DE2352826A1

DE2352826A1 - Gedaempft schliessendes hydraulisches rohrbruchventil

Info

Publication number: DE2352826A1
Application number: DE19732352826
Authority: DE
Inventors: Hubert Haeussler
Original assignee: BERINGER HYDRAULIK GmbH
Current assignee: BERINGER HYDRAULIK GmbH
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2206465A1; ATA898273A; SE402629B; CH544901A; FR2206465B3; DE2352826C2; AT334148B; GB1410406A; IT999290B

Description

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Beringer-Hydraulik GmbH. Neuheim / Schweiz

Gedämpft schliessendes hydraulisches Rohrbruchventi1

Die Erfindung betrifft ein gedämpft schliessendes hydraulisches Rohrbruchventil, mit einem von einer Druckfeder offen gehaltenen Sperrkolben zwischen einem Verbraucheranschluss und einem zur Pumpe _;und zum Rücklauf führenden Anschluss.

Rohrbruchventile sind Sicherheitselemente, welche direkt an einen durch äussere Kräfte oder Drehmomente belasteten hydraulischen Verbraucher, beispielsweise ein Hubzylinderkolbenaggregat, montiert werden, um bei einem Rohr- oder Schlauchbruch durch selbständiges Schliessen eine unzulässig hohe Senkgeschwindigkeit bzw. Drehzahl zu vermeiden.

Im folgenden wird als Beispiel eines Verbrauchers nur ein Hubzylinderkolbenaggregat betrachtet; Rohrbruchventile v/erden jedoch auch bei rotierenden Verbrauchern angewendet.

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Das Rohrbruchventil wird jeweils so eingestellt, dass es bei den im normalen Betrieb maximal möglichen Senkgeschwindigkeiten des Hubzylinderkolbenaggregates noch offen bleibt, während es bei Ueberschreiten dieser Geschwindigkeit um einen gewissen Betrag, z.B. 25 %, sofort anspricht und die Last zum Stillstand bringt. Bei kleineren bewegten Massen und kleinen Senkgeschwindigkeiten ist es zulässig, dass das Rohrbruchventil schlagartig und ungedämpft schliesst. ungedämpft arbeitende Rohrbruchventile sind seit längerer Zeit in verschiedenen Ausführungen im Einsatz. Bei grossen Massen und Geschwindigkeiten würden jedoch bei plötzlichem ungedämpftem Schliessen des Rohrbruchventiles sehr hohe Druckspitzen im angeschlossenen Aggregat und auch Schaden durch mechanische üeberbeanspruchung'der damit verbundenen Konstruktion entstehen. Ein typisches Beispiel hierfür sind hydraulisch angetriebene Stempel-Aufzüge, welche bei Geschwindigkeiten bis etwa lm/sek. Lasten bis zu 50 Tonnen befördern. In einigen Ländern bestehen Vorschriften, nach welchen beim Schliessen

der Rohrbruchventile Verzögerungen von maximal Ig (9,81 m/sek ) zulässig sind, um Verletzungen der im Aufzug mitfahrenden Passagiere und Üeberbeanspruchung der gesamten Anlage zu vermeiden. Es muss also dafür gesorgt werden, dass das Rohrbruchventil gedämpft schliesst und somit eine gewisse Verzögerungsstrecke entsteht.

Es ist nun naheliegend, die Schliessgeschwindigkeit des Sperrkolbens durch Drosselung des von ihm verdrängten Druckmediums zu verringern.

Derartige Rohrbruchventile werden auch bereits hergestellt; sie haben jedoch einen wesentlichen Nachteil. Durch die Dämpfung entsteht nämlich auch eine Ansprechverzögerung; da die Dämpfung von Anfang an wirkt, braucht der Sperrkolben für seine Schliessbewegung entsprechend viel Zeit, während

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welcher der Kolben des zu sichernden Aggregates sehr stark beschleunigt. Je nach Betriebsdruck muss dabei der Sperrkolben einen grösseren. Teil seines Hubes zurücklegen, bevor er den Durchflussquerschnitt so weit reduziert hat, dass sich die Durchflussmenge, die beim Bruch zuerst rasch zunimmt, wieder reduziert. Dies ergibt sich daraus, dass das Rohrbruchventil im normalen Betrieb einen möglichst geringen

