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"Entlastungsventil'' Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entlastungsventil
für Druckmittel, welches Ventil insbesondere für den Einbau in einen hydraulischen
Arbeitszylinder geeignet ist.
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Bei der Herstellung und beim Gebrauch hydraulischer Vorrichtungen
hat sich herausgestellt, daß die während des Arbeitsvorganges zwischen gegenseitig
beweglichen flüssigkeitsbetätigten Teilen entstehenden Stöße bedeutenden Schaden
verursachen können. Insbesondere sind die in einem hydraulischen Arbeitszylinder
auftretenden Stöße unerwünscht, wenn der Kolben das Ende seines Hubes erreicht.
Derartige Stöße treten in jedem ausfahrbaren Arbeitszylinder auf, wenn ein Kolben
am Boden anschlägt oder die äußere Grenze seines Hubes erreicht. Sie können auch
in einem teleskopartig ausziehbaren Arbeitszylinder auftreten, wenn der erste ausfahrbare
Teil das Ende seines Hubes erreicht und der FlUssigkeitsdruck auf den zweiten ausfahrbaren
Teil übertragen wird. Neben dem von derartigen Stößen verursachten Schaden sind
sie auch unerwünscht, da sie däs gleichmäßige Arbeiten des Arbeitszylinders unterbrechen.
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Dementsprechend wurden Entlastungsventile für Flüssigkeiten in Arbeitszylindern
benutzt, um Prallstöße zu verringern. Weiterhin wurden Entlastungsventile zur Erreichung
eines folgeabhängigem Arbeitsvorganges bei Flüssigkeitsmotoren verwendet, bei denen
die den zweiten Motor betätigende Flüssigkeit durch den ersten Motor geleitet wird.
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Ein bekanntes Entlastungsventil hat ein nachgiebiges Dichtglied, das
in einer inneren Kammer im Kolbenkopf von einem verschiebbaren Schaft getragen ist,
der sich nach beiden Seiten des Kolbenkopfes durch Entlastungskanäle für Druckmittel
erstreckt, die in die innere Kammer führen. Von einer Seite des Kolbenhubs ausgeübter
Flüssigkeitsdruck drückt das Dichtglied in dichtende Verbindung mit dem Ende der
inneren Kammer und schließt den Entlastungskanal. Bevor jedoch der Kolben am Boden
anstößt, berührt das Ende des Schaftes auf der anderen Seite des Kolbens die Abschlußwand
des Zylindermantels. Diese Berührung drückt den Schaft zurück und bewegt das Dichtglied
vom Ende der inneren Kammer weg, wodurch der Entlastungskanal geöffnet wird. Demzufolge
wird der Flüssigkeitsdruck hinter dem Kolben über den Entlastungskanal entlastet
und der Kolbenschlag gegen das Zylinderende wird verringert.
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Obwohl diese Art von Entlastungsventilen während einer kurzen Verwendungszeit
eine zufriedenstellende Wirkung aufweist, bestehen gewisse von der Bauform des Ventils
herrührende Nachteile. Z.B.
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verformen sich die Enden des verschiebbaren Schaftes sehr stark nach
wiederholter Berührung mit der Zylinderabschlußwand-. Weit erhin bewirkt die auf
den Schaft ausgeübte Kraft, wenn dieser gegen die Zylinderabschlußwand stößt, daß
der Schaft aus dem Dichtglied herausgleitet oder sich herausarbeitet. Weiterhin
ist das Entlastungsventil teuer herzustellen, schwierig einzubauen und zu warten,
da das Dichtglied in einer inneren Kammer des Kolbenkopfes untergebracht ist.
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Demzufolge ist ein verbessertes Druckmittelentlastungsventil, das
die Nachteile der üblichen Ventile nicht aufweist, Aufgabe der Erfindung.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Entlastungsventil für Druckmittel z,ur Verminderung von Stössen vorzusehen, die
zwischen gegenseitig bewegbaren druckmittelbetätigten Teilen auftreten.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einem verbesserten Drucknittelentlastungsventil,
das zur Verwendung bei einem hydraulischen Arbeitszylinder zur Verminderung von
Stößen geeignet ist, die beim Aufschlagen des Kolbens am Boden des Zylindermantels
auftreten.
