DE2419654B2

DE2419654B2 - Koaxialventil

Info

Publication number: DE2419654B2
Application number: DE2419654A
Authority: DE
Inventors: Roydon B. New York N.Y. Cooper (V.St.A.)
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1973-05-01
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1979-04-19
Also published as: JPS5013923A; DK146040B; FI64233C; SE7405040L; US3908693A; JPS5517870B2; NL166761C; DE2419654A1; FI64233B; CH588654A5; SE410501B; GB1473387A; BR7403523D0; FR2228185A1; DE2419654C3; AU6822374A; NL166761B; CA1003303A; FR2228185B1; DK146040C

Description

Die Erfindung betrifft ein Koaxialventil, das auf den am Ventil abfallenden Differenzdruck einer in der einen und der anderen Strömungsrichtung durch einen Strömungskanal fließenden Fluidströmung anspricht, um Strömung je nach der Strömungsrichtung durch einen von zwei unterschiedlichen Ventilkanälen zu leiten, mit einem rohrförmigen Gehäuse, einem ersten und einem zweiten Ventilsitz im Gehäuse, mit einem ersten und einem zweiten Ventilelement, die innerhalb des Gehäuses koaxial angeordnet sind und getrennt in geöffnete und geschlossene Stellungen auf den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz hin bzw. von diesem weg verschiebbar sind, um den ersten bzw. den zweiten Ventilkanal zu öffnen oder zu schließen, und mit Vorspanneinrichiungen, die die Ventilelemente in einander entgegengesetzte Richtungen vorspannen.

Derartige Koaxialventile finden z. B. in hydrostatischen Systemen Verwendung, bei denen ein Strömungsmedium bei Strömung in der einen Strömungsrichtung oder z. B. der sogenannten Vorwärtsströmung, durch einen, ein Filterelement enthaltenden Ventilkanal hindurchgeleitet wird, während das Strömungsmedium bei umgekehrter Strömungsrichtung, also z. B. bei Rückwärtsströmung, über einen anderen Ventilkanal geführt wird, der das Filterelement umgeht. Dadurch wird verhindert, daß die Rückwärtsströmung durch das Filterelement hindurchläuft und die am Filter abgeschiedenen Verunreinigungen wieder vom Filter löst und zurück zur Pumpe und zum Motor des hydrostatischen Systems transportiert.

Aus der GB-PS 12 99 861 ist ein Koaxialventil der eingangs genannten Art bekannt, das in einem hydrostatischen System Verwendung findet. Ein Ventil-

element ist rohrförmig innerhalb des Gehäuses angeordnet und wird durch eine, um einen zentralen Führungsstift herum angeordnete Feder in die Schließstellung gegen den ersten Ventilsitz im Gehäuse gedrückt Das zweite Ventilelemem ist als Teller ausgebildet, der mittels einer ebenfalls um den Führungsstift angeordneten Feder in Schließstellung gegen das rohrförmige erste Ventilelement vorgespannt ist und bei Bewegung in Schließrichtuiig das koaxiale Ventilelement gegen dessen Federvorspannung in die geöffnete Stellung drückt und dabei gleichzeitig den inneren Durchgang durch das koaxiale Ventilelement schließt Dabei ist es nachteilig, daß der Ventilteller des bekannten Koaxialventils bei ungleichmäßiger Druckbeaufschlagung Verkantungen und somit Störungen ausgesetzt ist und daß sich aufgrund des bekannten Aufbaus eine relativ große Ansprechverzögerung beim Öffnen bzw. Schließen der Ventilkanäle ergibt

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Koaxialventil der eingangs genannten Art anzugeben, das einen geringen Raumbedarf und eine geringe Masse der beweglichen Teile besitzt und eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit aufweist, um bei einem Richtungswechsel der Strömung sofort die volle Durchflußrate durch die Ventilkanäle hindurchtreten zu lassen, und dessen Aufbau eine flexible Verwendung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Ventilelemente rohrförmig ausgebildet und konzentrisch ineinander angeordnet sind, daß jedes Ventilelement eine vom Differenzdruck der Strömung beaufschlagte Druckaufnahmefläche aufweist, an der das erste Ventilelement in eine erste Richtung auf den ersten Ventilsitz hin oder von diesem weg, und das zweite Ventilelement in eine zweite Richtung auf den j^r> zweiten Ventilsitz hin oder von diesem weg gegen die Kraft der Vorspanneinrichtungen drückbar ist, daß beide Ventilelemente als Hubventile ausgebildet sind, so daß sie sofort öffnen bzw. schließen, wenn die Strömung in der betreffenden Richtung einsetzt bzw. aufhört.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die Ventilelemente beide rohrförmig als Hubventile ausgebildet sind und dadurch ein geringes Gewicht, große Ansprechgeschwindigkeit besitzen und ein sehr rasches öffnen bzw. Schließen der Ventilkanalquer- v> schnitte ermöglichen. Aufgrund der ineinanderliegenden Ventilelemente besitzt das Koaxialventil eine geringe Bauhöhe und eine geringe Störanfälligkeit, da eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung erfolgt, so daß Verkantungen vermieden werden. Aufgrund der Störunanfäliigkeit ist insbesondere auch der Einsatz der Koaxialventile bei Flugzeugen möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet τ,

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Arbeitsschema für ein hydrostatisches System, bei dem eine Pumpe und ein Motor über zwei to Leitungen verbunden sind, deren jede eine Filtereinheit und ein Koaxialventil nach der Erfindung enthält;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Filtereinheit der F i g. 1 mit einer Filterkappe, einem rohrförmigen Filterelement darin und einem erfindungsgemäßen Koaxialventil innerhalb des Filterelementes, das mit hin- und herbewegbaren Ventilelementen die Strömung durch das Filterelement oder unter Umgehung desselben steuert, und zwar unter vorbestimmten Bedingungen des Differentialdrucks, der durch die Strömung in jeder der beiden Richtungen durch die Filtereinheit entsteht, wobei beide Ventilelemente in der Schließstellung gezeigt sind;

