DE2057363B2 - Überdruckventil - Google Patents

Description

3. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trennwand (32) ein Zapfen (31) befestigt ist und in den Innenraum des dem Ventilsitz nächstliegenden Federgliedes (29) eingreift, und daß d*x Zapfen (31) an seinem freien Ende kegelförmig gestaltet ist

4. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federglieder (29,30) in Reihe liegen und daß das ungedämpfte Federglied (29) an das bewegliche Ventilglied (23) angrenzt.

5. Überdruckventil nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle durch einen Ringspalt zwischen dem äußeren Rand der Trennscheibe (32) und der Innenwandung des Hohlraumes (33,34} gebildet ist

6. Überdruckventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse in der Ebene des kegelförmig gestalteten Endes des Zapfens (31) Querbohrungen (20) aufweist und daß das bewegliche Ventilglied (23) hohl ist und an seinem zum Zapfen hinweisenden Ende mit Ausnehmungen (25) versehen ist

Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz an der Einlaßseite aufweist, gegen den ein axial bewegliches Ventilglied mittels einer Federeinrichtung vorgespannt ist, wobei das Ventilglied in der abgehobenen Stellung eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß herstellt, und mit einer mit der Federeinrichtung gekuppelten Dämpfungsvorrichtung.

Ein bekanntes derartiges Überdruckventil vermeidet zwar unerwünschte Bewegungen des Ventilgliedes und ein Ventilflattern, hat jedoch nur eine begrenzte Ansprechgeschwindigkeit

Es ist ferner bereits ein Überdruckventil bekannt (DE-PS 7 28 018), bei dem zwei Druckfedern vorgesehen sind. Diese wirken jedoch auf getrennte Ventilglieder, nämlich einerseits auf einen Ventilkegel und andererseits auf einen diesen ringförmig umgebenden Hammer. Die auf letzteren wirkende Feder ist schwächer als die auf den Ventilkegel drückende Feder. Beim Auftreten eines Überdruckes hebt zuerst der Ventilkegel von seinem Sitz ab, so daß danach der Hammer hochgedrückt wird und der Aushß freigegeben wird. Beim Abbauen des Überdruckes schließt

ίο zuerst der Ventilkegel, so daß kein Fluiddruck mehr auf den Hammer einwirkt und dieser daher durch die zugeordnete Feder beschleunigt wird und einen Schlag auf den Bund des Ventilkegels ausübt Hierdurch soll erreicht werden, daß der Ventilkegel in seiner Schließstellung sicher abdichtet, ohne daß eine Leckströmung auftritt Ein derartiges Überdruckventil spricht zwar schnell an, ist jedoch nicht frei von unerwünschten Bewegungen des Ventilgliedes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überdruckventil zu schaffen, welches stabil arbeitet, schnell anspricht und keine übermäßigen Strömungsund Druckschwankungen verursacht

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Federeinrichtung zwei Federglieder umfaßt, daß die Dämpfungsvorrichtung lediglich mit einem dieser Federglieder gekuppelt ist, und daß die Federglieder so angeordnet und bemessen sind, daß bei Überschreiten eines bestimmten Druckes zuerst das ungedämpfte Federglied anspricht

jo Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Überdruckventil.

Das in der Zeichnung dargestellte Überdruckventil 13 umfaßt ein Gehäuse 10 mit einer Hochdruckkammer 11 und einer Niederdruckkümmer 11', welche mit einem

■to Niederdruckfluidvorratsbehälter in Verbindung steht. Das eigentliche Überdruckventil ist in das Gehäuse 10 eingeschraubt und erstreckt sich durch eine Bohrung 14 in demselben. Es kann eine hydraulische Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 11 und der Niederdruckkammer 12 herstellen und bewirkt eine Fluidableitung in letztere und verhindert, daß in der Hochdruckkammer 11 ein zu hoher Druck entsteht.