Durchflusswiderstand, beispielsweise 1 kp/cm haben sollte, was einen entsprechend grösseren Durchflussquerschnitt bedingt. Wenn die äussere Belastung auf dem Hubzylinderkolbenaggregat nun z..B-. einen Druck von 32 kp/cm erzeugt, dann sollte daher der Durchflussquerschnitt beim Ansprechen des Rohrbruchventiles vorerst innerhalb weniger Millisekunden auf einen Bruchteil, z.B. auf ein Viertel reduziert werden, um eine wesentliche Geschwindigkeitszunahme des absinkenden Kolbens des Aggregates zu vermeiden. Das letzte Viertel des Durchflussquerschnittes, bzw. der letzte Teil des Sperrkolbenhubes, auf welchem nun die eigentliche Verzögerung des Kolbens erfolgt, muss nun aber wesentlich langsamer verkleinert bzw. langsamer durchfahren werden, um die Verzögerungswerte in Grenzen zu halten. Hieraus ergibt sich die Forderung, dass die Schliessgeschwindigkeit des Sperrkolbens plötzlich verringert werden muss, was entweder abhängig vom Druckabfall über den Sperrkolben oder in Abhängigkeit vom Hubweg des Sperrkolbens erfolgen kann« Der Punkt, an welchem die Dämpfung des Sperrkolbens einsetzt, sollte je nach der Durchflussmenge und dem durch äussere Kräfte wirksamen Druck einstellbar sein=

Diese Forderung wird durch das erfindungsgemässe Rohrbruchventil erfüllt, welches -gekennzeichnet ist durch einen die Druckfeder aufnehmenden und mit dem zweiten Anschluss eine Verbindung· aufweisenden Raum und wenigstens einem Organ, welches den Durchflussquerschnitt wenigstens einer" die genannte Verbindung bildenden Eohrung unter Wirkung eines

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zwischen den beiden Anschlüssen sich aufbauenden, den Sperrkolben gegen die Wirkung der Druckfeder verschiebenden Druckabfalls nach Beginn dieser Verschiebung verringert.

Das Organ kann entweder ein Umschaltkolben sein, welcher in eine vom Raum ausgehende Querbohrung hineipverschiebbar ist, oder eine stationär angeordnete Düsennadel, die sich in offener Stellung des Sperrkolbens ausserhalb einer in diesem angeordneten, zu ihr koaxialen Bohrung befindet.

Ewei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Rohrbruchventils sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Rohrbruchventils, für differenzdruck- abhängige Dämpfung, und

Fig. 2 eine andere Äusführungsform des Ventils, für hubabhängige Dämpfung.

Vorerst soll die Äusführungsform nach Fig. 1 beschrieben werden. In einem zweiteiligen Gehäuse 1 befindet sich leichtgängig eingepasst ein Sperrkolben 2, welcher mittels einer Druckfeder 3 in die offene (gezeichnete) Ruhestellung gedruckt wird. Der dabei entstehende Oeffnungsquerschnitt zwischen einem Anschluss 4 zn einem Verbraucher, hier zu einem Hubzylinderkolbenaggregat H und einem Anschluss 5 zur Pumpe P und zum Rücklauf R ist mittels einer Anschlagschraube β einstellbar« Der Oeffnungsguerschnitt verändert sich progressiv mit dem Hub des Sperrkolbens 2, was durch drei gleichmässig am Umfang verteilte kreisförmige Aussparungen 7 erreicht wird« Im weiteren befindet sich im

Gehäuse ein Umschaltkolben 8,- dessen obere Stirnfläche 9 über eine Bohrung 10 mit dem Anschluss 4 verbunden ist, während seine untere Stirnfläche 11 über eine Bohrung 12 mit dem Anschluss 5 in Verbindung steht. In Ruhelage wird der umschaltkolben 8 durch eine Druckfeder 13 in die gezeichnete Stellung gedrückt und hält einen relativ grossen Durchflussquerschnitt 14 in einer Querbohrung 15 offen, welche einen Federraum 16 unter dem Sperrkolben 2 mit dem Pumpenanschluss 5 verbindet» In einer Ringnut des Umschaltkolbens 8 befindet sich ein Gummi-G-Ring 17, welcher in der gezeichneten Stellung keine Berührung mit dem Gehäuse hat, da er sich in einer vergrösserten Bohrung 18 befindet, womit auch eine unkontrollierbare Haftreibung vermieden wird» Der Hubweg des Umschaltkolbens 8 nach unten ist mittels einer Anschlagschraube 19 einstellbar und somit auch der dann noch verbleibende Durchflussquerschnitt 14»

Der Funktionsablauf beim Schliessen dieser Äusf ühr lings form des Rohrbruchventiles ist nun wie folgt?

Bei einer bestimmten Strömungsmenge von der Pumpe P über den Anschluss 5 zum Verbraucher-Anschluss 4 für das Hubzylinderkolbenaggregat H entsteht am Oeffnungsquerschnitt

des Sperrkolbens 2-ein geringer Druckabfall,, s.B» von 2

1 kp/cm , welcher zusammen mit der Druckfeder 3 den Kolben

2 immer in der offenen Stellung hält. Wird-das·Rohrbruchventil nun in der entgegengesetzten Richtung mit derselben Menge durchströmt, dann entsteht der gleiche Druckabfall^ jedoch ist dieser nun in Schliessrichtung des Sperrkolbens liirksam. · Dieser bleibt jedoch ebenfalls geöffnet, da: die Kraft der Druckfeder 3 so bemessen ist, dass ihre Druckkraft

2 erst bei einem höheren Druckabfall; s.B, von 2 kp/cm , überwunden wird, und der Sperrkolben 2 erst dann"sehliessfc° Um diesen Druckabfall zu erreichen,, muss jedoch die Durch» flussmenge um-caο 40 % erhöht werden, was bei einem Rohrbruch?

