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Hydraulisches Umschalt-Sitzventil bzw. gesteuertes Rückschlagventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Umschalt-Sitzventil bzw. ein gesteuertes
Rückschlagventil mit einem Doppelumsteuerkolben, mittels welchem ein Hochdruck-und
Niederdruckhydraulikkreis wechselweise geöffnet bzw. geschlossen werden.
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Die Verwendung eines gesteuerten Rückschlagventils, d.h. eines Ventils
der eingangs genannten Art, als Drei-Zwei-Wegeventil bzw. als Hauptventil zur Umsteuerung
von Antriebszylindern ermöglicht einen sehr einfachen, auf nur wenige Teile beschränkten
Aufwand an hydraulischen Steuerelementen für einen Druckölantrieb. Der über elektro-hydraulische
Steuerventile gegebene Ein- oder Aus-Schaltbefehl-Impuls beaufschlagt oder entlastet
den gegen eine Rückstellfeder abgestützten Steuerkolben des Umschalt-Sitzventils
mit Drucköl, wodurch dieses in die Ein- oder Aus-Schaltstellung bewegt wird. Solche
Steuerventile werden zur Antriebs steuerung eines Differentialkolbenantriebes zum
Antrieb von elektrischen Leistungsschaltern verwendet. Dabei ist das Steuerventil
auf der Kolben-Unterseite des Differentialkolben-Antriebs angeordnet. In Schaltstellung
"Ein'9 verbindet es diese mit dem Hochdruckteil des Hydrauliksystems und bewirkt
die Einschaltbewegung des Antriebskolbens. In Stellung Aus verbindet das Ventil
den Niederdruckteil des Hydrauliksystems mit dem Ölvolumen unter dem Antriebskolben.
Dadurch wird der über dem Kolben anstehende Systemdruck wirksam und bewegt den Antriebskolben
wieder zurück.
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Diese bereits bekannte relativ einfache Ventilanordnung hat
jedoch
den Nachteil, daß bei abfallendem Druck des Hydrauliksystems (z.B. durch längeren
Ausfall der Spannung am Pumpenmotor und innere Leckagen) in Einschaltstellung des
gesteuerten Rückschlagventils dessen Rückstellfeder wirksam werden kann, wodurch
das Ventil in die Ausschaltstellung bewegt wird. Sich wieder aufbauender Druck kann
nun über das umgeschaltete Ventil eine langsame, unbeabsichtigte Ausschaltung des
Antriebskolbens bewirken. Dieses ist besonders bei Antrieben von Hochspannungsschaltern
kritisch, weil damit ein ungewolltes langsames Ausschalten des Leistungsschalters
zustande kommen kann, was zur Zerstörung der Schaltereinheit führen kann.
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;Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei dem der Nachteil des bekannten Umschalt-ISitzventils vermieden
wird. Insbesondere soll ein unbeabsichtigtes langsames Ausschalten des Antrinbckolbens
vermieden werden.
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Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Umschalt-Sitzventil
eine auf Druiabsenkung in den Hochdruckhydrau rkkreis ansprecherde Qpsrreinrichtung
vorgesehen ist, die bei Druckabfall der Steuerkolben in der Stellung, bei der der
Hochdruckhydraulikkreis geöffnet ist, festhält.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Sperreinrichtung besteht darin, daß
die Sperreinrichtung eine senkrecht zur Achse des Steuerkolbens angeordnete Kolbenzylinderanordnung
aufweist, wobei auf der dem Steuerkolben benachbarten Kolbenseite ein in den Steuerkolbenzylinderraum
reichender Sperrstößel befestigt ist und sich zusammen mit dem Sperrkolben bewegt,
wobei auf den Raum oberhalb des Sperrkolbens der Niederdruckhydraulikkreis und auf
den Raum unterhalb des Sperrkolbens der Hochdruckhydraulikkreis geschaltet ist,
wobei eine die Oberseite des Sperrkolbens belastenDe Feder vorgesehen ist, deren
Federkraft derart bemessen ist daß sie bei Druckabsenkung im Hochdruckkreis den
Sperrkolben mit Sperr öEjel in richtung zum Speristör daß der Sperstößel den Steuerkolben
festhält, bevor die bei weiter absin1.enden Druck wirksam werdende Rückstellfeder
die
Ventilkolben umsteuern kann.
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Dabei ist vorteilhaft das dem Steuerkolben benachbarte Ende des Sperrstößels
und das Ende des Steuerkolbens kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei Mantellinien
der Kegelstumpfflächen an ihrer Berührungsstelle parallel sind.