Das Überdruckventil 13 umfaßt ein Ventilgehäuse 15, in welches ein Ventilsitzteil 16 eingesetzt ist. Das

v> Ventilgehäuse 15 weist eine innere Bohrung 18 auf, und lias Ventilsitzteil 16 ist mit einer Innenbohrung 17 versehen. In beiden Teilen sind noch Querbohrungen 20 bzw. 19 vorgesehen, die eine Verbindung der Bohrungen zu der Niederdruckkammer 12 bzw. der Hochdruck-

v< kammer 11 herstellen und als Einlaß- und Auslaßöffnungen dienen. Innerhalb des Ventilsitzteiles 16 ist ein Ventilsitz 22 durch einen Sprengring 21 gehalten. Der Ventilsitz ist mit einer Anbohrung versehen, welche die kegelstumpfförmige äußere Oberfläche 27 eines Ventil-

M) gliedes 23 in der geschlossenen Ventilstellung dichtsit zend aufnimmt Das Ventilglied 23 ist in der Innenbohrung 17 den Ventilsitzteiles 16 'bewegbar angeordnet und weist eine zentrale Bohrung 24 auf, die sich durch das Ventilglied 23 erstreckt. Das linke Ende des Ventilgliedes ist mit Auslaßöffnungen 25 versehen, welche die Bohrungen 24 und 18 miteinander in Verbindung bringen und eine wahlweise Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 11 und der Nieder-

druckkammer 12 über die Bohrung 24 und die Öffnung 25 herzustellen gestattet Eine in das Gehäuse eingesetzte Dichtung 26 verhindert eine Leckströmung aus der Hochdruckkammer 11.

Der äußere Bereich der konischen Oberfläche 27 des Ventilgliedes 23 ist dem Druck in der Hochdruckkammer U über die Querbohrung 19 ausgesetzt Ein genügend hoher Druck würde das Ventilglied nach links von dem Ventilsitz 22 abheben und das Ventil also öffnen, so daß Fluid durch die Querbohrung 19 und die Bohrung 24 in die Niederdruckkammer 12 gelangt Dieser hydraulischen Öffnungskraft wirkt eine Vorspannkraft entgegen, die durch eine Federeinrichtung 28 erzeugt wird, welche an dem Ventilglied angreift und dieses gegen den Ventilsitz vorspannt

Die Federeinrichtung 28 umfaßt zwei Schraubenfeder« 29 und 30, die in der Bohrung 18 untergebracht und hintereinander zwischen dem geschlossenen Ende des Ventilgehäuses 15 und dem Ventilglied 23 angeordnet sind. Zwischen beiden Federn ist ein Zapfen 31 mit einem nach außen ragenden Flansch 32 angeordnet Der Zapfen weist ein zu dem Ventilglied 23 hinweisendes kegelförmiges Ende auf, welches als Strömungsablenkeinrichtung dient und die aus der Hochdruckkammer 11 durch die Bohrung 24 fließende Strömung nach außen durch die Schraubenfeder 29 ablenkt, welche bei geöffnetem Ventil zusammengedrückt wird und dadurch den Strömungsquerschnitt verringert Die abgelenkte Strömung fließt durch die Ausnehmungen 25 und die Querbohrungen 20 in die Niederdruckkammer 12.

Der Flansch 32 weist einen kreisförmigen Rand auf, der an die Bohrung 18 angepaßt ist so daß der Rand mit dieser Bohrung eine ringförmige Drosselstelle 35 bildet. Diese Drosselstelle trennt zwei Räume 33 und 34 voneinander, welche durch die beiden Seiten des Flansches 32 und die Wände der Bohrung 18 gebildet sind. Das Ventilgehäuse 15 weist eine größere Anzahl von Querbohrungen 20 auf, so daß der Ruidraum 33 mit der Niederdruckkammer 12 strömungsmäßig in Verbindung steht. Andererseits kann Fluid aus dem Raum 34 lediglich über die ringförmige Drosselstelle 35 austreten, so daß dieser Raum einen hydraulischen Dämpfungsraum 34 bildet, der die Bewegungsgeschwindigkeit der Druckfeder 30 und also auch des Ventilgliedes 23 begrenzt. Die Drosselstelle 35 ic so bemessen, daß die gewünschten Dämpfungseigenschaften und ein gewünschtes Bewegungsverhalten des Ventilgliedes 23 erreicht werden. Die Drosselstelle zwischen den Räumen 33 und 34 kznn auch durch andere konstruktive Einrichtungen gebildet sein, etwa durch eine oder mehrere genau bemessene öffnungen in dem Zapfen 31 oder durch öffnungen, welche den Raum 34 direkt mit der NiederdriJckkammer 12 in Verbindung bringen.