Fig.3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2;

F i g. 4 einen Längsschnitt nach der Linie 4-4 durch die Filtereinheit der F i g. 2, wobei das t/ste Ventilelemem in der normalen Offenstellung für gefilterte Strömung durch das Filterelement gezeigt ist, wenn die Strömung in der normalen Vorwärtsrichtung erfolgt, während das zweite Ventilelement geschlossen ist;

F i g. 5 einen Längsschnitt nach der Linie 5-5 der Fig.2, wobei das erste Ventilelement geschlossen gezeigt ist und das zweite Ventilelement in der Offenstellung für die Umgehung des Filterelements, wenn die Strömung entweder in Vorwärtsrichtung erfolgt und das Filter verstopft ist oder wenn die Strömung rückwärts verläuft;

F i g. 6 einen Querschnitt durch das Ventilelement der F i g. 4 und 5 nach der Linie 6-6 der F i g. 4;

F i g. 7 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Koaxialventils für Vorwärts- und Rückwärtsströmung, ohne Durchgang für Entlastungsströmung, wobei die Ventilstellung für Vorwärtsströmung gezeigt ist;

Fig.8 eine weitere Darstellung des Ventils der F i g. 7, wobei die Ventilstellung für Rückwärtsströmung gezeigt ist; und

Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie 9-9 der Fig.7.

Das in F i g. 1 gezeigte hydrostatische System ist ein typisches System mit geschlossenem Kreislauf mit einer Pumpe P und einem Motor M, die über zwei Strömungsleitungen L 1 und L 2 verbunden sind. Die Leitung L 1 tritt an einer Stelle D 1 in den Motor ein, um ihn in der einen Richtung anzutreiben bzw. zu drehen, und die Leitung LT. tritt in den Motor an einer gegenüberliegenden Stelle DI ein, um ihn in der anderen Richtung zu betätigen. In der einen Umlaufrichtung treibt der Motor über eine Antriebswelle 5 das System in Vorwärtsrichtung, wobei die Welle sich in der einen Richtung dreht. In der umgekehrten Richtung treibt der Motor das System über die gleiche WeMe 5in der entgegengesetzten Richtung. Von der Pumpe Püber die Leitung L 1 dem Motor M zugeführte Strömung treibt daher das System in der einen Richtung, etwa der Vorwärtsrichtung, an, während von der Pumpe P über die Leitung L 2 dem Motor W zugeführte Strömung das System in entgegengesetzter Richtung antreibt, etwa in Rückwärtsrichtung.

In jeder der Leitungen L 1 und L 2 befindet sich ein Filter Fl bzw. F2,und ein Koaxialventil Vi bzw. V2. Je zwei Leitungen Sl und Pt bzw. S2 und P2 verbinden die Ventile Kl und V2 in Reihe bzw. in Parallelschaltung mit den Filtern Fl und F2, so daß die Strömung entweder durch die Filter Fl und F2 hindurch oder diese umgehend verläuft, jedoch nicht beides gleichzeitig. Wenn die Strömung in Richtung von der Pumpe zum Motor durch eine der Leitungen L 1 oder L 2 geht, verläuft sie über die in Reihe liegenden Leitungen 51 und 52 durch das Filter, und wenn die Strömung in Richtung vom Motor zur Pumpe durch eine der Leitungen LX oder L 2 geht, verläuft sie über die Parallelleitungen Pl, P2 unter Umgehung des Filters. Da also die Strömung von der Pumpe zum Motor über die eine Leitung und zurück vom Motor zur Pumpe über

die andere Leitung erfolgt, geht sie entweder über L. 1, Sl. Fl zum Motor und über L2, P2 zur Pumpe oder über L2. S2, F2 zum Motor und über LX, FX zur Pumpe.

Wenn während des Betriebs die Strömung vorwärts erfolgt von der Pumpe zum Motor, öffnet in der Leitung L 1 das Ventil Vl, auf den sich ergebenden Differenzdruck in- Vorwärtsrichtung ansprechend, die Leitung S1 und die Strömung geht über das Filter FX zum Motor M. Dabei bewirkt die Rückströmung über die Leitung L 2 zum Ventil V2 daß dieses Ventil V2, auf den sich ergebenden Differenzdruck, der Rückströmung ansprechend, die Leitung S2 schließt und dafür die Leitung P2 öffnet, so daß die Rückströmung über P2 unter Umgehung des Filters F2 zur Pumpe erfolgt.

Eine Umkehr der Purnpcnricutung kehrt die Siromungsrichtung um, so daß die Strömung jetzt von der Pumpe über die Leitung L 2 zum Ventil V 2 geht. Auf den sich ergebenden Differenzdruck ansprechend, öffnet das Ventil V2 die Leitung S2 und schließt die Leitung P2, so daß die Strömung durch das Filter F2 zum Motor geht. Dabei erfolgt die Rückströmung über die Leitung L 1 und bewirkt, daß das Ventil Vl, auf den Differenzdruck in der Rückströmung ansprechend, die Leitung PX öffnet und die Leitung Sl schließt, so daß bei der Rückströmung zur Pumpe das Filter Fl umgangen wird.

Im Falle, daß das Filter Fl und/oder das Filter F2 sich verstopft, steigt der Differenzdruck am Ventil Vl und/oder V2 an, bis bei der Strömung von der Pumpe zum Motor schließlich der Differenzdruck erreicht ist, bei dem das Ventil die parallele Leitung PX und/oder P2 öffnet, so daß das Filter umgangen und der Differenzdruck abgebaut wird.

