DE2231782A1

DE2231782A1 - Hydraulisches sicherheitsventil

Info

Publication number: DE2231782A1
Application number: DE2231782A
Authority: DE
Inventors: Harry Yale Jackson
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1971-07-29
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1973-02-08
Also published as: GB1397466A; JPS56134467U; US3741241A

Description

PotentanwSlte Dipl.-lng. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. ROger

73 Esslingen (Nacjcar), Fabrikstraße 9, Postfach 348

27. Juni I972 T«ltlon

Stuttgart (0711) 35ί53?

PA 4l rüse ' ³⁵M"

Telegramme Patentschutz Essllngennecfcar

Eaton Corporation, IQO Erieview Plaza, Cleveland, Ohio 44-114, USA Hydraulisches Sicherheitsventil

,Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Sicherheitsventil zur Verhütung oder Drosselung einer übermässigen Mediumsströmung in einer Leitung, mit einem federbelasteten, in einem Gehäuse beweglichen Kolbenelement, das unter der Wirkung einer von einer übermässigen Strömung herrührenden Druckdifferenz in eine Schließstellung überführbar ist.

Ventile und Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise in den US-Patentschriften 2 821 209, 2 926 690, 3 060 959 und 3 476 l4l beschrieben. Diese bekannten hydraulischen Strömungsregelungseinrichtungen dienen dazu, die Mediumsdurchströmung einer Leitung beim Auftreten einer übermässig grossen Strömung zu drosseln oder zu verhüten. Hierbei arbeiten die in den US-Patentschriften"2 821 209, 2 926 690 und. 3 476 l4l beschriebenen Einrichtungen im Wesentlichen in der gleichen Weise.

Ein bewegliches Kolbenelement ist normalerweise auf e'ine von einem Ventilsitz axial entfernte Stellung zu vorgespannt. Das Kolbenelement weist eine strömungsaufwärts frei liegende Fläche auf, wobei die auf das Kolbenelement wirkende Federkraft so gross ist, dass das Kolbenelement unter normalen Strömungsbedingungen von dem Ventilsitz entfernt gehalten wird.

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Beim Auftreten einer übe massigen Durchs t'römung des Gerätes, welche einen übermässig grossen Druckabfall über das Gerät anzeigt, wird das Kolbenelement unter der Wirkung der auf die strömungsaufwärts weisende Fläche des Kolbenelementes lastenden Druckkraft gegen die elastische Vorspannungskraft bewegt, bis es axial auf dem Ventilsitz zur Auflage kommt.

Das Ventil nach der US-Patentschrift 3 OiO 959 wirkt im Wesentlichen in einer ähnlichen Weise mit der Ausnahme, dass die das KoAbene lerne nt auf die normalerweise offene Stellung zu vorspannenden elastischen Mittel durch Differenzialflächen an dem Kolbenelement ersetzt sind und der Druck strömungsaufwärts in einer Ringkammer l4 in Pig. I gespeichert wird, um das Kolbenelement 9 beim Auftreten eines übermässigen Druckabfalles über das Ventil gegen einen axialen Ventilsitz 21 vorzubewegen.

In allen den erwähnten Patentschriften ist jeweils ein bewegliches Kolbenelement mit verhältnismässig grosser Masse beschrieben, wobei die Absperrung durch Vorbewegung dieses Kolbenelementes gegen einen im Wesentlichen axial ausgerichteten Ventilsitz geschieht. Mit Ausnahme der Vorrichtung nach der US-Patentschrift 2 926 690 erfordern die erwähnten bekannten Geräte verhältnismässig komplizierte Bearbeitungsvorgänge entweder an dem beweglichen Kolbenelement oder dem Ventilsitz oder an beiden, um eine ordnungsgemässe Funktion zu gewährleisten.

Ziel der Erfindung ist es ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch" einen einfacheren Aufbau und eine wirkungsvollere Strömungsregelung auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das hydraulische Sicherheitsventil gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in eine zylindrische Durchgangsbohrung des Gehäuses ein zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verschiebliches röhrenförmig ausgebildetes Kolbenelement zumindest

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teilweise eingesetzt ist, das einseitig verschlossen ist und im Bereiche einer Radialfläche zumindest eine öffnung aufweist, durch welche bei in der ersten Stellung stehendem Kolbenelement ein Mediumströmungsweg durch das Gehäuse besteht und dass bei Bewegung des auf die erste Stellung zu vorgespannten Kolbenelementes auf die zweite Stellung zu der Mediumströmungsweg durch Zusammenwirken der öffnung mit der Bohrung absperrbar ist.