In der geschlossenen Stellung sind die Schraubenfedern 29 und 30 durch eine ödere mehrere Unterlegscheiben 36 auf eine bestimmte Druckkraft eingestellt, um die richtige Vorspannkraft auf das Ventilglied 23 zu erzeugen. Wenn der Druck in der Hochdruckkammer 11 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die auf das Ventilglied 23 ausgeübte hydraulische Kraft größer als die Vorspannkraft der Schraubfedern 29 und 30, so daß das Ventilglied nach links in die geöffnete Stellung bewegt wird. Anfänglich wird dabei die Schraubfeder 29 gegen den Flansch 32 gedrückt, da die als Dämpfungseinrichtung wirkende Fluidkammer 34 eine plötzliche Kompression der Srhraubfeder 30 verhindert. Die Schraubfeder 29 allein hat eine verhältnismäßig hohe Federkonstante aufgrund ihrer verhältnismäßig geringen Länge, wodurch a.so die von der feder aufgebrachte Gegenkraft sehr schnell beim Zusammendrücken der Feder wächst, .so daß die anfängliche Bewegung und die dadurch hervorgerufene Strömung aus der Hochdruckkammer 11 begrenzt sind. Wenn jedoch der übermäßige Druck länger anhält, hat das Fluid in dem Raum 34 genügend Zeit, um über die Drosselstelle 35 in den ungedämpften Raum 33 und die Niederdruckkammer 12 zu fließen, so daß auch die Schraubenfeder 30

ίο zusammengedrückt und der Flansch 32 nach links bewegt wird. Durch die Bewegung beider Schraubenfedern hat die Federeinrichtung eine kleinere Federkonstante als jede der Federn für sich allein, so daß das Ventilglied 23 in normaler Weise soweit wie nötig geöffnet wird und genügend Fluid aus der Niederdruckkammer 11 abläßt bis der Druck darin auf den für das Ventil typischen Maximaldruck gesunken ist Die Bewegung des Ventilgliedes geschieht dabei gedämpft und wird durch die Fluidströmunr aus dem gedämpften Raum 34 gesteuert.

Die Vorspann- und Dämpfungseinrichtung ermöglicht also eine schnelle, jedoch begrenzte ungedämpfte Bewegung des Ventilgliedes und eine hydraulisch gedämpfte und genau kontrollierte öifnungsbewegung desselben. Die Dämpfung durch den Raum 34 und die Anordnung von zwei Federn ermöglicht ein Ablassen von großen Strömungsmengen aus der Niederdruckkammer 11, ohne daß das Ventil instabil arbeitet oder Druckspitzen auftreten mit den bei ungedämpften

Jij Ventilen sonst typischen Nachteilen.

Die Dämpfung ergibt auch eine weichere und ruhigere Funktion des Ventils, vermeidet ein Prellen des Ventils und verringert Vibrationen, wodurch die Arbeitsweise und Lebensdauer des Druckminderventils verbessert werden.

Das schnelle Öffnen des Überdruckventils ist besonders günstig bei plötzlich auftretenden kurzen Druckstößen in der Niederdruckkammer 11. In einem solchen Fall wird die Schraubenfeder 29 leicht gegen

4i) Hen Flansch 32 gedruckt und ermöglicht eine begrenzte Strömung aus der Niederdruckkammer 11, wobei das Ventilglied 23 schnell in die geschlossene Stellung zurückkehrt, sobald der Druck in der Kammer auf den Maximalwert wieder abgesunken iSi. Ein derartiges

•»5 Verhalten ist besonders vorteilhaft im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, bei denen Druckspitzen ein unerwünschtes Betriebsverhalten des Ventils hervorrufen. Würde man bekannte Oberdruckventile mit Dämpfungseigenschaften ausstatten, wie sie bei dem

on beschriebenen Ventil durch die Schraubenfeder 30 in Verbindung mit dem Raum 34 erzielt werden, so wurde das Ventil viel zu langsam auf Druckstöße ansprechen, so daß übermäßig hohe Druckspitzen in der Hydraulikanlage auftreten würden. Die bisher bekannter« Über-

> > druckventil mit schneller Ansprache sind hingegen verhältnismäßig wenig gedämpft und arbeiten daher unstabil. Beim Auftreten normaler Druckkräfte — im Gegensatz zu D-uckstößen — würde das Ventil zu weit geöffnet werden und zu viel Fluid aus der Hochdruck-Mi kammer abfassen, so daß der Druck in dieser zu weit sinkt. Hierdurch wird in manchen Fäücn eine Schwingbewegung des Ventilgliedes hervorgerufen. Das Oberdruckventil nach der Erfindung vereint ein schnelles Ansprechverhalte' gegenüber Druckstößen in der Hydraulikkammer 11 mit einer schwingungs- und prellfreien Arbeitsweise. Das ungedämpfte Federglied spricht dabei auf schnelle Druckänderungen an, während das gedämpfte Federelied zusätzlich bei läneer

dauernden Drücken in Tätigkeit tritt.