Die nachstehend als Filtereinheiten bezeichneten Filter F1 und F2 der F i g. 1 in den Leitungen L X oder L 2 sind im einzelnen in den Fig. 2 bis 6 gezeigt, und weisen je ein Gehäuse 1 mit einem Einlaß 2 und einem Auslaß 3 auf. die über eine Kammer 4 und die Koaxialventile Vl oder V2 in Verbindung stehen. Die Kammer 4 ist im wesentlichen von zylindrischer Form, und in die Kammer mündet der Einiaß unter einem Winkel von 90' vom Auslaß. Die Kammer 4 wird von einem Gehäuseteil 6 begrenzt, der an dem dem Auslaß gegenüberliegenden Ende der Kammer 4 offen ist. Der Gehäuseteil 6 endet in einem zylindrischen Gewindeteil 5 für eine Filterkappe 9. Dabei greift das Gewinde 7 in Gegengewinde 8 an der Innenwand der Kappe 9 ein. Ein O-Ring 10 mit Stützring 10' in einer Aussparung 11 der Kappe 9 dient als Abdichtung zwischen der Kappe 9 und dem Gewindeteil 5.

Der zentrale Teil der Kappe 9 enthält eine durchgehende Bohrung 13. und dient als Sockel für einen Differenzdruck-Anzeiger 14, während eine zweite seitliche Bohrung 17 für die Drainage vorgesehen und durch einen eingeschraubten Zapfen 18 verschlossen ist Zwei O-Ringe 15 ergeben eine Abdichtung zwischen dem Differenzdruck-Anzeiger 14 und der Bohrung 13. Weiter dient ein O-Ring 16 in einer umlaufenden Nut des Zapfens 18 als Dichtung zwischen dem Zapfen 18 und der Bohrung 17. Die Kopfteile des Zapfens 18 und des Anzeigers 14 sind sechseckig, um die Betätigung beim Einsetzen und Entfernen dieser Teile aus ihren Bohrungen zu erleichtern.

Zentral in die Kammer 4 innerhalb des Gehäuseteils 6 ist ein Filterelement 26 eingesetzt, das aus einem gewellten zylindrischen Filter 27, zweckmäßig aus rostfreiem Stahlgitter geeigneter Maschenweite, besteht oder aus einem mikroporösen, mehrschichtigen Element mit einem Papiersubstrat, wobei das Filter 27 auf einem inneren Kern 30 aus zylindrischem, perforiertem rostfreiem Stahl mit Durchgangsöffnungen 32 für die Strömung abgestützt ist und sowohl das Filter wie der Kern durch Endkappen 28 und 29 begrenzt sind. Die Enden des Filterelements und des Kerns sind durch eine geeignete Masse 31, beispielsweise keramisches Material, dicht mit den Endkappen verbunden.

Die Endkappe 29 hat eine zentrale Öffnung 25, die durch einen Stutzen 33 der Filterkappe 9 verschlossen ist, welche den zentralen Durchgang 35 innerhalb des Kerns an diesem Ende verschließt und durch einen O-Ring 34, der durch einen Flansch 41 gehalten wird,

Die Endkappe 28 hat eine zentrale Öffnung 36 und einen die Öffnung umgebenden Flansch 37, der eine Nut 38 bildet, in der ein O-Ring 39 liegt. Dieser O-Ring 39 bewirkt die Abdichtung gegenüber einer Buchse 40.

Die Buchse ist ein Streifen aus rostfreiem Stahlblech, der in die Form eines zentralen Rohrteils, auf den die Endkappe 28 aufgepaßt ist, und eines auswärts gebogenen Flanschteils 42 gepreßt ist, der durch Schrauben 49 zwischen einem Ring 43 und einer Platte 44 an dem Gehäuseteil 45 des Gehäuses 1 befestigt ist. Der zentrale Teil der Buchse 40 erstreckt sich über eine ausreichende Länge, um das Filterelement daran zu hindern, von der Buchse abgezogen zu werden, wenn die Filterkappe 9, wie in der Zeichnung gezeigt, an ihrer Stelle angebracht ist. Andererseits kann das Filterelement 26 sich auch nicht zu weit in der entgegengesetzten Richtung auf den Gehäuseteil 45 zu bewegen, infolge eines Anschlags 46, der aus einem sich auswärts erstreckenden Flansch an einer äußeren Buchse 47 besteht, die im Preßsitz auf die Buchse 40 aufgebracht ist.

Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich ist, weist die Platte 44 drei mit Öffnungen 51 versehene Lappen auf, durch welche die Schrauben 49 in Gewindebohrungen 49' des Gehäuseteils 45 eingeschraubt sind. Abstandsringe 57 sind in Aussparungen 58 an der Innenseite des Gehäuseteils 45 eingepaßt, und haben Bohrungen 59 für die Schrauben 49. Die Platte 44 wird durch die Schrauben 49 gegen die Ringe 57 gehalten.

Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist, weist der untere Gehäuseteil 45 des Gehäuses 1 eine durchgehende Bohrung 55 auf. welche den Auslaß 3 mit der Kammer 4 des Gehäuses verbindet. Die Bohrung 55

so bildet mit einem aufgebohrten, erweiterten Teil die Aussparung 58. Die Platte 44 und der Ring 43 sind am Gehäuse über die Aussparung 58 und die Bohrung 55 befestigt.

Die Buchse 40 bildet ein rohrartiges Gehäuse für das in zwei Richtungen arbeitende Koaxialventil Vl bzw. V2, das am besten aus F i g. 4 bis 6 ersichtlich ist.