Bei dem neuen Sicherheitsventil weist das zylindrische hohle Kolbenelement' einen geschlossenen strömungsaufwärts liegenden Endteil auf; ausserdem verfügt dä's Kolbenelement über eine Anzahl radialer öffnungen in seiner Seitenwandungi die quer zur Bewegungsachse des Kolbenelementes verlaufen. Das Kolbenelement ist normalerweise elastisch auf eine den vollen Strömungsdurchtritt gestatttende Stellung vorgespannt, in der die Mediumsströmung durch die Queröffnungen und das Kolbenelement selbst durch die Wandungen der zylindrischen Bohrung nicht beeinträchtigt ist. Beim Auftreten einer übermässigen Mediumsströmung entsteht ein solcher Druckabfall über das Ventil, dass die auf die Fläche des verschlossenen Endteiles des röhrenförmigen Kolbenelementes wirkende Druckkraft das Kolbenelement gegen die Vorspannungskraft verschiebt, womit die Queröffnungen des Kolbenelementes teil-· weise verschlossen werden. Bei der Vorbewegung des röhrenförmigen Kolbenelementes gegen die elastische Vorspannkraft verschliessen die Wandungen der zylindrischen Bohrung und das Ventilgehäuse teilweise die Queröffnungen des zylindrischen Kolbenelementes. Durch diesen Verschluss werden ein weiterer Druckabfall und eine Fortsetzung der Bewegung des Kolben-•elementes erzeugt, bis die Queröffnungen vollständig abgesperrt und ein Mediumsdurchtritt unmöglich gemacht sind.

In dem verschlossenen Endteil des Kolbenelementes kann ein

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kalibrierter Strömungskanal ausgebildet sein, der den Durchtritt einer einregulierten Mediumsmenge gestattet, auch wenn die Queröffnungen vollständig abgesperrt sind. Dieses Merkmal ist dann von Bedeutung, wenn die Art des jeweiligen hydraulischen Systems, in dem das Sicherheitsventil eingesetzt ist, eine Leckströmung durch das Ventil auch beim Auftreten eines Fehlers in dem hydraulischen System erforderlich macht. Ein Beispiel eines solchen Systems im Bereiche der hydraulischen Lasthubsysteme zu finden, bei denen eine Leckage deshalb erwünscht ist, um eine Last langsam wieder auf den Fußboden absinken und sie nicht angehoben stehen zu lassen, während eine Reparatur vorgenommen wird.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt ein hydraulisches Ventil gemäss der Erfindung im axialen Längsschnitt in einer Seitenansicht.

Das in der Figur dargestellte hydraulische Ventil IO kann an eine Hydraulikleitung angeschlossen werden, deren normale Mediumsströmungsrichtung in der Zeichnung von links nach rechts verläuft und durch Pfeile angedeutet ist. Das Hydraulikventil 10 weist ein Gehäuse mit einer ersten Ein» laßbohrung 14 auf. Anschliessend an die Einlaßbohrung l4 ist eine Strömungsregelungsbohrung l6 von etwas verringertem Durchmesser vorgesehen. Auf das auslaßseitige Ende des Gehäuses 12 zu ist eine dritte zylindrische Bohrung l8 ausgebildet, deren Durchmesser grosser als jener der Strömungsregelungsbohrung l6 ist. Die Bohrungen l4, l6, l8 bilden einen Mediumsströmungsweg durch das Gehäuse 12. In dem Gehäuse 12 ist ausserdem ein Kolbenelement 20 angeordnet, welches einen dünnwandigen zylindrischen röhrenförmigen Teil 22 mit einer Anzahl von Queröffnungen 24 aufweist. Die gesamte wirksame Durchtrittsfläche der öffnungen 24 ist näherungsweise so gross wie die Durchtrittsfläche · der Bohrung des röhrenförmigen Teiles 22. Der zylindrische röhrenförmige Teil 22 ist an einem Ende 26 bis auf einen kalibrierten Mediumsdurchgangskanal 28 verschlossen; sein Durchmesser ist derart gewählt, dass er in der Strömungsregelungsbohrung l6 im Schiebesitz sitzt.

An einem anderen Teil des dünnwandigen röhrenförmigen Teiles 22 ist ein radial vorstehender Flansch 30 ausgebildet, der in der Bohrung l8 des Gehäuses 12 liegt und normalerweise durch eine Schraubenfeder 33 an einer in dem Gehäuse zwischen den Bohrungen l6, l8 ausgebildeten Schulter 34 in Anlage gehalten ist. Die Schulter 34 begrenzt die

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bezogen auf die Figur nach links gerichtete Bewegung des Kolbenelementes 20. Die Feder 32 stützt sich auf einen ringförmigen Federteller 36 ab, der in der Bohrung l8 des Gehäuses 12 liegt. Der Federteller 36 wird seinerseits in der Bohrung 18 des Gehäuses 12 durch einen Sprengring 38 gehalten, welcher in eine Rille 40 des Gehäuses 12 eingreift. Die Feder 32 ist mit einer vorbestimmten Vorspannung eingebaut, sodass das Kolbenelement 20 normalerweise gegen die Schulter 3^ des Gehäuses 12 vorgespannt ist und eine vorbestimmte Mediumsströmung bezogen auf die Zeichnung von links nach rechts durch das Ventil unbehindert durchtreten kann. Bei normaler Durchströmung des Ventiles tritt somit praktisch kein Druckabfall über das Ventil auf.