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Weiterhin besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Druckmittelentlastungsventil
vorzusehen, das zur Verwendung bei doppeltwirkenden und mehrfach ausziehbaren Arbeitszylindern
zur Verminderung der dort auftretenden Stöße geeignet ist.
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Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch eine Ventilbauform
gelöst, die einen Entlastungskanal für Druckmittel aufweist, der durch einen der
gegenseitig bewegbaren Teile der Vorrichtung führt. Der Entlastungskanal hat einen
zylindrischen mittleren Teil und vergrößerte Endteile mit einem Paar Ventilsitze
am Umfang des Kanals, wo die Endteile mit dem mittleren Teil zusammentreffen. Der
längliche Schaft erstreckt sich durch den Entlastungskanal und kann darin gleiten.
An beiden Enden des Schaftes ist ein elastisches Glied-befestigt, das in einen entsprechenden
erweiterten Teil des Entlastungskanals gleitbar passt und dichtend an dem entsprechenden
Ventilsitz anliegt, wenn es unter einem positiven Flüssigkeitsdruek steht.
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Die elastischen Dichtglieder sind mit Nuten in den Seitenflächen versehen,
um bei geöffnetem Entlastungskanal einen ausreichenden Druckmittelstrom durchzulassen.
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Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die folgende
genaue Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung deutlicher,
worin zeigen Fig. 1 einen Teilschnitt eines einfach wirkenden Arbeitszylinders mit
einem Entlastungsventil für Druckmittel entsprechend der Erfindung, Fig. 2 einen
vergrößerten Teilschnitt des Arbeitszylinders mit dem Entlastungsventil in anderer
Lage, Fig. 3 einen anderen vergrößerten Teilschnitt des Arbeitszylinders mit wieder
einer anderen Lage des Entlastungsventils und Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt
durch das Ventil nach Linie 4-4 in Fig. 1.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand eines doppeltwirkenden, einfach
ausziehbaren Arbeitszylinders beschrieben und dargestellt. Zu bemerken ist jedoch,
daß das hier beschriebene Entlastungsventil für Druckmittel, insbesondere Flüssigkeit,
auch in Verbindung mit einfach wirkenden oder Teleskop-Arbeitszylindern sowie mit
anderen ein Entlastungsventil brauchenden hydraulischen Vorrichtungen verwendet
werden kann.
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In Fig. 1 ist ein Teil eines im allgemeinen mit 10 bezeichneten Arbeitszylinders
dargestellt, der einen Zylindermantel 11 mit einer Endwand 12 und einen Kolben 13
aufweist, der entsprechend dem in einer der beiden Richtungen ausgeübten Druckmitteldruck
im Zylindermantel hin- und her bewegbar ist. Bei einem Vorwärtshub wirkt der Druckmitteldruck
auf den hinteren Teil des Kolbenkopfes über einen nicht dargestellten Anschluß und
Druckmittel wird von der anderen Seite des Kolbenkopfes über einen Anschluß 15 frei
ausgeschoben, der sich in der Zylinderwand befindet.
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Üblicherweise wird der Kolben zurückgeschoben, indem ein positiver
Druckmitteldruck über den Anschluß 15 wirkt und ausgeschobenes Druckmittel von der
rückwärtigen Seite des Kolbens durch den nicht dargestellten Anschluß entweicht.
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Der Kolben hat eine Kolbenstange 18 und einen Kopf 19 der im Zylindermantel
11 hin- und her bewegbar ist. Der Kolbenkopf 19 weist Nuten 21, 22 auf, die um seinen
äußeren Umfang verlaufen und übliche Dichtringe 24, 25 aufnehmen, welche eine bewegliche
Druckdichtung zwischen Kolbenkopf und Zylinder bilden.