Das Ventil weist ein erstes rohrartiges Ventilelement 50 auf, das in dem Ventil zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung in Richtung von einem Ventilsitz

so 52 an einer Ventilkappe 53 weg und zu diesem Ventilsitz hin bewegbar ist, wobei die Ventilkappe 53 den offenen zentralen Durchgang 55 durch das Ventil verschließt und an einer Buchse 54 befestigt ist Das Ventilelement 50 ist normalerweise in der geschlossenen Stellung, aber es öffnet sich, unter vorwärtsgerichtetem Strömungsdruck, während der Strömung in den Leitungen L X oder L 2 von der Pumpe P zum Motor M über das Filterelement 26 vom Einlaß 2 zum Auslaß 3. Sowohl das

rohrartige Ventilgehäuse 40 als auch das Ventilelcment 50 ist aus rostfreiem Stahl.

Ein zweites rohrförmiges Ventilelement 70, das sich auch normalerweise in der geschlossenen Stellung befindet, aber bei abnormem Differenzdruck unter Vorwärtsströmung durch das Filterelement oder unter dem Rückströmungs-Differen/druck in der entgegengesetzten Richtung öffnet, wird in der Buchse 40 durch den Ring bzw. die Klappe 43 gehallen. Dieses Ventilelement 70 kann sich innerhalb der Buchse 40 frei zwischen Stellungen auf dem Gehäuseteil 45 zu und von diesem weg, in und außer abdichtender Berührung mit einem Ventilsitz 48 an der Oberfläche des Gehäuseteils 45, innerhalb der Aussparung 58, bewegen.

Die Buchse 40 weist am oberen Ende einen einwärts gebogenen Flansch 6i um eine zentrale öffnung 62 herum auf. Der Flansch 61 dient als Sitz für eine federnde Vorspanneinrichtung 63, im vorliegenden Fall eine Druckfeder aus vergütetem Stahl, die einen Federring 63' als Widerlager für das eine Ende der Druckfeder 63 trägt. Das andere Ende der Feder 63 stützt sich gegen einen Flansch 60 der Buchse 54 ab. An der anderen Seite des Flansches 60 ist, beispielsweise durch Schweißen, Anspritzen oder Löten ein Federring 65 befestigt, der sich gegen eine Schulter 66 am Ventilelement 70 abstützt.

Die Schulter 66 des Ventilelements 70 leitet zu einem Endteil 71 mit verringertem Durchmesser über, und begrenzt auf diese Weise einen Raum 72 zwischen dem Äußeren des Ventilelements 70 und dem Inneren des rohrartigen Gehäuses 40. Innerhalb des Raums 72 befindet sich ein Q-Ring 59, der in diesem Raum frei gleiten und rotieren kann zugleich mit der Bewegung des Ventilelements 70 in jeder der beiden Richtungen. Normalerweise ist der O-Ring 59 jedoch wie in Fig.4 und 5 gezeigt an der Außenseite der Schulter 66 gehalten.

Auch das Ventilelement 50 hat eine Schulter 57, die zu einem Endteil 58 von vermindertem Durchmesser am Ventilsitz 52 überleitet. Dadurch kann der Endteil 58 unbehindert von dem Flansch 56 der Ventilkappe 53 auf den Ventilsitz 52 treffen. Gegen die Innenseite der Schulter 57 stützt sich ein Ende einer zweiten Druckfeder 64 ab, deren anderes Ende gegen die Innenfläche des Filterings 65 abgestützt ist.

Auf diese Weise liegt unter der Belastung der Federn 64 bzw. 63 jedes Ventilelement 50 bzw. 70 mit seinem einen Ende 58 bzw. 71 gegen den Ventilsitz 52 bzw. 48 an, was einer seiner Endstellungen entspricht. In der anderen Endstellung ist das Ventilelement 50 bzw. 70 vom Ventilsitz 52 bzw. 48 fort bewegt und gibt damit den Durchgang 75 bzw. 74 für die Strömung frei. Diese Bewegungen der Ventilelemente 50 und 70 werden durch den Differenzdruck entgegen den Belastungen durch die Federn 63 bzw. 64 gesteuert, wie nachstehend näher beschrieben ist.

Die Außenseite der Schulter 66 des Ventilelements 70 und der O-Ring 59 sind dem Strömungsdruck auf der Pumpenseite des Ventils in der Kammer 4 bei Vorwärtsströmung in Richtung von der Pumpe zum Motor ausgesetzt. Die Innenseite der Schulter 66 ist dem Strömungsdruck auf der Motorseite des Ventils in den offenen zentralen Durchgängen 35 und 68 des Filterelements bzw. Ventils ausgesetzt. Während der Vorwärtsströmung von der Pumpe zum Motor ist der Druck in der Kammer 4 größer als in der Bohrung 55, und der resultierende Differenzdruck am Ventil tendiert dazu, das Ventilelement 70 von seinem Sitz 48 abzuheben. Einer solchen Bewegung wirkt die Feder 63 entgegen, die das Ventilelement in Richtung auf seinen Sitz belastet, bis ein vorbeslimmter Mindestwert des Differenzdrucks in der Vorwärtsrichtung erreicht ist.
Wenn die vom Differenzdruck auf den O-Ring 59 und die Schulter 66 ausgeübte Kraft die Belastung durch die Feder 63 überwindet, hebt sich das Ventilelement 70 von seinem Sitz 48 ab und gibt dabei den Durchgang 74 unter Umgehung des Filterelements 26 für die Strömung frei. Dies tritt ein, wenn die Strömung vorwärts in Richtung von der Pumpe Püber die Leitung L 1 oder L 2 zum Motor M durch die Kammer 4, das Filterelement 26 zum Auslaß 3 über die zentralen Durchgänge 35 und 68 verläuft.

Das Ventilelement 70 ist auch angeordnet, um sich bei Rückströrnung vom Motor M über die Leitung L 1 oder L 2 zum Auslaß 3 und Bohrung 55 zum Einlaß 2 und von da zur Pumpe Pzu öffnen. Es ist wünschenswert, daß bei der Rückströmung über die Leitung LX oder L 2 das Filterelement Fl oder F2 umgangen wird, um das Abladen von Verunreinigungen an der stromaufwärts gelegenen Seite des Filterelements 27 zu verhindern. Dieses Öffnen des Ventils V1 oder V2 erfolgt unter der Wirkung des Differenzdrucks bei Rückströmung an dem betreffenden Ventil. Die Innenseiten der Ventilkappe 53 und des Flansches 60 der Büchse 54 sind dem Strömungsdruck im Durchgang 68 ausgesetzt, und die Außenseiten der Ventilkappe 53 und des Flansches 60 sind dem Strömungsdruck in der Kammer 4 ausgesetzt.

