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Die
Erfindung betrifft ein entsperrbares Rückschlagventil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Derartige
zur Gruppe der Sperrventile gehörenden
Rückschlagventile
haben eine Durchflußrichtung,
in der eine Durchströmung
von einem Eingangsanschluß zu
einem Ausgangsanschluß möglich ist,
während
eine Durchströmung
in der Gegenrichtung in der Grundstellung gesperrt ist. Die gesperrte
Durchflußrichtung
kann durch eine hydraulische Steuerung freigegeben werden, so daß auch eine
Durchströmung
in Gegenrichtung möglich
ist. Diese Ventilbauart wird häufig
zur Einspannung von Hydrozylindern, zur Rücklaufentlastung beim Einfahren
eines doppelt wirkenden Hydrozylinders als hydraulisch betätigtes Ablaufventil
oder als Sperrventil in Innenhochdruckumformanlagen verwendet.
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In
der
DE 25 00 610 A1 ist
ein gattungsgemäßes Rückschlagventil
offenbart, bei dem ein Ventilglied – beispielsweise eine Kugel
oder ein Kolben – gegen
einen Ventilsitz vorgespannt sind, so daß eine Durchströmung in Öffnungsrichtung
des Ventilgliedes möglich
ist, während
der Durchfluß in
umgekehrter Richtung gesperrt ist. Zum Ermöglichen des Durchflusses in
dieser umgekehrten Richtung ist dem Ventilglied ein Aufstoßkolben
zugeordnet, der mit einem Steuerdruck derart beaufschlagbar ist,
daß er
in Anlage an das Ventilglied bringbar ist, um dieses von seinem
Ventilsitz abzuheben. Der Aufstoßkolben ist in Axialrichtung
von einer Durchgangsbohrung durchsetzt, durch die das Hydrauliköl in beiden Durchflußrichtungen
strömen
kann, so daß keine
eigenen Bohrungen im Ventilgehäuse
vorgesehen werden müssen
und somit eine Schwächung
der Gehäusewandungen
verhindert wird.
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Wie
bereits eingangs angedeutet wurde, liegt ein wichtiger Anwendungsbereich
derartiger entsperrbarer Rückschlagventile
in der Verwendung bei Innenhochdruckumformanlagen, über die
metallische Hohlkörper
kalt verformbar sind. In diesen Anlagen können Drücke bis zu 6000 bar auftreten,
so daß an
die eingesetzten Ventileinrichtungen erhebliche Festigkeitsanforderungen
gestellt werden.
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Da
der Aufstoßkolben
mit Höchstdruck
beaufschlagt ist, muß der
Steuerdruck gegen die Kraft einer Steuerfeder des Aufstoßkolbens
und die resultierende Druckkraft wirken.
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Beim
Betrieb des bekannten Rückschlagventiles
hat es sich desweiteren gezeigt, daß es aufgrund der an den Stirnseiten
des Aufstoßkolben
wirkenden Höchstdruckes
(bis zu 6000 bar) zu einem vorzeitigen Verschleiß der Steuerfeder, des Aufstoßkolbens
und der den Aufstoßkolben
umgebenden Ventilgehäusewandungen
kommen kann, so daß die Lebensdauer
des Rückschlagventils
nicht den Anforderungen der Betreiber der Innenhochdruckumformanlagen
entspricht. Die Steuerfeder muß so
ausgelegt sein, daß der
Aufstoßkolben
unabhängig
von den an den Anschlüssen
X1, X2 herrschenden Drücken
in seiner Anlegeposition gehalten werden kann.
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Der
Druckmittelstrom fließt
bei vom Sitz abgehobenen Ventilkörper
in Dokument
DE 2208841 A1 zwischen
einem Einlaß und
einem Auslaß.