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Entsprechend der Zeichnung hat der Kolbenkopf einen um den Umfang
verlaufenden abgesetzten Teil 26, damit ein durch den Anschluß 15 wirkender Druckmitteldruck
den Kolben aus einer Endlage bewegen kann, bei welcher der Kolbenkopf die Endwand
12 des Zylindermantels berührt. Diese Endwand hat einen ebenen Teil 29 und einen
ausgesparten Teil 30 in ihrer Mitte, um einen Spielraum für das Ende der Kolbenstange
18 vorzusehen, die sich durch den Kolbenkopf 19 erstreckt, Die Vorderseite 32 des
Kolbenkopfes schließt mit dem Teil 29 der Zylinderendwand ab, wenn der Kolben am
Ende des Hubes ganz eingefahren ist. Demzufolge kann der Kolbenkopf mit beträchtlicher
Kraft gegen die Endwand des Zylinders schlagen.
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Um einen derartigen Schlag zu vermeiden, werden Druckmittelen Entlastungsvorrichtunglvorgesehen,
die im allgemeinen mit 35 bezeichnet sind. Die Druckmittelentlastungsvorrichtung
hat einen Entlastungskanal oder Durchgang 36, der durch den Kolbenkopf 19 führt.
Der Entlastungskanal weist einen inneren engen,im-wesentlichen zylindrischen Teil
37 und erweiterte, im wesentlichen zylindrische Endteile 38, 39 auf. Ein Ventilsitz
40 befindet sich am inneren Umfang des erweiterten Teils 38, wo dieser auf den engen
Teil 37 trifft und ein gleicher Ventilsitz 42 befindet sich am inneren Umfang des
Teils 39, wo dieser auf den Teil 37 des Kanals trifft.
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Ein Schaft 46 ist innerhalb des Flüssigkeitskanals vorgesehen und
kann darin gleiten. Ein ausreichendes Spiel ist zwischen dem Schaft und der Wand
des inneren Teils des Flüssigkeitskanals vorhanden, um dazwischen einen ausreichenden
Flüssigkeitsstrom zu ermöglichen.
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Je ein gummiartiges Dichtglied 48, 49 ist wie dargestellt an den Enden
des Schaftes 46 befestigt. Das Dichtglied 48 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet
und weist eine Bohrung 50 an seinem inneren Ende auf, sa daß es über den Schaft
46 gestülpt werden kann. Wegen der Nachgiebigkeit des Dichtgliedes kann die Wand
der Bohrung 50 genügend ausgeweitet werden, damit sie über einen verbreiterten Kopfteil
am Schaftende geschoben werden kann. Danach greift eine Schulter des Kopfteils 51
des Schaftes in die innere Wand der Bohrung 50 und hält das Glied 48 mit dem Schaft
fest verbunden. Das innere Ende des Gliedes 48 hat eine um den Umfang verlaufende
abgeschrägte Schulter 53, die mit dem Ventilsitz dichtend zusammenwirkt, wenn das
Glied 48 in eine Lage am Boden des erweiterten Kanalteils bewegt wird.
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Das äußere Ende des Gliedes 48 ist eben und die Seitenwände dieses
Gliedes weisen Längsnuten 54 auf, wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht. Die Längsnuten
stellen Flüssigkeitskanäle entlang der Seitenwände des Gliedes 48 dar, und ermöglichen
einen ausreichenden Flüssigkeitsstrom, wenn der Entlastungskanal sonst offen ist.
Die Länge des Dichtgliedes 48 ist etwas kleiner als die Länge des entsprechenden
erweiterten Teils des Kanals im Kolbenkopf. Dies ermöglicht dem Dichtglied eine
Ruhestellung innerhalb des erweiterten Teiles, ohne daß die Schulter 53 auf dem
Ventilsitz 40 dicht aufsitzt.
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Das Dichtglied 49 hat eine dem Glied 48 identische Bauform und ist
am anderen Ende des Schaftes 46 entgegengesetzt symmetrisch zum Abdichten mit dem
Ventilsitz 42 befestigt, wenn ein positiver Druck auf das äußere Ende des Gliedes
49 wirkt.
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In der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet sich das Ventil in
einer Zwischen- oder offenen Stellung, wobei die dichtende Fläche des Glieds 48
den Ventilsitz 40 und die dichtende Fläc des Glieds 49 den Ventilsitz 42 nicht berührt.
