DE19627306A1 - Sperrventil mit Druckbegrenzung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Sperrventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus, das in mindestens einem Verbraucherkanal eines mit einem Längsschieber ausgestatteten Wegeventils ange­ ordnet ist und in Rückstromrichtung sperrt. Der Verbraucher­ kanal ist hierbei das an den Längsschieber in Richtung des Verbrauchers anschließende Bohrungs- und Kanalsystem im Ven­ tilgehäuse und im Leitungsanschluß.

Ein Teil der bekannten Wegeventile enthalten zusätzlich der­ artige Sperrventile, die im Bereich der jeweiligen Verbrau­ cheranschlüsse angeordnet sind. Die Sperrventile haben die Aufgabe, einen verbraucherseitigen Leckverlust über das Wege­ ventil, an dem sie angebaut oder integriert sind, so gering wie möglich zu halten. Sobald diese Sperrventile unter Druck jedoch vollständig dicht sind, besteht u. a. bei hydraulischen Anlagen, die einer Fremderwärmung beispielsweise durch Sonnen­ bestrahlung oder Maschinenabwärme ausgesetzt sind, die Gefahr, daß Teile des Leitungssystems oder der Ventile durch den ent­ stehenden Überdruck beschädigt oder zerstört werden.

Diese Gefahr wird in der Regel dadurch beseitigt, daß starre Leitungen durch flexible ersetzt werden oder daß die Fremd­ erwärmung durch Verlegen, Isolieren oder Kühlen verringert wird.

Vorteile der Erfindung

Bei dem Gegenstand der Erfindung wird im oder am Körper des Sperrventils ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, das in Rückströmrichtung öffnet. Die Rückströmrichtung ist dabei die Richtung des Druckmittelflusses vom Verbraucher über das ent­ sprechende Ventil in den Tank.

Bei dieser Einbaulage öffnet das Druckbegrenzungsventil den durch das Sperrventil abgeriegelten, zum Verbraucher führenden Druckmittelstrang, sobald der dort vorhandene Druck den erfor­ derlichen Arbeitsdruck um ein voreingestelltes Maß überschrit­ ten hat. Das hier bei der Entlastung des Druckmittelstrangs freigesetzte Druckmittel wird innerhalb des Wegeventils, das das Sperrventil mit dem Druckbegrenzungsventil enthält, in den regulären Rücklauf geleitet. Das Druckbegrenzungsventil schließt, bevor der Druck im verbraucherseitigen Druckmittel­ strang den erforderlichen Arbeitsdruck erreicht hat. Das Druckbegrenzungsventil ist so eingestellt, daß der erforder­ liche Arbeitsdruck nicht unterschritten wird.

Die Anordnung des Druckbegrenzungsventils im Körper des Sperr­ ventils eröffnet die Möglichkeit, Wegeventile, die mit einem Sperrventil ohne Druckbegrenzung ausgestattet sind und die hier beschriebenen Überdruckprobleme haben, im nachhinein mit den neuen Sperrventilen mit Druckbegrenzung umzurüsten.

Zeichnungen

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schema­ tisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1: Längsschnitt durch einen Teilbereich eines Wege­ ventils,

Fig. 2: Hydraulikschaltplan eines Wegeventils mit nach­ geschaltetem Sperrventilkörper,

Fig. 3: Unteransicht und Längsschnitt des Sperrventil­ körpers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Wegeventils (10) im Längsschnitt. Zu erkennen sind teilweise die Wege des Druck­ mittels zwischen einer Pumpe (1), einem Verbraucher (5) und einem Tank (2). Der Verbraucher (5) ist hier nach Fig. 2 bei­ spielsweise eine doppeltwirkende Zylinder-Kolben-Einheit, de­ ren Kolben mit einer Last (L) belastet ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Hydraulikschaltplan zeigt als We­ geventil (10) ein mechanisch betätigbares 6/3-Wegeventil mit druckfederzentrierter Mittelstellung. Die Pumpe (1) versorgt zum einen über ein Sperrventil (3) und einen Zulaufan­ schluß (P) einen Arbeitsanschluß (A) und zum anderen einen Neutralumlauf (N) oder einen Arbeitsanschluß (B). Die Arbeits­ anschlüsse (A) und (B) werden je nach Ventilstellung in einen Rücklaufanschluß (R) entlastet. In Mittelstellung des Wegeven­ tils (10) ist zwischen dem Arbeitsanschluß (B) und dem Rück­ laufanschluß (R) ein Drosselventil (36) geschaltet.