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s»Β. zwischen der Pumpe und dem Rohrbruchventil, der Fall ist. ' Der Sperrkolben 2 wird dann zunächst sehr rasch nach unten verschoben, x^obei das aus dem Federraum 16 verdrängte Medium ungedrosselt über den noch offenen Durchflussquerschnitt 14 am Umschaltkolben 8 sum Anschluss 5 abströmen kann\ Durch die Verkleinerung des Durchflussquerschnittes am Sperrkolben 2 wird nun der Druckabfall zwischen dem Äggregatanschluss 4 und dem Anschluss 5 immer grosser. Kurz bevor dieser Druckabfall .sein Maximum, d.h. den Wert des durch die äussere Last im Zylinderkolbenaggregat H maximal erzeugten Druckes erreicht, wird der Umschaltkolben 8 durch den genannten y über die Bohrungen 10 und 12 ebenfalls auf ihn einwirkenden Druckabfall plötzlich nach unten gegen den Anschlag 19 verschoben, da er die Kraft der Druckfeder 13 überwindet, Dadurch wird' der Bwrffciiflasscfuerschnitt 14 auf einen mit. einer Jknschlagschraube 19 einstellbaren Wert reduziert , was - bedeutet _f dass- nun das aus dem Federraum 16 vercteängte Medium stark gedrosselt wird_ff wodurch der Sperrkolben

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2 nur noch mit entsprechend verminderter Geschwindigkeit den Durchflussquerschnitt'verminderte Die Senkgeschwindigkeit des Kolbens des Hubaylinderaggregates H wird somit stufenlos bis auf Null reduziert « Der - Sperrkolben 2 setzt dann mit seinem kegelförmigen Bund 20 auf e_inen Sits 21 im Gehäuse 1 auf und sperrt somit die Verbindung zum Pumpenanschluss 5 leckfrei ab. %ux Vermeidung einer Leckage am Umschaltkolben hat sich durch die Verschiebung desselben der Aussendurchmesser des Gummi-O-Ringes 1? über ein©' konische Aus schrägung 22 auf den Durchmesser des Umschaltkolbens 8 reduziert^ d.h. vorgespannt, und dichtet nun auch hier leckfrei ab. Die Position des Kolbens des Hubzylinderkolbenaggregates H wird also so lange gehalten,, bis der Rohrbruch behoben ist. .Werden üie, Drücke in den iiaachlllssen <ü und 5 und damit auch in den Bohrungen 10 und 12 beim Wiedereinschalten der Pumpe ausgeglichen Q geht, dss Rohrbruchventil automatisch mieder in seine Bereitschaftsstslliaag surüels» Durch öle Äiisciilaejcehraiifae β

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kann der Änsprechstrom, d.h. die die Schliessbewegung des Ventils auslösende Durchflussmenge«, beliebig eingestellt werden. Die Kraft der Druckfeder 13 kann durch Aenderung ihrer Vorspannung an den Druck im Hubzylinderkolbenaggregat H angepasst werden. Mit der Änschlagschraube 19 kann der Bremsweg bei Rohrbruch innerhalb gewisser Grenzen beliebig eingestellt werden. . -

Eine andere Ausführungsform des Rohrbruchventils ist in Fig_o 2 dargestellt ο Der Aufbau und die Funktion-sind im wesentlichen gleich wie bei der Äusführungsform nach Fig. 1„ weshalb auch teilweise die gleichen Bezugsziffern verwendet werden. Die Veränderung der Schliessgeschwindigkeit des Sperrkolbens 2 erfolgt hier jedoch nicht durch einen separaten Umschaltkolben, sondern wird vom Sperrkolben'2 hubabhängig direkt gesteuert» Der Sperrkolben 2 hat in seinem unteren Teil eine kalibrierte Axialbohrung 23, welche durch-eine Querbohrung 24 eine Verbindung zum Anschluss 5 hat» Im Federraum 16 befindet sich eine von aussen axial verstellbare Düsennadel 25, welche mit vorbestimmtem Spiel in die Bohrung 23 eintaucht, wenn der Sperrkolben 2 bereits einen Teil seines Hubes ungedämpft zurückgelegt hat= Dank des abgerundeten Endes 26 der Düsennadel 25, welches auch konisch ausgebildet sein könnte, erfolgt der Uebergang zwischen der ungedämpften und der gedämpften Bewegung des Sperrkolbens nicht schlagartig« Befindet sich der zylindrische Teil der Düsennadel 25 in der Bohrung 23 (siehe gestrichelt eingezeichnete Stellung 2' des Sperrkolbens 2) ," dann kann nur noch über den verbleibenden Ringspalt 27 Hydraulikflüssigkeit abströmen, wodurch die Sperrkolbengeschwindigkeit progressiv langsamer wird. Während die Stellung des Sperrkolbens 2, bei welcher die Dämpfung einsetzt, von aussen durch axiale Verstellung der Düsennadel 25 eingestellt werden kann, ist der Bremsweg des Kolbens des Hubzylinderaggregates H durch _

