­ den Leckölanschluß L entweichen kann.

In dieser Stellung des Rohrbruchsicherungsventils heben sich die Druckkräfte auf den Kegelabschnitt resultieren aus dem Verbraucherdruck innerhalb der Verbraucherkammer 15 und dem Pumpendruck innerhalb des Rückführkanals 11 nahezu auf, so daß sich die Anpreßkraft im wesentlichen aus der Federkraft der Vorspannfeder 5 bestimmt und damit keine zu große Belastung des Ventilsitzes 7 auftritt.

Es liegt darüberhinaus auf der Hand, daß aufgrund dieser bau­ lichen Maßnahme, d. h. die Anordnung des als Dichtung wirken­ den Ringbunds 8, die den Federraum 9 ausbildende Büchse 18 sowie die an der Büchse 18 vorgesehenen Dichtungen schwach ausgelegt werden können, da diese Bauteile dem Pumpendruck nicht ausgesetzt werden.

Für das Halten einer Last in einer vorbestimmten Position, d. h. für den Fall, daß der Druck im Verbraucher auf einem vorbestimmten Wert eingespannt werden soll, wird der Pumpen­ druck einfach verringert, wodurch sich das Rückschlagventil des kombinierten Druck-Einspeiseventils 13 in Schließstellung bewegt. Bereits während der Druckbeaufschlagung des Verbrau­ chers hat sich in dem gemäß Fig. 2 linken Hohlraum 23 über den als Drossel wirkenden Verbindungskanal 24 der Ver­ braucherdruck aus der Verbraucherkammer 15 aufgebaut, der nunmehr aufgrund des Druckabfalls am Ventilanschluß A und da­ mit im Rückführkanal 11 auf den Ventilkolben 4 einwirkt und dessen Kegelabschnitt 6 aufgrund des nunmehr herrschenden Kräfteungleichgewichts zusätzlich zur Federkraft auf seinen Ventilsitz 7 drückt. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Verbraucher leckölfrei in seiner Position verbleibt. Für den Fall, daß in diesem Schaltzustand Druckspitzen im Ver­ braucher auftreten, beispielsweise durch Schwingungen oder Vibrationen, welche eine Überbelastung des Brems-/ Sperrventils oder der nachfolgenden Leitungen bedeuten wür­ den, öffnet sich das nunmehr als vorgesteuertes Druckbegren­ zungsventil funktionierende Druck-/Einspeiseventil 13, um eine bestimmte Menge an Hydraulikfluid aus der Verbraucher­ kammer 15 in den nunmehr drucklosen Rückführkanal 11 zu ent­ lassen.

Soll nunmehr der Hydraulikdruck im Verbraucher beispielsweise für das Absenken einer Last verringert werden, wird über den Steuerdruckanschluß P_st in der gemäß Fig. 2 rechtsseitig an­ geordneten Büchse 18 ein Steuerdruck angelegt, wodurch sich der in der Büchse 18 gelagerte Stellkolben 19 gemäß Fig. 2 nach links bewegt und die Druckstange 36 innerhalb des Ven­ tilkolbens 4 gemäß Fig. 3 nach links verschiebt. Hierdurch wird zuerst das Schließelement 34 des Vorsteuersitzventils 33 aufgrund des vorragenden Distanzstifts 37 von dessen Ventil­ sitz abgehoben, wodurch sich der Hydraulikdruck im linkssei­ tigen Hohlraum 23 über den Ventilsitz, die innere Durchgangs­ bohrung 32 des Ventilkolbens 4 sowie den Federraum 9 in die Leckölleitung 10 entspannt (nachfließendes Hydraulikfluid durch den Verbindungskanal 24 ist geringer als abströmendes Hydraulikfluid durch das Vorsteuersitzventil 33). Da jedoch wie vorstehend beschrieben, der Ventilsitz 7 des Ventilkol­ bens 4 radial aufgeweitet ist, ist auch die maßgebliche, zur Verbraucherkammer 15 hinweisende Druckangriffsfläche des Ke­ gelabschnitts 6 größer als die entsprechende Angriffsfläche des linksseitigen, am Ventilkolben 4 ausgebildeten Ringbunds 22, so daß eine hieraus resultierende Restdruckkraft ver­ braucherdruckabhängig auf den Kegelabschnitt 6 in Schließ­ richtung einwirkt.