Eine Durchgangsbohrung ist in einem Entsperrkolben außerhalb
des Hautstrompfades vorgesehen. Der Ventilkörper wird über den Entsperrkolben betätigt, an dessen
einer Seite ein Druck eines Vorsteuerfluids anliegen kann, das über ein
Vorsteuerventil in einen weiteren Einlaß des Gehäuseteils geführt wird,
und an dessen anderer Seite ein um den Druckabfall über einer
Drossel verminderter Druck anliegen kann.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsperrbares Rückschlagventil zu
schaffen, bei dem mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand
eine zuverlässige
Funktion gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein entsperrbares Rückschlagventil mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Durch
die Maßnahme,
die mit Höchstdruck beaufschlagten
Stirnseiten des Aufsteuerteiles mit etwa gleichen Stirnflächen auszubilden,
so daß dieses
praktisch die Geometrie eines Gleichgangkolbens aufweist, wirken
auf beide Stirnseiten im wesentlichen gleiche Axialkräfte, so
daß das
Auf stoßteil gegen
den Höchstdruck
ausgeglichen ist. Die Beanspruchung des Aufsteuerteiles und der
Führungs- und
Anschlagelemente des Ventilgehäuses
kann somit gegenüber
der herkömmlichen
Lösung,
bei der eine Flächendifferenz
am Aufstoßkolben
ausgeführt war,
auf ein Minimum reduziert werden. Desweiteren werden die von Steuerfeder
und Steuerdruck aufgebrachten Kräfte
nicht durch die Höchstdruckkräfte überlagert,
die aus den an den Anschlüssen
X1, X2 anliegenden Drücken
resultieren.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Aufsteuerteil
mit einem Steuerbund versehen wird, auf dessen Ringfläche der
Steuerdruck zum Aufsteuern des Ventilgliedes wirkt. Dabei wird vorteilhafterweise
derjenige Bereich der Ventilbohrung, in dem der Steuerbund geführt ist, über jeweils
eine Dichtung zu denjenigen Ventilbohrungsabschnitten abgedichtet,
in denen die beiden Endabschnitte des Aufsteuerteiles geführt sind.
Durch diese Maßnahme
ist der den Steuerbund aufnehmende Teil der Ventilbohrung gegenüber dem
an den Endabschnitten wirkenden Höchstdruck abgedichtet, so daß die Beanspruchung
der Ventilgehäusewandung
im Bereich des Steuerbundes vergleichsweise gering ist und somit
eine Wandung mit geringer Wandstärke
ausgebildet werden kann.
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Ein
Ventilgehäuse
mit besonders geringen Abmessungen und hoher Festigkeit läßt sich
realisieren, wenn diejenigen Teile, in denen die Höchstdruckdichtungen,
die Endabschnitte des Aufsteuerteiles und das Ventilglied gelagert
bzw. geführt
sind, als höchstdruckfeste
Einsatzteile mit hoher Festigkeit ausgeführt werden, während die
sonstigen Bauteile des Ventilgehäuses
aus einem Material geringerer Festigkeit hergestellt werden können. D.h.,
bei dieser Konstruktionsvariante werden lediglich die höchstbelasteten
Abschnitte aus hochfestem Material hergestellt, so daß die Herstellungskosten
des Rückschlagventiles
minimal sind.
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Bei
dieser Variante ist es besonders vorteilhaft, wenn die Stützringe
zur Axialabstützung
der Dichtungen ebenfalls aus einem Material hoher Festigkeit gefertigt
werden. Die Materialfestigkeit kann jedoch unter derjenigen der
Einsätze
liegen.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
des Rückschlagventiles
sind das Aufsteuerteil und das Ventilglied getrennt voneinander
ausgeführt,
wobei das Aufsteuerteil an seinem dem Ventilglied zuweisenden Endabschnitt
einen Stößel hat,
der in Anlage an die benachbarte Stirnfläche des Ventilgliedes bringbar
ist, um dieses von seinem Sitz abzuheben. Dabei wird es bevorzugt,
wenn das Aufsteuerteil über eine
Steuerfeder gegen einen Anschlag vorgespannt ist, so daß der Steuerdruck
die Kraft der Steuerfeder überwinden
muß, um
die Aufsteuerbewegung des Aufstoßteiles einzuleiten.
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Um
die Steuerdruckbeaufschlagung der Aufsteuerteilstirnfläche zu vereinfachen,
kann in der am Anschlag anliegenden Fläche des Aufsteuerteiles eine
Nut, vorzugsweise eine Spiralnut ausgebildet werden.
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Bei
dieser Variante mit getrenntem Aufsteuerteil und Ventilglied wird
es bevorzugt, wenn letzteres in einem weiteren Einsatz geführt ist,
der gemeinsam mit dem Einsatz zur Aufnahme des benachbarten Endabschnittes
des Aufsteuerteiles den Ventilsitz ausbildet.