Das Ventil kann daher auf den Differenzdruck bei Rückströmung gegen die Kammer 4 vom Auslaß 3 ansprechen, der dazu tendiert, die Ventilkappe 53 und die Büchse 54 und mit ihnen die Feder 63 und das Ventilelcment 70 vom Ventilsitz 48 abzuheben. Bei Rückströmung ist der Druck im Raum 68 innerhalb des Ventilelements 50 gegen die Schulter 57 größer als der Druck an der Außenseite des Ventilelements 50 gegen die Schulter 57. Die Druckfeder 64 hält das Ventilelement 50 normalerweise in der Schließstellung, und eine Kraft, die im Sinne eines Öffnens des Ventilelements 50 wirkt, ist nicht vorhanden, so daß dieses geschlossen bleibt. Daher wirkt der Strömungsdruck im Raum 68 gegen die Ventilkappe 53 und die Schulter 60. Die Kraft der Feder 63 wird rasch durch den Differenzdruck überschritten, der an der Kappe 53 und Schulter 60 entsteht, und die Luchse 54 zusammen mit dem Ventilelement 70 bewegen sich aus der Schließstellung in die Offenstellung vom Ventilsitz 48 weg, wobei der Durchgang 74 für die Rückströmung unter Umgehung des Filterelements frei wird.

Die Arbeitsweise der Filtereinheit mit dem Koaxialventil ist folgende: Bei Vorwärtsströmung tritt diese in das Filtergehäuse I von der Leitung L 1 oder L 2 über den Einlaß 2 ein, geht weiter in die Kammer 4 und von da durch das Filterelement 26 zum Motor M, während Verunreinigungen und andere mitgeführte feste Bestandteile ausgefiltert werden. Die gefilterte Strömung geht durch die öffnungen 32 im Filterkern 30, in den offenen Durchgang 35 im Innern des Filterkerns. Das Ventilelement 50 hat sich unter ausreichendem Differenzsdruck zum Oberwinden der Belastung durch die Feder 64 von seinem Ventilsitz 52 abgehoben und den Durchgang 75 freigegeben, so daß die Strömung vom Durchgang 35 über den Durchgang 75 zwischen der

Ventilkappe 53 und dem Ventilelement 50 zur Öffnung 68 im Ventilelement 50 und über die Bohrung 55 zum Auslaß 3 des Gehäuses 1 und von da über die Leitung L1 oder L 2 zum Motor M verlaufen kann.

Bei fortdauerndem Betrieb wird das Filterelement 26 allmählich mit Verunreinigungen beladen, so daß die Strömung durch das Filterelement sich vermindert. Mit wachsender Undurchlässigkeit des Filterelements für die normale Strömung steigt der Differenzdruck am Filterelement an, und damit auch der Differenzdruck am O-Ring 59 und der Schulter 66 des Ventilelements 70. Unmittelbar bevor der Differentialdruck den kritischen Wert zum öffnen des Ventils erreicht, wird der Differenzdruckanzeiger 14 betätigt und gibt ein Signal ab. Das Filterelement sollte dann ausgewechselt werden. Geschieht dies nicht, so steigt der Differenzdruck weiter an. Schließlich erreicht er am O-Ring 59 und der Schulter 66 den kritischen Wert und übersteigt die Kraft der Feder 63, wodurch das Ventilelement 70 von seinem Sitz 48 abhebt und den Durchgang 74 für eine das Filterelement 26 umgehende Entlastungsströmung öffnet, und diese Strömung setzt sich so lange fort, bis der Zustand in Ordnung gebracht und das Filterelement ausgewechselt wird. Das Ventilelement 50 bleibt in der Offenstellung, solange der wirksame Differenzdruck hoch genug ist, um die Kraft der Feder 64 zu überwinden; ist dies nicht der Fall, so schließt das Ventilelement 50, aber die Umgehungsströmung über dem Durchgang 74 und das offene Ventilelement 70 hält trotzdem an.

Wenn das Filterelement 26 ausgewechselt werden soll, wird die Strömung abgeschaltet. Die Filterkappe 9 kann dann abgeschraubt werden, wodurch das Filterelement 26 freiliegt. Die Ventilelemente 50 und 70 sind geschlossen, so daß eine Drainage-Strömung von den Leitungen Ll und L 2 zum Motor M verhindert wird. Da das Filterelement 26 über der Buchse 40 im Preßsitz befestigt ist, kann es leicht abgezogen und durch ein frisches Filterelement ersetzt werden. Die Filterkappe 9 wird dann wieder aufgeschraubt. Um zu vermeiden, daß Luft in das System eingeführt wird, kann es zweckmäßig sein, die Filterkappe 9 vor dem Wiederanbringen mit dem strömenden Medium bzw. der Flüssigkeit zu füllen.

Im Falle die Strömung durch die Leitung L 1 oder L 2 und die Filtereinheit Fl oder F2 umgekehrt wird, gewährleistet das Koaxialventil, daß die nun in umgekehrter Richtung verlaufende Strömung nicht durch das Filterelement 26 hindurchgeht und die Verunreinigungen vom Filterelement 26 ablädt. Im Augenblick, wo die umgekehrte Strömung beginnt, kehrt sich der Differenzdruck am. Ventilelement 50 um und belastet nun die Schulter 57, so daß das Ventilelement gegen seinen Sitz 52 gedrückt und geschlossen wird. Damit wird die Strömung über den Durchgang 75 unterbrochen, worauf der Differenzdruck an der Ventilkappe 53, der Buchse 54 und dem Ventilelement 70 ansteigt, und einen ausreichenden Wert erreicht, um die Kraft der Feder 63 zu überwinden, und es wird nun die Buchse 54 mit dem Ventilelement 70 vom Ventilsitz 48 abgehoben unter öffnung des Durchgangs 74 für die umgekehrte Strömung unter Umgehung des Filters 26 in die Kammer 24.