Wird nunmehr jedoch die Druckstange 36 gemäß Fig. 2 weiter nach links verschoben, nimmt diese die äußere Hülse 38 des Vorsteuersitzventils 33 mit (jetzt bewegen sich die Hülse 38 und das Schließelement 34 gleichförmig), wodurch die radialen Bohrungen 39 über die Eindrehung 42 mit den schrägen Bohrun­ gen 41 im Ventilkolben 4 verbunden werden und sich ein Druck entsprechend dem Verbraucherdruck in dem Ringraum 40 aufbauen kann und gegen den Druck in der Kammer 15 wirkt. Dabei ist anzumerken, daß der Druck innerhalb des Ringraums 40 nicht in den Rückführkanal 11 entweichen kann, da der an den Kegel­ stumpf 6 angrenzende, in der Hülse 17 geführte Ringbund 25 den Ringraum 40 abdichtet.

In diesem Moment herrscht daher am Kegelabschnitt 6 des Ventilkolbens 4 nahezu Kräftegleichgewicht, wodurch sich die Andrückkraft zwischen dem Kegelabschnitt 6 und dessen Ventil­ sitz 7 ausschließlich aus der Kraft der Vorspannfeder 5 des Ventilkolbens 4 bestimmt und somit verbraucherdruckunabhängig ist.

Bewegt sich nunmehr der Stellkolben 19 weiter nach links, legt er sich an die rechtsseitige Stirnfläche des Ventilkol­ bens 4 bzw. des Fortsatzes 30 an und verschiebt den Ventil­ kolben 4 gegen die nunmehr alleine wirkende Vorspannkraft der Vorspannfeder 5. Hierdurch wird der Kegelabschnitt 6 von sei­ nem Ventilsitz 7 abgehoben, so daß der im Verbraucher und da­ mit in der Verbraucherkammer 15 herrschende Druck über den Rückführkanal 11 zum Ventilanschluß A und von dort zum nicht gezeigten Tank entspannt werden kann.

Hierbei wird darauf hingewiesen, daß der maximale Verschiebe­ weg des Ventilkolbens 4 in die linkswärtige Richtung durch den als Justierschraube ausgebildeten Blindstopfen begrenzt wird. Desweiteren läßt sich die Dosierung des abfließenden Hydraulikfluids exakt bestimmen bzw. einstellen, da die Kraft zur Verschiebung des Ventilkolbens 4 gemäß vorstehender Be­ schreibung Verbraucherdruck-unabhängig ausschließlich propor­ tional zur Federkraft der Vorspannfeder 5 ist. Diese Dosier­ genauigkeit wird zusätzlich noch durch die Anordnung der Feinsteuernuten 26 verbessert, die eine größere Verschiebe­ wegtoleranz zulassen. Die Ausbildung des Hohlraums 23 auf der gemäß Fig. 2 linken Stirnseite des Ventilkolbens 4 (auf der dem Federraum gegenüberliegenden Ventilkolbenseite) bietet darüberhinaus die Gewähr der Funktionsaufrechterhaltung des Brems-/Sperrventils auch für den Fall, daß die Vorspannfeder 5 des Ventilkolbens 4 gebrochen oder die Büchse 18 undicht montiert ist. Wird unter einer derartigen Bedingung der Steu­ erdruck reduziert, wird das Schließelement 34 des im Ventil­ kolben 4 angeordneten Vorsteuersitzventils 33 aufgrund der Vorspannkraft der Sitzventil internen Vorspannfeder geschlos­ sen, wodurch sich in dem in Rede stehenden Hohlraum 23 all­ mählich ein Druck entsprechend dem Druck in der Verbraucher­ kammer 15 aufbaut. Dieser Druck wirkt auf die linksseitige Stirnfläche des Ventilkolbens 4 und verschiebt diesen aufgrund des noch immer herrschenden Kräfteungleichgewichts am Kegel­ abschnitt 6 in die rechtswärtige Richtung. Auf diese Weise kann der Kegelabschnitt 6 wieder in Schließstellung überführt und somit die Verbindung des Verbraucheranschlusses V zum Ventilanschluß A unterbrochen werden. Auch kann durch die be­ sondere Anordnung des Hohlraums 23 gegenüber dem Federraum 9 der Ventilkolbenfortsatz 30, weil nicht mit einem Hydraulik­ druck belastet, aus einem schwächer belastbaren und damit ko­ stengünstigerem Material gefertigt werden.