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In
einer Alternativausführung
sind das Ventilglied und das Aufstoßteil einstückig als Gleichgangkolben ausgeführt, so
daß das
Ventilglied praktisch als ventilsitzseitiger Endabschnitt des Gleichgangkolbens
ausgebildet ist. Bei dieser Konstruktionsvariante wird der Gleichgangkolben über die
Vorspannfeder gegen den Ventilsitz vorgespannt, so daß der Steuerdruck
zunächst
die Kraft der Vorspannfeder über winden
muß, um
den Gleichgangkolben von seinem Ventilsitz abzuheben.
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Es
kann ein zweiter Steueranschluß vorgesehen
werden, über
den der Gleichgangkolben mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist,
der diesen zusätzlich
zur Kraft der Vorspannfeder in Richtung auf den Ventilsitz vorspannt,
so daß der
Gleichgangkolben gegen einen Druck am ventilsitzseitigen Anschluß zugehalten
wird.
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Sonstige
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im
folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele des entsperrbaren
Rückschlagventiles
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze der Ventillogik einer Innenhochdruckumformanlage;
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2 einen
Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
eines in der Anlage gemäß 1 verwendeten
entsperrbaren Rückschlagventiles
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines derartigen Rückschlagventiles.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus der Ventillogik einer Innenhochdruckumformanlage 1.
Zentralstück
einer derartigen Umformanlage 1 ist ein Druckübersetzer 2,
der einen Differentialkolben aufweist, dessen Durchmesserverhältnisse
das Übersetzungsverhältnis des
Druckübersetzers
bestimmen. Der in 1 angedeutete Differentialkolben
hat einen Hochdruckkolbenabschnitt 4 und einen Niederdruckkolbenabschnitt 6,
der einen wesentlich größere Stirnfläche als
der Hochdruckkolbenabschnitt 4 aufweist. Ein Ringraum 8 und
ein Zylinderraum 10 desjenigen Teiles des Druckübersetzers 2, in
dem der Niederdruckkolbenabschnitt 6 geführt ist,
sind über Niederdruckleitungen 12, 14 mit
einem Wegeventil 16 verbunden, das in seiner mit (0) bezeichneten Grundstellung
beide Niederdruckleitungen 12, 14 und damit den
Zylinderraum 10 und den Ringraum 8 mit dem Tankanschluß T verbindet
(Schwimmstellung). In einer mit (a) gekennzeichneten Schaltstellung
wird der Ringraum 8 über
die Niederdruckleitung 14 mit einem Pumpenanschluß P verbunden,
an den eine Pumpe 18 angeschlossen ist. Gleichzeitig wird die
Arbeitsleitung 12 und damit der Zylinderraum 10 mit
dem Tankanschluß T
verbunden, so daß der
Differentialkolben 4, 6 in der Darstellung nach 1 nach
unten bewegt und das Hydrauliköl
aus dem Zylinderraum 10 in den Tank T verdrängt wird;
es wird ein Saughub durchgeführt.
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Beim
Umsteuern des Wegeventiles 16 wird entsprechend der Zylinderraum 10 mit
Hydrauliköl aus
der Pumpe 18 beaufschlagt und das Hydrauliköl im Ringraum 8 über die
Niederdruckleitung 14 zum Tank T zurückgeführt, so daß in dieser Schaltstellung (b)
der Differentialzylinder 4, 6 nach oben bewegt wird
und einen Arbeitshub durchführt.
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Beim
Saughub wird Hochdruckfluid – im
folgenden HFA genannt –,
das aus einer Wasser-Ölemulsion
bestehen kann, über
eine Ansaugleitung 20 zugeführt und strömt in einen Hochdruckzylinderraum 22 ein,
in dem der Hochdruckkolbenabschnitt 4 geführt ist.
Zwischen dem Hochdruckzylinderraum 22 und der Ansaugleitung 20 befindet
sich ein mit 24 angedeutetes entsperrbares Rückschlagventil,
das in seiner Sperrstellung eine HFA-Strömung hin zum Hochdruckzylinderraum 22 unterbindet,
das aber durch Anlegen eines Steuerdruckes entsperrbar ist, um das
Zuströmen
des HFA zu ermöglichen.
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Während des
Arbeitshubes (Schaltstellung (b) des Wegeventiles 16) wird
das HFA im Hochdruckzylinderraum 22 verdichtet und in eine
Hochdruckleitung 26 verdrängt und einem nicht gezeigten Werkzeug
zur Innenhochdruckumformung zugeführt. Durch den Druck des HFA
wird ein Ventilglied 28 des Rückschlagventiles 24 von
seinem Ventilsitz abgehoben, so daß die HFA-Strömung zum
Druckaufbau im Innenhochdruckumformwerkzeug ermöglicht ist, während das
Rückschlagventil 24 für die Durchströmung in
Gegenrichtung (vom Innenhochdruckumformwerkzeug zum Druckübersetzer 2)
gesperrt ist.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
einer Innenhochdruckumformanlage 1 muß der Druckübersetzer 2 in der
Regel mehrere Arbeitshübe durchführen, um
den für
die Kaltverformung des Werkstückes
erforderlichen Druck im Werkzeug aufzubauen.