Dieser Zustand hält ebenso lange an, wie die umgekehrte Strömung fließt Soweit die umgekehrte Strömung aufhört, fällt der die Ventilkappe 53, die Buchse 54 und das Ventilelement 70 offenhaltende Differenzdruck auf 0 ab, und die Feder 63 drückt das Ventilelement 70 gegen seinen Ventilsitz 48, wodurch das Ventil geschlossen ist. Das Ventilelement 50 bleibt weiterhin geschlossen, weil es nicht unter Strömung steht. Das Koaxialventil ist nun bereit, die Vorwärtsströmung aufzunehmen. Mit beginnender Vorwärtsströmung öffnet sich das Vcntilelement 50 wieder, wie schon vorher beschrieben wurde.

Aus Fig.4 und 5 ist ersichtlich, daß wenn das Ventilelement 70 sich in die Offenstellung bewegt, es das Ventilelement 50 mitnimmt, weil der Ring 65 gegen das untere Ende 76 des Ventilelements 50 anliegt. Das Ventilelement 70 bewegt sich jedoch nur eine relativ kurze Strecke in die Offenstellung (Fig. 5), und in der Offenstellung treibt der Ring 65 das Ventilelement 50 nicht vollständig in die Schließstellung; es bleibt vielmehr teilweise geöffnet, um die gefilterte Strömung aufzunehmen, die durch das Filterelement 26 hindurchströmen mag. Wenn es gewünscht ist, kann jedoch das Ventilelement 50 so angeordnet werden, daß es vollständig geschlossen wird, wenn das Ventilelement 70 öffnet, indem einfach die Weglänge beider Vcntilclcmente zwischen der offenen und geschlossenen Stellung gleich gemacht wird. Andererseits kann auch durch Verkürzen des Ventilelements 50 gewünschtenfalls erreicht werden, daß es nicht von dem Ring 65 erfaßt wird, gleich in welcher Stellung sich das Ventilelement 50 befindet.

Bei der Ausführungsform des in zwei Richtungen arbeitenden Koaxialventils zum Steuern einer Strömung nach der Erfindung gem. Fig. 7 bis 9 ist eine Buchse 80 vorgesehen, welche das rohrartige Gehäuse bildet.

Ein erstes rohrartiges Ventilelement 81 bewegt sich koaxial innerhalb eines zweiten rohrartigen Ventilelements 90, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung auf einen Ventilsitz 82 an einer Ventilkappe 83 zu oder von diesem fort, vobei die Ventilkappe 83 einen zentralen Durchgang 85 durch das Ventil verschließt und an dem zweiten Vcntilelement 90 befestigt ist. Das Ventilelement 81 ist normalerweise geschlossen (Fig. 8), es öffnet sich aber unter dem Differenzdruck bei Vorwärtsströmung durch das Ventil, der auf eine Schulter 84 an dem Ventilelement 81 einwirkt. Sowohl das Gehäuse 80 als auch die Ventilelemente 81 und 90 bestehen aus wärmebehandeltem Stahl.

Das zweite Ventilelement 90 befindet sich normalerweise in der geschlossenen Stellung (Fig. 7), öffnet aber unter dem Differenzdruck bei umgekehrter Strömung.

'•5 Das Ventilelement 90 wird in der Buchse 80 durch einen Flansch 96 gehalten, der gegen eine Schulter 97 der Buchse 80 anliegt, wenn das Ventil sich in der Offenstellung (Fig. 8) befindet. Das Ventilelement 90 kann sich innerhalb der Buchse 80 frei gegenüber einem Gehäuseteil 98 in und außer Berührung mit einem Ventilsitz 99 an der Oberfläche des Gehäuseteils 98 bewegen.

Eine Schulter 91 am Ventilelement 90 leitet zu einem Abschnitt 92 mit vermindertem Außendurchmesser über und begrenzt einen Raum 93 zwischen dem Äußeren des Ventilelements 90 und dem Innern des rohrartigen Gehäuses 80. Innerhalb dieses Raumes befindet sich eine Schraubenfeder 94, die dort durch einen Sperr-Ring 95 gehalten wird. Die Feder 94 drückt das Ventilelement 90 gegen den Ventilsitz 99 am Gehäuseteil 98.

Das Ventilelement 81 hat eine Schulter 84, die zu einem Endabschnitt 86 von vermindertem Durchmesser überleitet, der in der Schließstellung (F i g. 8) auf einem Ventilsitz 82 ruht Die innere Oberfläche der Schulter 84 dient als Widerlager für eine Schraubenfeder 87, deren anderes Ende gegen die Innenseite eines geflanschten Ringes 88 anliegt der durch einen in einer Nut des

Ventilelements 90 untergebrachten Haltering gelagert ist. Die Feder 87 hält das Ventilelement 81 gegen seinen Ventilsitz 82.

Unter der Wirkung der Belastung durch die Federn 87 und 94 wird also jedes Ventilelement 81 bzw. 90 in seiner einen Endstellung gegen seinen Ventilsitz 82 bzw. 99 gedrückt. In der anderen Endstellung sind die Venlilelemenle 81 und 90 von ihren Ventilsitzen 82 bzw. 99 fort bewegt und geben Durchgänge 100 bzw. 101 für die Strömung frei. Diese Bewegungen der Ventilelemente 81 und 90 werden vom Differenzdruck entgegen den Belastungen durch die Federn 87 bzw. 94 gesteuert.

