DE2547912A1

DE2547912A1 - Rohrleitungssystem mit schutzvorrichtung gegen bruch und undichtigkeit

Info

Publication number: DE2547912A1
Application number: DE19752547912
Authority: DE
Inventors: Lennart Werner Freese
Original assignee: Samefa AB
Current assignee: Samefa AB
Priority date: 1974-10-28
Filing date: 1975-10-25
Publication date: 1976-05-06
Also published as: CA1031653A; NO138346C; FR2289836B1; JPS5165416A; DE2547912C3; JPS5526354B2; FI59464B; GB1515520A; FI752993A; FI59464C; NO753474L; US4004607A; NO138346B; FR2289836A1; DE2547912B2

Description

Patentanwalt

Dipl.-ing. HELMUT PFlSTER

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D-894 MEMMINGEN/BAYERN

Buxacherstraße 9

Telefon (08331) 3183 O C / "7 Q

4ÜKU97 5

Firma Aktiebolaget SAMEPA, Karlbergsvägen 77,
113 35 Stockholm / Schweden

Rohrleitungssystem mit Schutzvorrichtung gegen
Bruch und Undichtigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichung
für Rohrleitungen, die Flüssigkeiten fördern, beispielsweise für hydraulische Anlagen, und besteht insbesondere aus einem Ventil, das bei Bruch oder auch bei einer meßbaren Undichtigkeit eines Schlauches oder einer Röhre zur Anwendung kommt.

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Derartige Ventile werden beispielsweise bei hydraulischen Baggerarbeiten, bei Hebe- und Ladevorrichtungen angewandt und sollen in erster Linie verhindern, daß das von der Maschine hydraulisch bewegte Gerät, beispielsweise der Greifer eines Baggers, plötzlich herunterfällt, wenn einer das Drucköl zum hydraulischen Zylinder oder den Zylindern fördernde Schlauch reißen sollte, solange der Greifer in angehobener Stellung ist. Ein derartiger Zwischenfall kann katastrophale Folgen haben und ist ein Gefahrenraoment bei allen Maschinen oder Vorrichtungen der in Rede stehenden Art.

Um solche Unfälle zu vermeiden, werden die sogenannten Schlauchbruchventile angebracht, und zwar in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung des oder der in Betrieb befindlichen Zylinder, d.h. vor dem Hochdruckschlauch, der den oder die Zylinder mit dem Ventil der Maschine und dem Tank oder der ölwanne verbindet. Ein derartiges Schlauchbruchventil kann als ein "umgekehrtes" Ventil ohne Rücklauf oder als Kortrollventil bezeichnet werden, wobei der Ventilkörper unter der Wirkung einer Feder in eine geöffnete Stellung gebracht und so ein freier Fluß durch das Ventil in beide Richtungen möglich wird. Wenn jedoch die Durchflußmenge durch das Ventil, oder genauer gesagt von dem Zylinder durch den Rücklaufschlauch zum Arbeitsventil, einen gewissen vorbestimmten Wert übersteigt, was bei einem Bruch des Schlauches bei hohem Rücklaufdruck der- Fall ist, ist die Feder- und Ventilanordnung so getroffen, daß das Ventil unter der Wirkung der Durchflußmenge den Federdruck überwindet und das Ventil geschlossen wird. Der Auslaß aus dem Zylinder wird somit blockiert und die Bewegung des Arbeitsgerätes zum Stillstand gebracht.

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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Sicherheitsventil der beschriebenen Art zu schaffen, das diese Nachteile verhindert. Das Ventil ist mit einer Kontrollvorrichtung ausgerüstet, die bei normalem Betrieb ein . Blockieren der Flüssigkeit verhindert, die jedoch sicherstellt, daß sich das Ventil nur in dem Augenblick schließt, wenn ein Schlauchbruch oder eine erhebliche Undichtigkeit tatsächlich gegeben ist, so daß das Ventil den Durchfluß vom Zylinder oder den Zylindern blockiert.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsventils gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise der Ansicht der Fig. 1 in einem größeren Maßstab,

Fig. 3 ein Druckdiagramm der Druckbedingungen innerhalb eines Teils des Flüssigkeitsleitungssystems mit einem erfindungsgemäßen Ventil und

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend der Fig. 1 mit einer abgewandelten Ausführungsform des Absperrventils in einer Ventilvorrichtung gemäß der Erfindung.