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Anstelle
eines einzigen Druckübersetzers können auch
mehrere Druckübersetzer
parallel geschaltet werden, wobei beispielsweise ein größerer Druckübersetzer
zum Füllen
des Werkzeuges und zum Aufbau eines Vordruckes verwendet wird, während ein
weiterer, kleinerer Druckübersetzer
zur Regelung des Spitzendruckes und zur Dekomprimierung eingesetzt
wird.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Rückschlagventiles 24,
wie es in einer Anlage gemäß 1 eingesetzt
werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind ein Aufstoßteil
und ein Ventilglied einstückig
durch einen Gleichgangkolben 30 realisiert, der in einer
Ventilbohrung 32 eines Ventilgehäuses 34 geführt ist.
Das Ventilgehäuse
hat einen Eingangsanschluß X1
und einen Ausgangsanschluß X2, die
als Axialanschlüsse
ausgeführt
sind.
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Der
Gleichgangkolben 30 hat einen radial erweiterten Steuerbund 35,
der in einem im Durchmesser vergrößerten Mittelabschnitt 36 der
Ventilbohrung 32 geführt
ist.
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Der
ventilsitzseitige Endabschnitt 38 und der andere Endabschnitt 40 des
Gleichgangkolbens sind in jeweils im wesentlichen identisch aufgebauten
Einsätzen 43 bzw. 44 geführt, die
jeweils in einer Befestigungsbohrung 42 des Ventilgehäuses 34 befestigt sind.
Jeder Einsatz besteht aus höchstdruckfestem Material,
das auch bei Maximaldruck (≥ 6000
bar) keinen Verschleiß oder
nennenswerte Verformungen aufweist. Jeder Einsatz 43 oder 44 hat
eine Führungsbohrung 46,
in die der jeweilige Endabschnitt 40 bzw. 38 des
Gleichgangkolbens 30 eintaucht.
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An
der zum Steuerbund 35 weisenden Stirnfläche jedes Einsatzes 43, 44 ist
ein Stützring 48 abgestützt, dessen
Innenbohrung den gleichen Durchmesser wie die Führungsbohrung 46 hat.
Jeder Stützring 48 ist
mit seiner vom jeweiligen Einsatz 43, 44 entfernten
Stirnfläche
an jeweils einer Anlageschulter 50 bzw. 52 abgestützt, die
im Mittelabschnitt 36 der Ventilbohrung 32 ausgebildet
ist.
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Die
Führungsbohrung 46 jedes
Einsatzes 43 bzw. 44 ist an ihrem zum Stützring 48 weisenden
Endabschnitt stufenförmig
erweitert, so daß in
dem entstehenden Ringraum jeweils eine Höchstdruckdichtung 54 aufnehmbar
ist, die in Axialrichtung einerseits am Einsatz 43 bzw. 44 und
andererseits am benachbarten Stützring 48 abgestützt ist.
Die Innenbohrung jedes Dichtringes 48 ist mit einer Dichtung 56 gegenüber dem
Gleichgangkolben 30 und die Stirnseite des Stützringes über eine
Dichtung 58 gegenüber dem
Ventilgehäuse 34 abgedichtet.
Eine entsprechende Dichtung 60 ist auch im Außenumfang
des Steuerbundes 35 angeordnet, so daß die vom Steuerbund 35 getrennten
Teilbereiche des Mittelabschnitts 36 der Ventilbohrung 32 gegeneinander
abgedichtet sind.
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Die
jeweilige Führungsbohrung 46 ist
radial zu einer Verbindungsbohrung 62 verringert, die in dem
Anschluß X2
bzw. X1 mündet,
der jeweils in einer Stirnplatte 64 ausgebildet ist, die
in die Befestigungsbohrung 42 eingeschraubt ist.