Falls jedoch der Mediumsdurchsatz durch das Ventil übermässig gross werden will, beispielsweise wenn strömungsabwärts von dem Ventil eine Hydraulikleitung trifft, tritt strömungsabwärts von den Queröffnungen 24 ein Druckabfall solcher Grosse auf, dass die Druckdifferenz zwischen dem Druck strömungsaufwärts der Öffnungen 24 und strömungsabwärts der Öffnungen 24, multipliziert mit den Differentialflächen des geschlossenen Endes 26 des Kolbenelementes 20 ausreicht, das Kolbenelement 20 bezogen auf die Zeichnung gegen die von der Feder 32 ausgeübte Kraft nach rechts zu bewegen. Bei der nach rechts gerichteten Bewegung des Kolbenelementes beginnt die zylindrische Stromungsregelungsbohrung 16 des Ventilkörpers 12 einen Teil der Queröffnungen 24 abzudecken, wodurch der Druckabfall in dem Ventil zwischen dem Medium, strömungsaufwärts und dem Medium strömungsabwärts des Ventiles noch vergrössert wird, sodass das Bestreben des Kolbenelementes 20 sich nach rechts zu bewegen und den Mediumsdurchsatz zu drosseln, noch verstärkt wird. Das Kolbenelement 20 bewegt sich so lange unter der Einwirkung der übermässigen Strömung, bis die Queröffnungen

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vollständig innerhalb der Regelbohrung l6 des Ventilkörpers 12 liegen und damit der Mediumsdurchsatz abgesperrt ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der geschlossene Endteil 26 mit einem Drossel oder Sekundärst römungskanal 25 ausgebildet. Dieser Kanal gestattet den Durchtritt einer vorbestimmten Mediumsmenge durch das Ventil, auch wenn die Queröffnungen 24 vollständig durch die Regel- ' bohrung l6 des Ventilgehäuses 12 abgedeckt sind. Sowie die übermässige Strömung nachlässt, sinkt . die auf den verschlossenen Endteil 26 des Kolbenelementes 20 wirkende Druckkraft unter die Rückstellkraft der Feder 52 ab, womit das Kolbenelement 20 wieder in die voll geöffnete Stellung überführt wird.

Das dünnwandige röhrenförmige Kolbenelement 20 und die darin ausgebildeten radial verlaufenden Strömungsregelöffnungen bedingen eine wesentliche Vereinfachung des Ventilaufbaus, wie er zur Regelung der Durchströmung des Ventiles erforderlich ist. So ist in der Tat kein Ventilsitz notwendig. Die Strömungsregelung geschieh't auf eine .sehr einfache und direkte Weise unter Verwendung der innen liegenden Regelbohrung l6 des Gehäuses 12 zur Regelung des Mediumsdurchtrittes durch die öffnungen 24 des Kolbenelementes 20, wenn dieses sich in Abhängigkeit vom Auftreten einer übermässigen Mediumsströmung nach rechts bewegt. Darüberhinaus gestattet die Verwendung eines röhrenförmigen Kolbenelementes eine exakte Berücksichtigung der trägen Masse des Kolbens, sodass eine schnelle und genaue Steuerung des Mediumsdurchsatzes durch Verwendung eines Kolbenelementes von verhältnismässig geringer Masse möglich ist.

Die Verwendung eines röhrenförmigen Kolbenelementes mit radialen öffnungen ergibt darüberhinaus eine wesentlich

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vereinfachte Strömungsregelung wie sie bei einem hydraulischen Sicherheitsventil erforderlich ist, weil die in Abhängigkeit vom Auftreten einer übermässigen Strömung bezogen auf die Zeichnung nach rechts gerichtete Bewegung des Kolbenelementes 20 dazu ausgenutzt wird, sofort Teile der öffnungen 24 zu verschliessen, sodass der Druckabfall über das Kolbenelement noch zunimmt, wodurch das Bestreben des Kolbenelementes 20 gegen die von der Feder J>2 ausgeübte Kraft in eine vollständig geschlossene Stellung überzugehen noch verstärkt wird, sodass diese Bewegung schneller und eindeutiger vor sich geht, als dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist, wobei keinerlei komplizierte Bearbeitungsvorgänge für das Kolbenelement erforderlich sind, wie diese bei Kolbenelementen bekannter Ventile notwendig sind.