In Fig. 2 dagegen ist das Ventil in einer geschlossenen Stellung dargestellt, wobei
ein positiver Flüssigkeitsdruck von rechts ausgeübt wird und das Glied 49 in dichtender
Anlage am Ventilsitz zu
halten sucht. In Fig. 3 ist das Ventil in
einer anderen geschlossenen Stellung dargestellt,-wobei ein positiver FlUssigkeitsdruck
von links wirkt und das Glied 48 auf dem Ventilsitz 40 zu halten sucht.
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Bei einer gewöhnlichen Arbeitsfolge, wobei sich der Kolben unter positivem
Flüssigkeitsdruck von rechts nach links bewegt, ist das Entiastungsventil geschlossen,
indem das Dichtglied 49 auf dem Ventilsit-z 42 aufsitzt. In dieser Stellung ragt
das Ende des Glieds 48, das nun als elastischer Anschlag wirkt, über die Vorderseite
32 des Kolbenkopfes vor, wodurch es das Ende des Zylindermantels vor dem Kolbenkopf
berührt. Bei einer anfänglichen Berührung zwischen dem Glied 48 und dem Teil 29
der Endwand 12 des Zylinders wird der Schaft 46 nach rechts ßedrUckt, wie aus Fig'.
2 hervorgeht,und das Glied 49 wird vom Ventilsitz 42 abgehoben. Da das Glied 48
so kurz ist, daß es vollständig in den erweiterten Endteil 38 des Entlastungskanals
36 passt, wenn die äußere Seite mit der Kolbenfläche fluchtet, ohne-daß es an diesem
Ventilende abdichtet, ist der Entlastungskanal offen und Drucknittel, insbesondere
Flüssigkeit, von hinter dem Kolben kann durch den Entlastungskanal und durch den
Anschluß 15 fließen. Dadurch wird der Druckmitteldruck hinter dem Kolben verringert
und der Stoß zwischen dem Kolbenkopf und der Abschlußwand des Zylinders herabgemindert.
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Bei einer Bewegung des Kolbens in die andere Richtung, wenn ein positiver
Druckmitteldruck durch den Anschluß 15 ausgeübt wird, wirkt das Druckmittel auf
das äußere Ende des Gliedes 48. Dieser Druck sucht das Glied 48 ins Innere des erweiterten
Endteiles 38 zu bewegen und in dichtende Anlage an dem Ventilsitz 40 zu bringen.
Dadurch wird das Ventil geschlossen. Wenn das Ventil geschlossen ist, ragt das Glied
49 über die hintere Fläche des Kolbenkopfes hinaus und berührt so zuerst die andere
Endwand des
Zylinders, wodurch das Entlastungsventil wiederum geöffnet
und der Aufschlag Zwischen dem Kolbenkopf und dem anderen Ende des Zylinders herabgemindert
wird.
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Obwohl ein Entlastungsventil für Druckittel mit symmetrischen Elementen
vorstehend beschrieben und dargestellt wurde, muß bemerkt werden, daß die Erfindung
nicht auf eine derartige Bauform beschränkt ist. Z.B. braucht bei einem einfach
wirkenden Arbeitszylinder das Entlastungsventil keine Ventilsitze an beiden Enden
des Entlastungskanals aufzuweisen. Weiterhin muß bei einem einfach wirkenden Arbeitszylinder
nur ein Ende des Schaftes über den Kolbenkopf hinausragen.
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Weiterhin ist zu bemerken, daß das vorstehend beschriebene Entlastungsventil
mit dem selben Nutzen eingebaut werden kann, um einen Entlastungskanal zwischen
anderen gegenseitig bewegbaren druckmittelbetätigten Teilen herzustellen. Insbesondere
kann das Ventil in einen Teleskop-Arbeitszylinder eingebaut werden, um die Ubertragung
des Druckmitteldrucks vom Innern des ersten ausziehbaren Teils zum zweiten ausziehbaren
Teil zu steuern, wenn der erste Teil das Ende seines Hubes erreicht.