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Der
Gleichgangkolben 30 ist mit einer axialen Durchgangsbohrung
versehen, über
die die beiden Stirnseiten des Gleichgangkolbens 30 miteinander
verbindbar sind. Die Durchgangsbohrung hat eine sich vom anderen
Endabschnitt 40 des Gleichgangkolbens 30 bis fast
zum Endabschnitt 38 erstreckende Axialbohrung 63,
die in zwei Schrägbohrungen 65 und 66 übergeht,
die an einer durch eine Anphasung gebildete Ringschrägfläche 68 am
Endabschnitt 38 des Gleichgangkolbens 30 münden.
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An
dem Steuerbund 35 greift eine Vorspannfeder 70 an,
die an dem dem anderen Endabschnitt 40 des Gleichgangkolbens 30 zugeordneten
Stützring 48 abgestützt ist.
Durch diese Vorspannfeder 70 wird der Gleichgangkolben 30 mit
der in der Ansicht nach 2 die beiden Schrägflächen verbindenden Stirnseite
A1 gegen einen Ventilsitz vorgespannt, der durch die Stirnfläche der
Führungsbohrung 46 gebildet
ist.
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Ein
als Radialanschluß ausgebildeter
Steueranschluß B
mündet
in demjenigen Teil des Mittelabschnittes 36 der Ventilbohrung 32,
in dem die Vorspannfeder 70 aufgenommen ist. In dem anderen vom
Steuerbund 35 und vom ventilsitzseitigen Stützring 48 begrenzten
Teil des Mittelabschnittes 36 mündet ein weiterer, ebenfalls
als Radialanschluß ausgebildeter
Steueranschluß A.
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Wird
nun ein derartiges Rückschlagventil 24 gemäß der Ventillogik
aus 1 verschaltet, so liegt bei einem Arbeitshub des
Druckübersetzers 2 am
Anschluß X1
ein Höchstdruck
an, durch den der Gleichgangkolben 30 gegen die Kraft der
Vorspannfeder 70 aus seiner Schließposition abgehoben werden
kann, so daß das
druckbeaufschlagte HFA durch den Anschluß X1, die Verbindungsbohrung 62,
die Schrägbohrungen 65,
die Axialbohrung 63, die Führungsbohrung 46 und
die Verbindungsbohrung 62 zum Ausgangsanschluß X2 und
damit in die Hochdruckleitung 26 geleitet wird.
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Da
der Mittelabschnitt 36 der Ventilbohrung 30 über die
Höchstdruckdichtungen 54 gegenüber dem
Höchstdruck
in den Führungsbohrungen 46 der beiden
Einsätze 43 bzw. 44 abgedichtet
ist, sind die im Bereich des Mittelabschnittes 36 ausgebildeten Bauelemente
wesentlich geringer belastet als die mit Höchstdruck beaufschlagten Bauelemente.
Somit ist es hinreichend, wenn nur die höchstdruckbeaufschlagten Bauteile
aus höchstdruckfestem
Material hergestellt werden.
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Da
die beiden Endabschnitte 38, 40 des Gleichgangkolbens 30 mit
gleichem Durchmesser ausgeführt
sind, ist dieser höchstdruckausgeglichen, wenn
an den beiden Arbeitsanschlüssen
X1 und X2 der gleiche Druck anliegt, so daß in diesem Fall die Beanspruchung
und damit der Verschleiß der
Bauelemente minimal ist.
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Beim
Saughub des Druckübersetzers 2 muß das Rückschlagventil 24 entsperrt
werden, so daß eine
Durchströmung
vom Arbeitsanschluß X2
zum Anschluß X1
möglich
ist. Dazu wird an den Steueranschluß A ein Steuerdruck angelegt,
der hinreichend groß sein
muß, um
die Kraft der Vorspannfeder 70 zu überwinden. Dieser Aufsteuerdruck
kann bei einem Nenndruck von beispielsweise 4200 bar (Druck am Innenhochdruckumformwerkzeug)
etwa 3500 bar betragen. Dieser Druck kann beispielsweise an dem Druckübersetzer 2 abgegriffen
werden. Durch Anlegen des Steuerdruckes an den Steueranschluß A wird
der Gleichgangkolben 30 gegen die Kraft der Vorspannfeder
von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß das HFA durch die Ansaugleitung 20,
den Anschluß X2,
die Verbindungsbohrung 62, die Führungsbohrung 46 und
die Axialbohrung 63, die Schrägbohrungen 65, 66 zum
Anschluß X1
und damit zum Druckübersetzer 2 geführt werden
kann.