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Der Öffnungswinkel des Kegelstumpfes am Steuerkolben ist vorteilhaft
ein stumpfer Winkel. Dies dient dazu, Toleranzen bei der Fertigung des Ventils auszugleichen,
um immer einen dichten Ventilsitz zu gewährleisten. Durch Ausbildung, als Kegelstumpf
wir: t eine Kraftkomponente der Kraft des Sperrstößels auf den Steuerkolben in Richtung
der Ventilkolbenachse, durch den stumpfen Winkel überwiegt die Kraft in Richtung
der Ventilkolbenachse der Reibungskraft und der Kraft der Rückstellfeder.
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In einer weiteren Ausbildung ist an dem dem Sperrstößel benachbarten
Ende des Ventilkolbens eine zum Toleranzausgleich dienende, unter Federdruck stehende
Klinkenhebelanordnung vorgesehen, welche mit dem Sperrstößel beim Sperren in Eingriff
kommt.
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In Ein-Schaltstellung des Umschalt-Sitzventils wird bei Druckabsenkung,
noch oberhalb des Umschaltdruckes der Rückstellfeder, eine Sperreinrichtung wirksam.
Diese weist einen Sperrstößel auf, der sich vor den Ventilkolben setzt und damit
dessen Rückwärtsbewegung verhindert. Der Sperrstößel ist mit einem, ebenfalls vom
Systemdruck beaufschlagten Steuerkolben verbunden, der sich gegen eine Feder abstützt.
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Sperrkolben und Feder sind so ausgelegt, daß sie bei Druckabsenkung
sicher wirksam werden, bevor der Umschaltdruck des Ventils erreicht ist. Der Sperrstößel
drückt durch Federkraft den Ventilkolben auf seinen Sitz.
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Durch kegelig ausgebildete Partien am Sperrstößel und am Ventilkolben
wird ein vollkommen spielfreier, von Toleranzen unabhängiger Eingriff erreicht,
der auch für den folgenden Druckaufbau
einen dicht schließenden
Sitz des Ventilskolbens gewährleistet. Wieder aufbauender Systemdruck entriegelt
den Ventilkolben, indem er durch Beaufschlagen des Sperrkolbens entgegen der Sperrfederkraft
den Sperrstößel in der Ausgangslage zurückbewegt. Damit ist die Umschaltfähigkeit
des Hauptventils nur in Abhängigkeit vom Steuerdruck wieder gegeben.
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In Aus-Schaltstellung des Ventils (d.h. die Rückstellfeder hat den
Ventilkolben umgeschaltet) und bei Absenkung des Systemdruckes setzt sich der Sperrstößel
seitlich auf den Ventilkolben ohne diesen weiter zu beeinflussen.
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Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
erläutert werden.
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Eine Schaltanlage weist einen ölarmen Leistungsschalter 1 auf, der
durch einen Differentialkolbenantrieb 2 angetrieben wird.
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Der Differentialkolbenantrieb 2 ist auf seiner Kolbenstange-Seite
ständig über eine Leitung 3 mit dem Systemdruck und auf der Steuerseite über eine
Leitung 4 mit einem Umsteuer-Sitzventij 5 verbunden, das wiederum eine Öffnung R
zur Druckölverbindung mit einem Niederdruckgefäß 6 und elektromagnetischen Steuerventilen
7 und 8 hat. Der Systemdruck wird über eine motorangetriebene Pumpe 9 in einen Hochdruck-Hydraulik-Speicher
io gespeist und aufrechterhalten.
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Das Steuerventil 5 weist neben seiner Öffnung R eine solche Öffnung
P auf, die mit der Hochdruckleitung 3 verbunden ist.
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Außerdem hat das Steuerventil 5 eine Öffnung Sitz welcher eine Leitung
12 angeschlossen ist, welche über das Steuerventil 8 mit der Hochdruckleitung 3
und über das Steuerventil 7 mit dem Niederdruckgefäß verbunden ist.
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Innerhalb des Umsteuer-Sitzventils 3 befindet sich innerhalb einer
doppelt abgesetzten Bohrung 15 ein in seiner Mitte geteilter Doppelventilkolben
13, der aus den Kolbenhälften 13a und 13b besteht. Die Bohrung besitzt rechts und
links (auf der Zeichnung) einen gleichen großen Durchmesser, red sie in
der
Mitte einen kleineren Durchmesser aufweist. Auf die Ventilkolbenhälfte 13a wirkt
auf ihrer (auf der Zeichnung) rechten Seite des Kolbens eine Feder 14, die sich
in dem von der Wand der Bohrung 15 und der Außenfläche des Kolbenabsatzes 16, von
der Kolbenoberseite und einem Abschlußdeckel 17 gebildeten Ringraum 18 befindet.