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das Spiel der Düsennadel 25 in der Bohrung 23, also durch den Ringquerschnitt 27, vorgegeben. Die axiale Einstellung der Düsennadel 25 kann mittels einer Tabelle in Abhängigkeit von der Durchflussmenge und vom Druck im Hubzylinder eingestellt werden. Soll auch der Bremsweg von aussen einstellbar sein, dann kann die Düsennadel 25 so gross ausgeführt werden, dass nur ein geringfügiges Spiel in der Bohrung verbleibt. In einer separaten Bohrung 28 kann dann mittels einer von aussen verstellbaren Drossel 29 der Bremsweg des Kolbens des Aggregates H nach einem Rohrbruch durch Drosselung des Querschnittes 30 dieser Bohrung 28 beliebig eingestellt werden.

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Claims

Patentansprüche.

1. Gedämpft schliessendes hydraulisches Rohrbruchventil, mit einem von einer Druckfeder offen gehaltenen Sperrkolben zwischen einem Verbraucheransehluss und einem zur Pumpe und zum Rücklauf führenden Anschluss, gekennzeichnet durch einen d^e Druckfeder (3) aufnehmenden und mit dem zweiten Anschluss (5) eine Verbindung aufweisenden Raum (16) und wenigstens einem Organ (8, 25, 29), welches den Durchflussquerschnitt (14, 27, 30) wenigstens einer die genannte Verbindung bildenden Bohrung (15, 23, 28) unter Wirkung eines zwischen den beiden Anschlüssen (4, 5) sich aufbauenden, den Sperrkolben (2) gegen die Wirkung der Druckfeder (3) verschiebenden Druckabfalls nach Beginn dieser Verschiebung verringert.

2. Rohrbruchventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ ein Umschaltkolben (8) ist, welcher in eine vom Raum (16) ausgehende Querbohrung (15) hinein verschiebbar ist.

3. Rohrbruchventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ümsch'altkolben (8) bei geöffnetem Rohrbruchventil durch eine weitere Druckfeder (13) in einer die genannte Bohrung (15) freihaltenden Stellung gehalten ist.

4. Rohrbruchventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltkolben (8) auf seiner einen Stirnfläche (9) durch ,eine erste Bohrung (10) an den Verbraucheransehluss (4) und auf seiner anderen Stirnfläche (11) durch eine zweite Bohrung (12) an den zur Pumpe (P) und zum Rücklauf (R) führenden Anschluss (5) angeschlossen ist.

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5. Rohrbruchventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bohrung (12) auch eine Fortsetzung der vom Raum (16) heranführenden Bohrung (15) zum Pumpen- und' Rücklaufanschluss (5) bildet.

6. Rohrbruchventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass der Umschaltkolben (8) ein Dichtungsmittel (17) aufweist, welches nach erfolgter Hineinverschiebung des Umschaltkolbens in die Querbohrung (15) ein Durchsickern von Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Bohrung (10) am umschaltkolben (8) vorbei in die Querbohrung (15) verhindert.

7. " Rohrbruchventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Organ eine stationär angeordnete Düsennadel (25) ist; die sich in offenen Stellung des Sperrkolbens (2) ausserhalb einer in diesem (2) angeordneten, zu ihr (25) koaxialen Bohrung (23) befindet, diese jedoch Unter Belassung eines Ringspaltes (27) teilweise ausfüllt, wenn der Sperrkolben (2) einen Teil seines Hubes zurückgelegt hat.

8. Rohrbruchventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (25) ein abgerundetes oder konisches Ende (26) aufweist.

9. Rohrbruchventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (23) durch eine quer durch den Sperrkolben (2) hindurchführende weitere Bohrung (24) mit dem zur Pumpe (P) und zum Rücklauf (R) führenden Anschluss (5) verbunden ist.

10. Rohrbruchventil nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Raum (16) eine Bohrung (28) direkt zum Pumpen- und Rücklaufanschluss (5) führt, deren Querschnitt (30) durch eine in sie (28) hineinverschiebbare Drossel (29) einstellbar ist.

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