Die Ventilelemente 81 und 90 sind koaxial und jedes ist in bzw. über dem anderen axial hin- und herbewegbar, unabhängig davon und ohne Rücksicht darauf, ob das andere ortsfest ist. Die beiden Ventilelemente sind genau und leckdicht ineinander eingepaßt, so daß keine zusätzliche Dichtung erforderlich ist, selbst wenn relativ hohe Differenzdrücke auftreten.

In gleicher Weise ist das Ventilelement 90 in der Buchse 80 hin- und herbewegbar und leckdicht in diese eingepaßt.

Die Buchse 80 ist gegenüber dem Gehäuseteil 78 durch einen Haltering 79 in fester Stellung gesichert.

Die Außenseite der Schulter 84 des Elements 81 ist dem Strömungsdruck von der einen Seite des Ventils her, zum Beispiel von der Pumpenseite her, ausgesetzt, und die Innenseite der Schulter ist dem Strömungsdruck von der anderen Seite, zum Beispiel von der Motorseite her, ausgesetzt.

Die Innenseite der unteren Kappe 83 und die Außenseite des Flansches 96 oben am Ventilelement 90 sind gleichfalls dem Druck von der anderen Seite, zum Beispiel der Motorseite her, ausgesetzt. Die Fläche der Schulter 91 ist dem Druck auf das Ventil von der ersten Seite, zum Beispiel der Pumpe her, ausgesetzt. Während der Vorwärtsströmung von der Pumpe zum Motor ist der Druck auf das Ventilclement 81 von der Pumpenseite her größer als von der Motorseite und der sich ergebende Differenzdruck auf die Schulter 84 wirkt im Sinne eines Abhebens des Elements 81 von einem Ventilsitz 82. Dieser Bewegung entgegen wirkt die Kraft der Feder 87, die das Ventilelement in Richtung auf seinen Sitz belastet, bis zu einem vorbestimmten Mindestwert des Differenzdrucks. Wenn die Kraft des Differenzdrucks auf die Schulter 84 die Belastung durch die Feder überwindet, bewegt sich das Ventilelement 81 von seinem Sitz 82 und gibt dabei den Durchgang 100 für die Strömung frei. Diese Ventilstellung wird eingehalten, während die Strömung weiter in Vorwärtsrichtung verläuft.

Das Ventilelement 90 ist so angeordnet, daß es während einer Rückströmung, zum Beispiel von dem Motor zur Pumpe hin, öffnet.Während der Rückströmung ist die Außenseite des Flansches 96 und die Innenseite der Kappe 83 dem Druck der Rückströmung auf der Motorseite des Ventils ausgesetzt, und auf die Außenseite der Schulter 91 wirkt der Druck auf der Pumpenseite des Ventils. Das Ventilelement 90 kann daher auf Differenzdruck bei Rückströmung ansprechen, die im Sinne eines Abhebens des Ventilelements 90 von seinem Sitz 99 wirkt. Bei Rückströmung ist der Druck gegen die Innenseite der Kappe 83 und dem Flansch 96 größer als der Druck auf die andere Seite des Ventilelements 90 gegen die Schulter 91. Die Druckfeder 94 hält normalerweise das Ventilelement 90 in der geschlossenen Stellung und es liegt keine Kraft vor, die im Öffnungssinne auf das Ventilelemenl 81 einwirkt, welches geschlossen bleibt. Der Druck der Rückströmung wirkt daher gegen die Kappe 83 und den Flansch 96. Die Belastung durch die Feder 94 wird rasch durch den Differenzdruck an der Kappe 83 und dem Flansch 96 überwunden, so daß das Ventilelement 90 sich aus der Schließstellung in die Offenstellung vom Ventilsitz 99

to fort bewegt, wobei der Durchgang 101 für die Rückströmung freigegeben wird, beispielsweise, um das Filterelement zu umgehen.

Bei dieser Ausführung des Ventils nach F i g. 7 bis 9 ist kein Entlastungs-Nebenschluß für die Strömung vorgesehen.

Die Arbeitsweise des Koaxialventils in dieser Ausführungsform ist folgende: Bei Vorwärtsströmung trifft diese auf das Ventilelement 81 und beaufschlagt die Schulter 84, während das Ventilelement sich in der geschlossenen Stellung (F i g. 8) befindet. Das Ventilelement 81 wird bei ausreichendem Differenzdruck der Vorwärtsströmung, um die Kraft der Feder 87 zu überwinden, von seinem Ventilsitz 82 in die Offenstellung (F i g. 7) bewegt, und gibt dabei den Durchgang 100 frei, so daß die Strömung über den Durchgang 85 innerhalb des Ventilelements 1 über das Ventil hinaus strömen kann. Während die Strömung in Vowärtsrichtung weitergeht, bleibt das Ventilelement 90 in der Schließstellung gemäß F i g. 7.

Wird die Strömung durch das Ventil umgekehrt, gewährleistet das Koaxialventil, daß die umgekehrte Strömung nicht über die Durchgänge 85 und 100 verläuft, sondern über den Durchgang 101 einen anderen Weg nimmt. Sobald die Umkehrströmung beginnt, wird der Differenzdruck am Ventilelement 81 umgekehrt, und beaufschlagt nun die Innenseite der Schulter 84, so daß keine Kraft mehr das Element 81 offen hält, sondern die Feder 87 das Element gegen seinen Sitz 82 in die Schließstellung treibt. Dadurch wird die Strömung über den Durchgang 85 gesperrt, worauf der Differenzdruck gegen die lnnseite der Kappe 83 und die Außenseite der Schulter 96 ansteigt, bis er die Belastung durch die Feder 94 überwindet, worauf das Ventilelement 90 von seinem Sitz 99 weg bewegt wird,

*5 und dabei den Durchgang 101 für die Rückströmung unter Umgehung des über den Durchgang 100 führenden Strömungswegs öffnet. Diese Ventilstellung ist in F i g. 8 gezeigt.