Die Feder 14 ist als Druckfeder ausgebildet. Mit der Öffnung P ist der Ringraum
18 durch eine Entlastungbohrung 19 verbunden. Zur Abdichtung und zur Schließung
weist der Ventilkolben 13b auf seiner linken Seite ein kegelstumpfförmig abgeschrägtes
Ende 19 auf, welches gegen die Kante 15a bei Schaltung zum Anliegen kommt.
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Der linke Ventilkolben 13b besitzt eine Dichtungsnut 131b, in der
sich eine Dichtungsschnur 132b befindet. Das linke Ende des Ventilkolbens 13b ragt
in den Steuerraum 20 hinein. Dabei ist das Ende des Ventilkolbens kegelstumpfförmig
mit einem stumpfen Öffnungswinkel ausgebildet. In den Steuerraum ragt senkrecht
zu der Steuerkolbenachse ein durch zwei Dichtungen geführter Sperrstift hinein,
welcher den Boden 23 eines Zylinderraumes 24 durchdringt. Innerhalb des Zylinderraumes
24 bewegt sich, mit dem Sperrstift 22 auf seiner Unterseite verbunden, ein Kolben
25. Der Zylinderraum 24 ist nach oben mit einem Deckel 26 abgeschlossen.
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Das in den Raum 20 hineinragende Ende des Sperrstiftes 22 ist ebenfalls
kegelstumpfförmig abgeschrägt, wobei die Mantellinie des Kegelstumpfes parallel
ist der des Kegelstumpfes des Ventilkolbens 13b.
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Der Raum unterhalb des Kolbens 5 ist über eine Leitung 27 mit dem
Hochdrucksystem verbunden, während der Raum oberhalb des Kolbens 25 und der Raum
zwischen den Dichtungen des Sperrstößels ueber eine Öffnung R mit dem Niederdruckbehälter
6 verbunden ist.
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Zusätzlich befindet sich auf der Oberseite des Kolbens 25 eine Druckfeder
28, die so ausgelegt ist, daß sie bei einer Druckabsenkung im Hochdruckteil den
Kolben 25 mit dem Sperrstift 22
in Bewegung nach unten setzt.
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Im folgenden soll die Wirkungsweise der Sperreinrichtung näher erläutert
werden.
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Im Fall einer Druckabsenkung im Hochdrucksystem 2,3,4,10,11 und 12
infolge Leckage oder infolge fehlender Spannung am Motor 9 würde die Feder 14 die
Oberhand gegen den Druck gewinnen und den Kolben 13a und 13b nach rechts drücken.
Dadurch würde die Öffnung Z - R freigegeben, so daß nach behobener Leckage, bzw.
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bei Wiederkommen der Motorspannung das Öl unter ansteigendem Druck
aus dem Differentialkolben 2 über die Leitung 4, die Bohrung Z, die Mittelbohrung
des Ventils 5 und die Bohrung R zum Niederdruckbehälter strömen wurde und damit
eine ungewollte Ausschaltbewegung des Antriebszylinders bewirken würde. Bei vorhandener
Sperreinrichtung senkt sich auch der Druck im Raum unter dem Kolben 25 ab, so daß
hier die Feder 28 die Oberhand gewinnt und den Stößel gegen die Kegelstumpffläche
des Ventilkolbens 13b drückt. Dadurch Wird verhindert, daß der Ventilkolben 13b
öffnet. Die Kegelsbumpfflache ist so ausgebildet, daß die Kraft in Kolbenachsrichtung
überwiegt und den Ventilkolben nach rechts drückt.
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Sofern eine Aus-Schaltung des Schalter 1 durchgeführt werden soll,
wird durch Impulsbetätigung des Steuerventiles 7 der Steuerraum 20 des Umschalt-Sitzventiles
mit dem Niederdruckbehälter 6 verbunden. Dadurch wird der Steuerraum 20 drucklos
und die Rückstellfeder 14 bewegt den Ventilkolben 13a und 13b in die Ausschaltstellung.
Sinkt der Systemdruck bei Ausschaltstellung des Ventils, gelangt der Sperrstift
nur auf die obere Mantelfläche des Kolbenschiebers 13b, ohne zu sperren.
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Im Falle einer Einschaltung wird in dem Raum 2c Drucköl über das Ventil
8 zugeführt; der Kolben 13b wandert nach rechts und schließt den Durchgang Z - R
in Ventil 5.
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Der Vorteil der Sperreinrichtung besteht in der Hauptsache
darin,
daß keine Umsteuerung des Ventiles durch Druckabsenkung im Hauptdrucksystem und
damit bei wieder ansteigendem Systemdruc keine unkontrollierte, ungewollte Ausschaltbewegung
des Antriebes erfolgen kann.