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Beim
Umsteuern des Druckübersetzers 2 vom
Saughub zum Arbeitshub wird der Steueranschluß A mit dem Tankanschluß T verbunden,
so daß die
Vorspannfeder 70 den Gleichgangkolben 30 wieder
auf den Ventilsitz vorspannt. Falls der Gleichgangkolben 30 gegen
einen vergleichsweise hohen Druck am Anschluß X1 zugehalten werden soll,
kann an dem weiteren Steueranschluß B ein Steuerdruck angelegt
werden, der die Wirkung der Vorspannfeder 70 unterstützt und
somit den Gleichgangkolben 30 auch bei hohen Drücken am
Eingangsanschluß X1
in seiner Schließposition
hält.
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Die
Ausbildung der Einsätze 43, 44 und
der Stirnplatten 64 aus höchstdruckfestem Material kann auch
dann von Vorteil sein, wenn der Kolben nicht als Gleichgangkolben 30 ausgeführt ist,
sondern Endabschnitte mit unterschiedlichen Stirnflächendurchmessern
aufweist.
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Das
in 2 dargestellte Rückschlagventil hat Leckölanschlüsse Y1 und
Y2, über
die etwa austretendes Lecköl
abführbar
ist.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Rückschlagventiles 24 dargestellt,
bei dem kein einstückiger
Gleichgangkolben 30 verwendet wird, sondern ein als Ventilglied
wirkender Ventilkolben 80 und ein als Gleichgangkolben ausgeführter Aufstoßkolben 82,
durch den der Ventilkolben 80 von seinem Ventilsitz abhebbar
ist. Bei der folgenden Beschreibung werden für einander entsprechende Bauelemente
die gleichen Bezugszeichen wie in 2 verwendet.
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Das
Ventilgehäuse 34 des
in 3 dargestellten Rückschlagventiles 24 hat
eine sich in Axialrichtung erstreckende Ventilbohrung mit einem
radial erweiterten Mittelabschnitt 36, in dem ein Steuerbund 35 des
Aufstoßkolbens 82 geführt ist.
Die beiden Endabschnitte des Aufstoßkolbens 82 tauchen
in Führungsbohrungen 46 ein,
die in Einsätzen 43 bzw. 44 ausgebildet
sind. Beide Einsätze
sind in Befestigungsbohrungen 42 des Ventilgehäuses 34 befestigt.
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Der
in 3 linke Einsatz 43 hat einen nabenförmigen Vorsprung 84,
an dem der Eingangsanschluß X1
ausgebildet ist. Die Innenbohrung des Vorsprungs 84 und
die Führungsbohrung 46 sind über die
Verbindungsbohrung 62 verbunden. In einer Ringnut der Führungsbohrung 46 des
Einsatzes 43 ist eine Höchstdruckdichtung 54 aufgenommen,
die in Axialrichtung durch einen Stützring 48 abgestützt ist,
die an der benachbarten Stirnfläche
des Einsatzes 43 anliegt und von diesem gegen die Anlageschulter 50 des
Mittelabschnittes der Ventilbohrung 32 vorgespannt ist.
Die Axialfestlegung des Stützringes 48 erfolgt
mittels des Einsatzes 43, der in die Befestigungsbohrung 42 eingeschraubt
ist. In den Mittelabschnitt 36 der Ventilbohrung mündet der
Steueranschluß A,
der wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel als Radialanschluß ausgeführt ist.
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Der
in 3 rechte Endabschnitt des Aufstoßkolbens 82 hat
einen auskragenden, im Durchmesser verringerten Stößel 86,
der in der dargestellten Grundposition des Aufstoßkolbens 86 gerade
in Anlage am Ventilkolben 80 ist, so daß dieser auf seinem Ventilsitz
verbleibt. Die Führungsbohrung 46 des
Einsatzes 44 ist zum Ventilsitz hin zurückgestuft, wobei der Durchmesser
etwas größer als
der Außendurchmesser
des Stößels 86 gewählt ist,
so daß ein Ringraum
verbleibt, durch den das HFA hindurchtreten kann.
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Der
Aufstoßkolben 82 hat – wie beim
vorhergehenden Ausführungsbeispiel – eine Axialbohrung 63,
die in Schrägbohrungen 65, 66 übergeht,
die ihrerseits in einen angephasten Teil der Stirnfläche des stößelseitigen
Endabschnittes des Aufstoßkolbens 82 münden. Wie
aus 3 hervorgeht, münden die Schrägbohrungen 65, 66 beidseitig
des Stößelfusses.