Der Grund für diese besondere Ausgestaltung des Servoventils insbesondere hinsichtlich der radialen Aufweitung des Ventil­ sitzes 7 als erfindungsgemäße Ventilsitzkonstruktion besteht darin, daß bei besonders hohen Verbraucherdrücken der Kegel­ abschnitt 6 mit einer entsprechend hohen Anpreßkraft gegen seinen Ventilsitz 7 angedrückt wird. Hierdurch kann es zu den eingangs genannten Materialaufwürfen insbesondere am Innen­ durchmesser der rechtsseitigen Hülse 17 kommen, was zu einem Verklemmen des Ventilkolbens 4 an den Ringbunden 8, 25 führt. Diese Gefahr wurde durch die radiale Aufweitung des Ventil­ sitzes 7 mit nachfolgendem Ringraum 40, der quasi als Puffer für plastische Deformierungen des Ventilsitzes 7 dient, eli­ miniert.

Es ist abschließend zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels noch darauf hinzuweisen, daß zahlreiche konstruktive Änderungen bei gleichbleibender Funktion vorge­ nommen werden können. So könnte das Druck-/Einspeiseventil 13 extern angeordnet oder durch ein separates Rückschlagventil in Verbindung mit einem Druckbegrenzungsventil ersetzt wer­ den. Auch könnte anstelle des Verbindungskanals 24 der Ring­ bund 22 einfach mit größerem Spiel in die Hülse 20 eingesetzt werden, wodurch sich zwischen beiden Bauteilen ein Spalt mit vergleichbarer Wirkung ausbilden würde. Im übrigen soll die Beschreibung der erfindungsgemäßen Ventilsitzkonstruktion an­ hand des Rohrbruchsicherungsventils nicht als auf dieses be­ schränkt angesehen werden. Vielmehr kann diese Konstruktion in jeder Art von Ventil mit einem Sitzkolben vorgesehen wer­ den, der mit hohen Drücken beaufschlagt werden soll.

Claims (15)

1. Ventilsitzkonstruktion für ein Ventil (1) der Sitzkolbenbauart, bei dem ein Ventilkolben (4) in einer Ventilbohrung (32) für das Öffnen und Schließen eines der Ventilsitz (7) bildenden Durchlasses (2) axial verschiebbar gelagert ist, wofür der Ventilkolben (4) mit einem Ventilteller (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ventilteller (6) an seiner zum Ventilsitz (7) zugewandten Seite zu einem in der Ventilbohrung (4) gleitgelagerten Ringbund (25) verlängert ist und
der Ventilsitz (7) in seinem Durchmesser bezüglich der Ventilbohrung (4) radikal aufgeweitet ist, so daß sich zwischen dem Ventilteller (6), dem Ventilsitz (7) und dem Ringbund (25) in geschlossenem Zustand des Ventils (1) ein abgeschlossener Ringraum (40) entsteht.

2. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umgehungskanal (39, 41, 42) des Ventilsitzes (7), der die zum Ventilsitz (7) abgewandte Stirnseite des Ventiltellers (6) mit dem Ringraum (40) fluidverbindet und in dem ein Vorsteuersitzventil (33) eingesetzt ist.

3. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzei­ chnet, daß das Vorsteuersitzventil (33) zeitlich vor dem Öffnen des Ventilsitzes (7) betätigbar ist, so daß eine Fluidverbindung des Ringraums (40) mit der zum Ventilsitz (7) abgewandten Seite des Ventiltellers (6) herstellbar und damit am Ventilteller (6) nahezu ein Druckausgleich erreichbar ist.

4. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vorsteuersitzventil (33) zeitlich nach dem Schließen des Ventilsitzes (7) durch den Ventilteller (6) den Umgehungskanal (39, 41, 42) sperrt.

5. Ventilsitzkonstruktion nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuersitzventil (33) in einer Durchgangsbohrung (32) des Ventilkolbens (4) Untergebracht ist, in dem auch der Umgehungskanal (39, 41, 42) ausgebildet ist.

6. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Vorsteuersitzventil (33) und der Ventilkolben (4) von einem gemeinsamen Stellglied, vorzugsweise ein hydraulischen Stellkolben (1) betätigbar sind.

7. Ventilsitzkonstruktion nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuersitzventil (33) ein Verschlußglied hat, welches durch eine Vorspannfeder in eine den Umgehungskanal (39, 41, 42) sperrende Stellung vorgespannt ist.

8. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußglied eine axial in der Durchgangsbohrung (32) des Ventilkolbens (4) verschiebbare Hülse (38) ist, die an ihrer äußeren Mantelfläche eine radiale Eindrehung (42) vorbestimmter Breite zur Ausbildung einer Steuerkante aufweist.

9. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Umgehungskanal (39, 41, 42) durch eine im Ventilkolben (4) ausgebildete, zur ventilsitzabgewandten Seite der Ventiltellers (6) sich öffnende erste Radialbohrung (39), die Eindrehung (42) an der Hülse (38) sowie eine zweite in den Ringraum (40) mündende Radialbohrung (41) gebildet wird, wobei die Steuerkante an der Hülse (38) eine der Radialboh­ rungen, vorzugsweise die erste (39) durch die Federvorspannung sperrt.

10. Ventilsitzkonstruktion nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) ein Servoventil mit zumindest zwei Druckanschlüssen (2, 3) ist, wovon der eine Druckanschluß (2) durch den Ventilsitz ausgebildet wird.

11. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilsitz (7) durch eine Hülse (17) ausgebildet wird, die in eine in ein Gehäuse des Ventils (1) gebohrte Aufnahmebohrung eingesetzt ist.

12. Ventilsitzkonstruktion nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (6) durch einen Kugelsitz oder Kegelstumpf gebildet ist, an dessen kleindurchmeßriger Stirnseite der Ringbund (25) anschließt.

13. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vorsteuersitzventil (33) einen durch ein Schließelement (34) verschließbaren inneren Ventilsitz hat, der in der in der Durchgangsbohrung (32) axial verschiebbaren Hülse (38) ausgebildet ist, wobei sowohl die verschiebbare Hülse (38) wie auch das Schließelement durch den Stellkolben (18) über eine Druckstange (36) betätigbar sind, die in der Durchgangsbohrung (32) gelagert ist.

14. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (4) auf einem dem Ventilteller (6) gegenüberliegenden Endabschnitt mit einem Ringbund (22) versehen ist, der in der Ventilbohrung unter Ausbildung einer Drosselstelle gelagert ist, um einen Hohlraum (23) innerhalb der Ventilbohrung auszubilden, in der sich ein Druck aufbaut, der dem den Ventilteller (6) aus seinen Ventilsitz (7) anpressenden Druck entspricht.

15. Ventilsitzkonstruktion nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Hohlraums (23) über den inneren Ventilsitz der Hülse (38) vor Verschieben des Ventilkolbens (4) in Öffnungsrichtung entspannbar ist.