Das dünnwandige zylindrische Kolbenelement erleichtert schliesslich die Ausbildung eines Strömungsweges durch das Kolbenelementes, welcher auf die anderen Strömungsbereiche des hydraulischen Systemes weitgehend abgestimmt ist, sodass der von dem hydraulischen Ventil 10 herrührende Druckabfall in dem hydraulischen System auf ein Minimum reduziert wird und damit die Wirksamkeit des hydraulischen Systemes verglichen mit anderen hydraulischen Systemen, welche bekannte Sicherheitsventile verwenden, wesentlich erhöht wird. Die Durchtrittsflächen der Kolben bekannter Vorrichtungen dieser Art sind nämlich durchweg konstruktiv begrenzt. Durch die Verwendung eines zylindrischen dünnwandigen Rohres als Kolbenelement, wie es erfindungsgemäss vorgesehen ist, lässt sich eine grössere Durchtrittsfläche für das Medium für den Kolben erzielen als dies bei praktisch verwendbaren mit Axialkolben arbeitenden hydraulischen Sicherheitsventilen bekannter Bauart der Fall war. Dies ist von ausserordentlicher Wichtigkeit, weil ein hydraulisches Sicherheits-

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ventil im Normalbetrieb lediglich eine minimale Strömungsdrosselung hervorrufen darf, um die Wirksamkeit des hydraulischen Systems nicht zu beeinträchtigen. Auf der anderen Seite muss das Sicherheitsventil aber eine übermässige Strömung etwas abdrosseln, um den zur Betätigung des Ventiles erforderlichen Druckabfall zu erzeugen.

Ein weiterer Vorteil eines verhältnismässig dünnwandigen röhrenförmigen Kolbenelementes liegt darin, dass eine quer zu dem Kolben auftretende Änderung des Impulses des hydraulischen Mediums, wie sie auf eine Strömungsdrosselung zurückzuführen sein kann, quer zur Achse der Kolbenbewegung auftritt und deshalb keinen Einfluss auf die Wirkungsweise des hydraulischen Sicherheitsventiles hat.

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Claims

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Patentansprüche

IJ Hydraulisches Sicherheitsventil zur Verhütung oder "^Drosselung einer übermässigen Mediums strömung in einer Leitung, mit einem federbelasteten in einem Gehäuse beweglichen Kolbenelement, das unter der Wirkung einer von einer übermässigen Strömung herrührenden Druckdifferenz in eine Schließstellung überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in eine zylindrische Durchgangsbohrung (l6) des Gehäuses (12) ein,zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verschiebliches röhrenförmig ausgebildetes Kolbenelement (20) zumindest teilweise eingesetzt ist, das einseitig verschlossen ist und im Bereiche einer Radialfläche zumindest eine öffnung (24) aufweist, durch welche bei in der ersten Stellung stehendem Kolbenelement (20) ein Mediumsströmungsweg durch das Gehäuse (12) besteht und dass bei Bewegung des auf die erste Stellung zu vorgespannten Kolbenelementes (20) auf die zweite Stellung zu der Mediumsströmungsweg durch Zusammenwirken der öffnung (24) mit der Bohrung (l6) absperrbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) im Bereiche eines Endes der Bohrung (l6) eine weitere anschliessende Bohrung (l4) ausgebildet ist und dass bei in der ersten Stellung stehendem Kolbenelement (20;.

der die öffnung (24) enthaltende Teil des Kolbenelementes (20) ' in die weitere Bohrung (l4) ragt.

j5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Kolbenelement (20) einen zylindrischen Teil von im Wesentlichen gleichem Durchmesser wie die Durchgangsbohrung (16) aufweist, der im Schiebesitz in diese Bohrung (l6) eingefügt ist.

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4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Kolbenelement (20) an seinem verschlossenen Ende (26) einen kalibrierten Durchgangskanal (26) für das Medium aufweist, durch den bei in der zweiten Stellung stehendem Kolbenelement (20) ein Leckage-Strömungsweg durch das Ventil gebildet ist.

5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsfläche der Öffnung (24) in der radialen Fläche im Wesentlichen gleich der von der Innenwandung des röhrenförmigen Kolbenelementes (20) begrenzten Durchtrittsfläche ist.

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an die Durchgangsbohrung (l6) in dem Gehäuse (12) eine dritte axiale Bohrung (l8) ausgebildet ist, in der ein an dem röhrenförmigen Kolbenelement (20) endseitig ausgebildeter'Plansch (>0) liegt und die eine, die Vorspannung des Kolbenelementes (20) auf die erste Stellung zu erzeugende Feder (32) aufnimmt.

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Le e rs e i t e