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In
der Aufnahmebohrung 46 des Einsatzes 44 ist ebenfalls
eine Ringnut zur Aufnahme einer Höchstdruckdichtung 54 ausgebildet,
wobei die Axialabstützung
der Höchstdruckdichtung 54 ebenfalls durch
einen Stützring 48 erfolgt,
der seinerseits an einer Schulter des Mittelabschnittes 36 abgestützt ist. Der
Einsatz 44 und der dazugehörige Stützring 48 sind durch
eine Abschlußbuchse 88 gegen
die Schulter des Ventilgehäuses 34 vorgespannt,
wobei die Abschlußbuchse 88 in
die Befestigungsbohrung 42 eingeschraubt ist. Die Abschlußbuchse 88 hat
einen Vorsprung 84, an dem der Ausgangsanschluß X2 ausgebildet
ist. Die Abschlußbuchse 88 hat
eine Axialbohrung 90, die koaxial zur Führungsbohrung 46 angeordnet
ist und in der der Ventilkolben 80 axial verschiebbar geführt ist.
Der Durchmesser der Axialbohrung 90 und damit des Ventilkolbens 80 ist
größer als
der Durchmesser des radial zurückgestuften
Teiles der Führungsbohrung 46,
so daß an
der benachbarten Stirnfläche
des Einsatzes 44 im Mündungsbereich
der Führungsbohrung 46 der
Ventilsitz für
den Ventilkolben 80 ausgebildet ist. Der Ventilkolben 80 ist über eine
Vorspannfeder 92 gegen den Ventilsitz vorgespannt, die
ihrerseits an einer Schulter der Abschlußbuchse 88 abgestützt ist.
Der Ventilkolben 80 ist mit einer Axialbohrung 94 versehen,
die – ähnlich wie
beim Aufstoßkolben 82 – in mehrere
Schrägbohrungen 96, 98 übergeht,
die in einem angephasten Abschnitt des ventilseitigen Endes des
Ventilkolbens 80 münden.
Die Axialbohrung 90 für
den Hauptventilkolben 80 ist über eine Verbindungsbohrung 62 mit dem
Anschluß X2
verbunden.
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Gemäß 3 ist
der Aufstoßkolben 82 über eine
Steuerfeder 100 vorgespannt, die ihrerseits an dem dem
Einsatz 44 zugeordneten Stützring 48 abgestützt ist.
Durch die Steuerfeder 100 wird der Steuerbund 35 mit
der von der Steuerfeder 100 entfernten Ringfläche 102 gegen
den benachbarten Stützring 48 gedrückt.
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In
der Ringfläche 102 des
Steuerbundes 35 ist eine Spiralnut, über die Steueröl vom als
Radialanschluß ausgebildeten
Steueranschluß A
zur Ringfläche 102 führbar ist.
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Zur
Abführung
von Lecköl
sind beispielsweise im Bereich des Mittelabschnittes 36 und
in den Trennebenen zwischen den Einsätzen 44 und den benachbarten
Bauelementen Leckölkanäle angeordnet,
die in 3 mit Y1, Y2, Y3 bezeichnet sind.
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Ähnlich wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
sind an den Stützringen 48 Dichtungen 56, 58 und
am Außenumfang
des Steuerbundes 35 eine Dichtung 60 vorgesehen, über die
der mit Steuerdruck beaufschlagte Bereich abgedichtet ist.
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Die
Steuerfeder 100 hat eine wesentliche größere Federkonstante als die
Vorspannfeder 92, so daß eine vergleichsweise geringe
Kraft erforderlich ist, um den Ventilkolben 80 von seinem
Ventilsitz abzuheben.
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Beim
Einbau des in 3 dargestellten Rückschlagventiles
in eine Schaltung gemäß 1 wird
bei einem Arbeitshub des Druckübersetzers 2 das
HFA mit hohem Druck zum Anschluß X1
geführt und
von diesem durch die Verbindungsbohrung 62, die Axialbohrung 63 des
Aufstoßkolbens 82,
die Schrägbohrungen 65, 66,
die Führungsbohrung 46 zum
Ventilsitz geführt,
wobei der Druck (bspw. 6000 bar) groß genug ist, um den Ventilkolben 80 von
seinem Sitz abzuheben, so daß das
HFA weiter durch die Schrägbohrungen 96, 98,
die sich daran anschließende
Axialbohrung 94 und die Verbindungsbohrung 62 zum
Ausgangsanschluß X2
und damit zum Innenhochdruckumformwerkzeug geführt wird. Da die beiden Stirnflächen des
Aufstoßkolbens 82 den
gleichen Durchmesser aufweisen und in beiden Führungsbohrungen 46 der
gleiche Druck herrscht, ist der Aufstoßkolben 82 höchstdruckausgeglichen.