Diese Situation dauert, solange die Rückströmung fließt. Wenn die Rückströmung aufhört, fällt der die Kappe 83 und die Schulter 96 des Ventilelements 90 offenhaltende Differenzdruck auf 0 ab, und die Feder 94 bringt das Ventilelement wieder auf seinen Sitz 99 in die Schließstellung. Das Ventilelement 81 bleibt weiterhin geschlossen, wie in F i g. 8 gezeigt, weil keine Strömung stattfindet. Das Koaxialventil ist jetzt bereit, erneut eine Vorwärtsströmung aufzuehmen. Wenn die Vorwärtsströmung beginnt, öffnet sich das Ventilelement 81 wie vorher beschrieben.

Aus F i g. 7 und 8 ist ersichtlich, daß beim Bewegen des Ventilelements 90 in die Offenstellung das Ventilelement 81 mitgenommen wird, weil der Ring 88 aufliegt und die Kappe 83 am Ventilelement 90 befestigt ist. Das Ventilelement 81 wird jedoch durch diese Bewegung des Ventilelements 90 nicht geöffnet.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Koaxialventil, das auf den am Ventil abfallenden Differenzdruck einer in der einen und der anderen Strömungsrichtung durch einen Strömungskanai fließenden Fluidströmung anspricht, um Strömung je nach der Strömungsrichtung durch einen von zwei unterschiedlichen Ventilkanälen zu leiten, mit einem rohrförmigen Gehäuse, einem ersten und einem zweiten Ventilsitz im Gehäuse, mit einem ersten und einem zweiten Ventilelement, die innerhalb des Gehäuses koaxial angeordnet sind und getrennt in geöffnete und geschlossene Stellungen auf den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz hin bzw. von diesem weg verschiebbar sind, um den ersten bzw. den zweiten Ventilkanal zu öffnen oder zu schließen, und mit Voreinspanneinrichtungen, die die Ventilelemente in einander entgegengesetzte Richtungen vorspannen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventilelemente (50, 70; 81, 90) rohrförmig ausgebildet und konzentrisch ineinander angeordnet sind, daß jedes Ventilelement (50, 70; 81, 90) eine vom Differenzdruck der Strömung beaufschlagte Druckaufnahmefläche (57, 53; 84, 83) aufweist, an der das erste Ventilelement (50; 81) in eine erste Richtung auf den ersten Ventilsitz (52; 82) hin oder von diesem weg, und das zweite Ventilelement (70; 90) in eine zweite Richtung auf den zweiten Ventilsitz (48; 99) hin oder von diesem weg gegen die Kraft der Vorspanneinrichtung (63, 64; 87, 94) drückbar ist, daß beide Ventilelemente (60, 70; 81, 90) als Hubventile ausgebildet sind, so daß sie sofort öffnen bzw. schließen, wenn die Strömung in der betreffenden Richtung einsetzt bzw. aufhört.

2. Koaxialventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorspanneinrichtungen (63, 64; 87,94) Schraubenfedern vorgesehen sind, die am Umfang der Ventilelemente (50,70; 81,90) liegen.

3. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, innere Ventilelement (50; 81) einen offenen zentralen Kanal für die Fluidströmung besitzt.

4. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Ventilelement (50; 70) Bereiche mit relativ kleinem und relativ großem Durchmesser aufweisen, die durch ein Schulterteil (57, 66; 84) miteinander verbunden sind und die Druckaufnahmeflächen bilden.

5. Koaxialventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil geringeren Durchmessers beim zweiten, äußeren Ventilelement (70) mit dem rohrförmigen Gehäuse (40) einen Raum (72) begrenzt, in dem eine mit der Hin- und Herbewegung des Ventilelements (70) in diesem Raum (72) bewegbare Dichtung (59) aufgenommen ist.

6. Koaxialventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil kleineren Durchmessers des inneren, ersten Ventilelements (50) mit dem zweiten Ventilelement (70) einen Raum begrenzt, in den eine mit der Hin- und Herbewegung des Ventilelements (50) in diesem Raum bewegbare Dichtung aufgenommen ist.

7. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine rohrförmige Hülse (54) zwischen das erste und das zweite Ventilelement (50,70) eingesetzt und mit dem zweiten, äußeren Ventilelement (70) bewegbar ist,

und daß das innere Ventilelement (50) innerhalb der Hülse (54) zwischen der offenen und geschlossenen Stellung gegen oder von seinem Ventilsitz (52) weg bewegbar ist, der an der Hülse (54) angeordnet und mit dieser bewegbar ist.

8. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (54) eine Kappe (53) aufweist, die ein Ende der Hülse (54) abschließt, und daß das innere Ventilelement (50) gegen die Kappe (53) zum Schließen des Strömungskanals durch das innere Ventilelement ansitzt.

9. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Ventilelemente (70; 90) neben der vom Differenzdruck der Strömung aus einer Strömungsrichtung beaufschlagten Druckaufnahmefläche (53; 83) eine zv/eite Druckaufnahmefläche (66; 96) aufweist, die von Strömung aus der anderen Strömungsrichtung beaufschlagbar ist und das Ventilelement (70; 90) gegen die Kraft der Vorspanneinrichtungen (63, 64; 87, 94) öffnet und einen Durchgang für Entlastungsströmung freigibt.

10. Koaxialventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Differenzdruck der Strömung aus der einen Strömungsrichtung beaufschlagte Druckaufnahmefläche (53; 83) durch im Innenraum, und die zweite Druckaufnahmefläche (66; 96) durch im Außenraum des rohrförmigen Ventilelements (70; 90) einsetzende Strömung mit Druck beaufschlagbar ist.