An den Arbeitsanschlüssen (A) und (B) sind die Verbraucherlei­ tungen (6) und (7) angeschlossen, über die die Zylinder-Kol­ ben-Einheit (5) versorgt wird. In Fig. 1 ist der Ventilbe­ reich dargestellt, den das Druckmittel zwischen einem Teil des Neutralumlaufs, einem Teil des Rücklaufs und dem Arbeitsan­ schluß (B) bzw. einem Verbraucheranschluß (25) durchströmt.

Der Ventilgehäuseausschnitt (11) hat eine Durchgangsboh­ rung (12), in der ein Längsschieber (30) geführt ist. Der Längsschieber (30) ist an seinem freien, rechten Ende als Lasche (31) mit einer Bohrung ausgebildet, über die er bei­ spielsweise mechanisch mittels eines Hebelgetriebes angelenkt wird. Das nicht dargestellte Hebelgetriebe ermöglicht u. a. eine Verdrehsicherung für den Längsschieber (30).

Quer zur Durchgangsbohrung (12) sind im gezeigten Ausschnitt vier Kanäle (13, 15-17) angeordnet, die den Längsschieber (30) zumindest teilweise ringförmig umgeben. Der linke Kanal ist ein Neutralumlaufkanal (13), der von der Pumpe (1) über eine Zulaufleitung (14) gespeist wird. Der zweite Kanal von links ist ein Zwischenkanal (15). Der dritte Kanal von links ist eine Zwischenkammer (16), die durch ein über ihr angeordnetes Sperrventil (40) mit einem Verbraucheranschluß (25) hydrau­ lisch in Verbindung steht. Der rechte Kanal ist der Rücklauf­ kanal (17) der über eine Rücklaufleitung (18) in den Tank (2) mündet.

Der in Neutralstellung dargestellte Längsschieber (30) hat im Bereich zwischen dem Zwischenkanal (15) und der Zwischenkam­ mer (16) eine Einschnürstelle (32), die sich linksseitig über eine bereichsweise kegelige Schaltfläche (34) annähernd auf den Durchmesser der Durchgangsbohrung (12) erweitert. Der Längsschieber (30) ist im Bereich des Zwischenkanals (15) und der Schaltfläche (34) beidseitig mit je einer Ausnehmung (35) versehen. Die Ausnehmungen (35) gewährleisten beim Öffnen der hydraulischen Verbindung zwischen dem Neutralumlaufkanal (13) und der Zwischenkammer (16) - also bei einem Verschieben des Längsschiebers (30) nach links - zwischen den Kanälen (13) und (15) einen relativ großen, freien Strömungsquerschnitt.

Gegenüber der Schaltfläche (34) des Längsschiebers (30) befin­ det sich zwischen der Zwischenkammer (16) und dem Rücklaufka­ nal (17) ein drosselnder Leckspalt (36), der die Zwischenkam­ mer (16) und den Rücklaufkanal (17) in der Neutralstellung des Längsschiebers (30) hydraulisch verbindet.

Oberhalb der Schaltfläche (34) ist im Ventilgehäuseaus­ schnitt (11) in einer quer zur Durchgangsbohrung (12) angeord­ neten Bohrung zwischen dem Zwischenkanal (15) und der Zwi­ schenkammer (16) ein Entsperrstößel (65) längsverschiebbar ge­ lagert. Über dem oberen Ende des Entsperrstößels (65) ist ein Sperrventil (40) angeordnet.

Das Sperrventil (40) hat einen Sperrventilkörper (41), der in einer Sperrventilbohrung (21) geführt, im Sperrzustand mit seiner kegeligen Sitzfläche auf einem Sperrventilsitz (22) aufliegt. Der Sperrventilkörper (41) wird über ein Federele­ ment (58), das sich an einer hier beispielsweise eingeschraub­ ten Halteplatte (56) abstützt, an die Sitzfläche gedrückt. Die Halteplatte (56) sitzt, von einem Außengewinde gehalten, im Bodenbereich des Verbraucheranschlusses (25). Die mit einem Innengewinde versehene Bohrung des Verbraucheranschlusses (25) hat im Bereich der Halteplatte (56) mindestens zwei gleichför­ mige Ausnehmungen (26), die bereichsweise ein außenseitiges Umströmen der Halteplatte (56) erlauben. Zusätzlich weist die Halteplatte (56) mehrere Bohrungen (57) auf, die ein Durch­ strömen der Halteplatte (56) erlauben.