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Beim
Saughub des Druckübersetzers 2 muß das Rückschlagventil 24 entriegelt
werden, wozu ein Steuerdruck (bspw. ca. 3500 bar) an den Steueranschluß A angelegt
wird, so daß die
Ringfläche 102 mit
dem Steuerdruck beaufschlagt wird und der Aufstoßkolben gegen die Kraft der
Steuerfeder 100 nach rechts (Ansicht nach 3)
hin zum Ventilkolben 80 bewegt wird. Durch diese Axialbewegung
des Aufstoßkolbens 82 wird
der Ventilkolben 80 gegen die Kraft der Vorspannfeder 92 von
seinem Ventilsitz abgehoben, so daß das HFA vom Anschluß X2, durch die
Verbindungsbohrung 62, die Axialbohrung 94, die Schrägbohrungen 96, 98,
die Führungsbohrung 46, die
Schrägbohrungen 65, 66,
die Axialbohrung 63, die Verbindungsbohrung 62 zum
Anschluß X1
und damit zum Hochdruckzylinderraum strömen kann.
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Beim
sich anschließenden
Arbeitshub wird der Steueranschluß A mit dem Tank T verbunden,
so daß der
Aufstoßkolben 82 in
seine gezeigte Ausgangsposition (Anlage an Stützring 48) zurückbewegt
wird und der Hauptkolben 80 wieder mittels der Vorspannfeder
in Richtung seines Ventilsitzes mit einer Kraft beaufschlagt wird.
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Die
in 3 gezeigte Variante hat den Vorteil, daß die Federrate
der Vorspannfeder 92 wesentlich geringer ist als diejenige
der Vorspannfeder 70 beim Ausführungsbeispiel gemäß 2,
die eine Doppelfunktion hatte: einmal muß durch die Vorspannfeder 70 der
Gleichgangkolben 30 gegen den Ventilsitz vorgespannt werden,
zum anderen dient die Vorspannfeder 70 beim Ausführungsbeispiel
gemäß 2 auch
zur Beaufschlagung des Aufstoßteiles
und hat somit eine höhere
Federrate als die Vorspannfeder des in 3 dargestellten
Ausführungsbeispieles.
Demzufolge ist bei der normalen Durchströmung von X1 nach X2 der Energieverlust
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 größer, da
die Kraft der vergleichsweise starken Vorspannfeder 70 überwunden
werden muß,
während
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 bei
einer Durchströmung von
X1 nach X2 lediglich die Kraft der schwächeren Vorspannfeder 92 kompensiert
werden muß.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel herrscht
an den beiden Stirnseiten des Aufstoßkolbens stets der gleiche
Druck, so daß dieser
unabhängig
vom Druck an den Anschlüssen
X1 oder X2 höchstdruckausgeglichen
ist.
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Anstelle
des Ventilkolbens 80 können
auch andere Ventilglieder, wie beispielsweise eine Kugel oder ein
Ventilkolben mit einer Vorentlastung verwendet werden.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht neben der Ausbildung des
Aufstoßkolbens 82 als
Gleichgangkolben auch darin, daß nur
für die höchstdruckbeanspruchten
Teile (Einsätze 43, 44 und
gegebenenfalls die Stirnplatten 64 und die Abschlußbuchse 88,
etc.) höchstdruckfestes
Material verwendet wird, während
die sonstigen Bauelemente des Ventilgehäuses 34 aus Material
geringerer Festigkeit hergestellt werden können.
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Offenbart
ist ein entsperrbares Rückschlagventil,
bei dem ein Ventilglied gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist und
zum Ermöglichen
einer Durchströmung
in Gegenrichtung mittels eines Aufsteuerteiles vom Ventilsitz abhebbar
ist. Die im Höchstdruckbereich
angeordneten Stirnflächen
des Aufsteuerteiles haben etwa die gleichen Durchmesser, so daß dieses
höchstdruckausgeglichen
ist und somit die Belastung und der Verschleiß auf ein Minimum reduziert
werden können.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sind das Ventilglied und das Aufsteuerteil einstückig ausgeführt, während bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
das Aufstoßteil
und das Ventilglied als getrennte Bauelemente ausgebildet sind.