Das Überdruckventil nach der Erfindung läßt sich anstelle üblicher Überdruckventile verwenden, da die Länge der Schraubenfedern 29 und 30 zusammen etwa gleich der Länge einer entsprechenden einzigen Feder ist. Dies rührt her von der hintereinanderliegenden Anordnung der Federn 29 und 30. Diese Federn können auch unterschiedlich lang sein, z. B. eine kurze Feder 29 und eine lange Feder 30 umfassen, je nach den gewünschten Eigenschaften des Überdruckventils.

Um die Wirksamkeit des Überdruckventils nach der Erfindung zu zeigen, wurde dieses mit einem üblichen Überdruckventil identischer Konstruktion verglichen, welches eine ei izige Feder als Vorspanneinrichtung enthielt. Das übl ehe Ventil zeigte ein gutes Ansprechverhalten bei Stoßbelastting in Form eines sehr geringen ÜbcrdruckstoBes von Hl atü bei einem Öffnungsdruck des Ventils von 123 atü. Da dieses Ventil wie aiie bekannten schnell ansprechenden Ventile ungedämpft war, neigte es zu Schwingungen, wodurch eine übermäßige Abnutzung und Geräuschentwicklung entstand. Dies führte auch zu einem großen Druckänderungsbereich von etwa 70 atü in der Hochdruckkammer.

Bei dem Ventil nach der Erfindung waren die Schraubenfedern 29 und 30 aus einem Draht mit 2,6 mm

Durchmesser gewickelt. Die Schraubenfeder 30 hatte eine Federkonstante von 137 kg/cm und war 2 cm lang, während die Schraubenfeder 29 eine Federkonstante von 192 kg/cm hatte und 1,6 cm lang war. Die Bohrung 18 hatte eine lichte Weite von 1,32 cm, während der Rand des Flansches 32 einen Durchmesser von 1,30 cm hatte, so daß ein Ringspalt als Drosselöffnung 35 von 0,1 mm Breite blieb. Dieses Ventil wurde auf einen Öffnungsdruck von 123 atü in der Hochdruckkammer 11 eingestellt bei einem Gegendruck von Il atü in der Niederdruckkammer 12, und zwar mittels eines geeigneten Nadelventils. Der Druck in der Hochdruckkammer 11 wurde stoßartig mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 7000 atü/sec erhöht.

Nach dem öffnen des Ventils aufgrund der Stoßlast trat in der Hochdruckkammer 11 lediglich eine Druckänderung von 17 atü bei einem Spitzendruck von 141 atü auf, was einer Verbesserung des Ansprechverhaltens gegenüber einem üblichen Ventil um das Doppelte entspricht. Durch die zusätzlich erreichte bessere Stabilität, die durch die verringerten Druckänderungen in Erscheinung tritt, wurde auch ein Prellen des Ventilgliedes. Schwingungen desselben und eine übermäßige Geräuschentwicklung vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnrnpen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Oberdruckventil mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz an der Einlaßseite aufweist, gegen den ein axial bewegliches Ventilglied mittels einer Federeinrichtung vorgespannt ist, wobei das Ventilglied in der abgehobenen Stellung eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß herstellt, und mit einer mit der Federeinrichtung gekuppelten Dämpfungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung zwei Federglieder (29,30) umfaßt, daß die Dämpfungsvorrichtung lediglich mit einem dieser Federglieder gekuppelt ist, und daß die Federglieder so angeordnet und bemessen sind, daß bei Überschreiten eines bestimmten Druckes zuerst das ungedämpfte Federglied anspricht

2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federglieder Schraubenfeuern (29, 3G) bilden, die in einem zylindrischen Hohlraum (33, 34) des Ventilgehäuses hintereinanderliegend untergebracht und durch eine Trennwand (31,32) voneinander getrennt sind, und daß die Trennwand eine Drosselstelle (35) zwischen den durch die Trennwand gebildeten Kammern des Hohlraumes (33,34) bildet