Der Sperrventilkörper (41) hat in seinem oberen Bereich eine nach unten gerichtete kegelförmige Außenkontur, die die Sitz­ fläche darstellt. Nach unten schließt sich an die Sitzfläche ein Ventilkörperschaft (51) an. Letzterer hat einen Kern­ bereich, um den drei radial abstehende, rippenartige Führungs­ stege (52-54) angeordnet sind, die den Sperrventilkörper (41) in der Sperrventilbohrung (21) führen. Zwischen den Führungs­ stegen (52-54) und der Sperrventilbohrung (21) fließt der pri­ märe Druckmittelstrom bei geöffnetem Sperrventil (40).

Im Kernbereich des Sperrventilkörpers (41) ist ein Hilfssperr­ ventil (60) angeordnet, vgl. auch Fig. 3. Die Sperrichtung des Hilfssperrventils (60) entspricht der des Sperrven­ tils (40). Ein Hilfsventilkörper (61), der in einer zweifach gestuften Hilfsventilbohrung (42) angeordnet ist, hält u. a. belastet durch ein Federelement (63) eine Hilfsbohrung (43) geschlossen. In die Hilfsbohrung (43) ragt das freie, obere Ende des Entsperrstößels (65) hinein. An der Unterseite des Ventilkörperschaftes (51) befindet sich ein eingefräster, nach unten offener Querkanal (55), der die Hilfsbohrung (43) schneidet.

Das Federelement (63) stützt sich an einer Scheibe (62) mit einer zentralen Bohrung ab. Die Scheibe (62) wird wiederum von dem den Sperrventilkörper (41) in Schließstellung haltenden Federelement (58) auf den ersten Absatz der Hilfsventilboh­ rung (42) niedergedrückt.

Bei der Neutralstellung des Längsschiebers (30) steht am Ver­ braucheranschluß (25), also auf der Oberseite des Sperrventil­ körpers (41), der Lastdruck an. Der Sperrventilkörper (41) sitzt abdichtend auf dem Sperrventilsitz (22) und der Hilfs­ ventilkörper (61) verschließt die Hilfsbohrung (43). Wird nun der Längsschieber (30) nach rechts bewegt, schiebt sich die Schaltfläche (34) unter den Entsperrstößel (65), so daß dieser sich nach oben bewegt und den Hilfsventilkörper (61) anhebt. Durch die Hilfsventilbohrung (42) und die Hilfsbohrung (43) strömt Druckmittel vom Verbraucheranschluß (25) her in die Zwischenkammer (16). Sobald der Bund (66) des Entsperrstö­ ßels (65) am Boden des Ventilkörperschafts (51) aufliegt, strömt das Druckmittel zusätzlich über den Querkanal (55) in die Zwischenkammer (16).

Da in die Zwischenkammer (16) mehr Druckmittel einströmt, als über den Leckspalt (36) in den Rücklaufkanal (17) abfließt, baut sich in der Zwischenkammer (16) ein Zwischendruck auf, der gegen den Lastdruck auf den Sperrventilkörper (41) wirkt. Dadurch ist der Sperrventilkörper (41) weitgehend druckausge­ glichen, so daß nun der Entsperrstößel (65) über seinen Bund (66) den Sperrventilkörper (41) mit nur wenig Kraftbedarf anheben kann.

Neben dem Hilfsventil (60) ist in dem Sperrventilkörper (41) ein Druckbegrenzungsventil (70) angeordnet, das entgegen der Sperrichtung des Sperrventils (40) bzw. des Hilfsventils (60) öffnet. Die beweglichen Teile des Druckbegrenzungsven­ tils (70), also ein Ventilkörper (71), ein Federelement (75) eine Druckscheibe (76) und eine Einstellschraube (77), sitzen in einer Ventilbohrung (45), die sich im Führungssteg (52) be­ findet. Im oberen Bereich des Sperrventilkörpers (41) geht sie in eine engere Sitzbohrung (46) über. Auf dem Absatz zur Sitz­ bohrung (46) liegt bei geschlossenem Druckbegrenzungsven­ til (70) der Ventilkörper (71) auf. Letzterer besteht aus ei­ nem Trägerelement (72), in dem eine Ventilkugel (73) eingelas­ sen ist. Am Trägerelement (72) ist ein Schraubenfedersitz an­ geordnet, dessen Schaft sich entgegen der Schließrichtung des Ventils (70) verjüngt. Das den Ventilkörper (71) in Schließ­ richtung belastende Federelement (75) stützt sich über die Druckscheibe (76) auf einer im Boden des Sperrventilkör­ pers (41) eingeschraubten Einstellschraube (77) ab. Die Ein­ stellschraube (77) ist ein handelsüblicher Gewindestift mit Innensechskant. Bei der Montage des Druckbegrenzungsventils (70) wird die Einstellschraube (77) nach dem Eindrehen und Einstellen der Vorspannung des Federelements (75) durch Ankör­ nen bzw. durch Stauchen des sperrventilkörperseitigen Gewinde­ auslaufs gesichert. Selbstverständlich kann die Einstell­ schraube (77) auch durch Verkleben fixiert werden.

Quer zur Ventilbohrung (45), ca. auf halber Bohrungslänge be­ findet sich eine Querbohrung (48) im Führungssteg (52). Nach oben hin schließt sich an die Sitzbohrung (46) eine Einström­ bohrung (47) an. Sie endet im Sitzbereich des Federele­ ments (58).

Bei geschlossenem Sperrventil (40) wird mit Hilfe des Druckbe­ grenzungsventils (70) der Druck in der Verbraucherleitung (7) begrenzt. Das Druckbegrenzungsventil (70) ist so eingestellt, daß es beispielsweise bei einem Druck öffnet, der 50_*10⁵ Pa über dem regulären Arbeitsdruck liegt. Das Druckmittel strömt über die Einströmbohrung (47), die Sitzbohrung (46), die Ven­ tilbohrung (45) und die Querbohrung (48) in die Zwischenkam­ mer (16). Von dort fließt das Druckmittel in bekannter Weise über den Leckspalt (36) in den Rücklaufkanal (17) und zurück in den Tank (2).

Sobald der Druck in der Verbraucherleitung (7) im beschriebe­ nen Fall um circa 30_*10⁵ Pa abgefallen ist, schließt das Druckbegrenzungsventil (70) wieder. Der Druck in der Verbrau­ cherleitung (7) liegt dabei immer noch über dem regulären Ar­ beitsdruck.

Das Schaltschema des Druckbegrenzungsventils (70) in Kombina­ tion mit dem Hilfssperrventil (60) ist Fig. 2 zu entnehmen. Der Einbauort und die Einbauart des Druckbegrenzungsven­ tils (70) hat u. a. die Vorteile, daß es vor dem zum Verbrau­ cher fließenden Druckmittelstrom geschützt ist und die Rück­ schlagventilfunktion des Sperrventils (40) nicht beeinflußt wird.

Claims (9)

1. Sperrventil, das in mindestens einem Verbraucherkanal eines mit einem Längsschieber ausgestatteten Wegeventils angeordnet ist und in Rückströmrichtung sperrt, in dessen Sperrventilkör­ per ein ebenfalls in Rückströmrichtung sperrendes Hilfsventil sitzt, das zur Einleitung der verbraucherseitigen Verbraucher­ kanalentlastung über einen vom Längsschieber betätigten Stößel geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in oder am Sperrventilkörper (41) ein Druckbegrenzungsven­ til (70) angeordnet ist, das in Rückströmrichtung (9) öffnet.

2. Sperrventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es innerhalb des Wegeventilgehäuses (11) im Bereich eines Ver­ braucheranschlusses (25) angeordnet ist.

3. Sperrventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (70) innerhalb des Sperrventilkör­ pers (41) parallel neben dem Hilfsventil (60) angeordnet ist.

4. Sperrventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (70) innerhalb des Sperrventilkör­ pers (41) als zusätzliche Bauteile mindestens einen Ventilkör­ per (71), ein mechanisches Federelement (75) und eine diese vorspannende Druckbegrenzungsschraube (76) umfaßt.

5. Sperrventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsschraube (76) gegen Verdrehen fixierbar ist.

6. Sperrventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es als Sitzventil ausgebildet ist.

7. Sperrventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sperrventilkörper (41) einen auf einem Sperrventilsitz (22) aufliegenden Ventilkegel aufweist, an dem radial zu seiner (41) Längsachse verlaufende Führungs­ stege (52-54) angeordnet sind.

8. Sperrventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Führungsstege (52) - in Umfangsrichtung gesehen - breiter als die anderen Führungsstege (53, 54) ausgebildet ist und die Ventilbohrung (45) für das Druckbegrenzungsventil (70) aufnimmt.

9. Sperrventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzbohrung (46) des Druckbegrenzungsventils (70) im Sperrventilkörper (41) liegt.