In der Fig. 1 ist ein Leitungsabschnitt, in diesem Falle zur Förderung einer Flüssigkeit, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei die Leitung aus einem

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biegsamen Schlauch 46, der Teil der hydraulischen Verbindung sein kann, einem doppelt wirkenden Hebezylinder L einer Ladevorrichtung und einem Arbeitsventil M besteht. Dieses Ventil wirkt an seiner einen Seite mit dem Hebezylinder durch die Zuleitung 13 und die Rückleitung 12 und an seiner anderen Seite mit der hydraulischen Druckerzeugung, beispielsweise der Pumpe P und der ölwanne S zusammen. Die biegsame Leitung oder der Schlauch 46 ist mit der Rückleitung 12 verbunden und ein Absperrventil 20 ist in erfindungsgemäßer Weise am Eintritt des Schlauches 46 angebracht. Das Absperrventil 20 besteht aus dem Gehäuse 16 mit den Eintritts- und Austrittsöffnungen 14 und 15 und der Durchgangsleitung 21, in der der Ventilkörper 18 axial beweglich angeordnet ist.

Der Ventilkörper ist gleitend an den Wänden des Kanals 21 vorgesehen und wird geführt teils durch an ihm rundum verlaufende Rippen 17 und teils durch einen zylindrischen Führungsansatz 22. Der Führungsansatz 22 ist gleitend in.einer Vertiefung des Ventilgehäuses angeordnet, das den Ventilsitz 28 aufnimmt. Der Führungsansatz 22 weist Aushöhlungen 23 auf, so daß in der geöffneten Stellung (Fig.l) die Flüssigkeit frei den Ventilkörper 18 passieren und durch die öffnungen oder Aushöhlungen des Führungsansatzes 22 in den Schlauch 46 fließen kann. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, läuft das rechte Ende 26 des Ventilkörpers 18 konisch aus und wirkt so zur Schließung des Ventils mit dem Ventilsitz 28 zusammen.

Das Absperrventil 20 ist in der gezeigten geöffneten Stellung mittels der Verriegelungselemente 30 gehalten, welche Verriegelung in ihrer einfachsten Ausführung aus einem Kolben 36 im Zylinder 39 im Ventilgehäuse 16 besteht.

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Der Verriegelungskolben 36 weist eine Zunge 34 auf, die in den Schlitz oder die Vertiefung 24 des Ventilkörpers nach Fig. 1 einrastet, und der Verriegelungskolben 36 wird durch die Feder 38 in die gezeigte Verriegelungsstellung gezwungen. Die Verriegelungselemente 30 werden durch den Durchflußfühler 100 am Austrittsende des Schlauches 46 kontrolliert, jedoch nicht direkt durch den Fühler 100, sondern indirekt durch ein Sicherheitsventil 50 für die Durchflußmenge, nachstehend Steuerventil bezeichnet.

Das Steuerventil 50 befindet sich im Gehäuse 16 des Absperrventils 20 und besteht aus der Ventilkugel 52, die mit dem Ventilschieber 54 in Form eines kleinen beweglichen Kolbens zusammenwirkt. Die Kugel 52 ist in der zylindrischen Kammer 56 untergebracht und dichtet gegen den Sitz 58 ab, wobei der Dichtdurchmesser d. im allgemeinen mit dem Durchmesser der daneben liegenden Kammer 60 übereinstimmt. Über die Leitung 62 ist die Kammer 60 in Verbindung mit der Kammer 39 unter dem Verriegelungskolben 36. Der Ventilschieber 54 ist mit einem im allgemeinen zentralen Bund 64 versehen, während die Teile des Schiebers rechts und links dieses Bundes als vorstehende Stutzen 63 und 65 ausgebildet sind mit dem gleichen Durchmesser d2 wie der Durchmesser der Kammer 56, die die Kugel 52 aufnimmt. Der linke Stutzen 65 des Ventilschiebers ist gleitend in der Kammer 56 untergebracht, während der rechte Stutzen 63 des Schiebers gleitend in der Kammer 66 vorgesehen ist. Ein Zapfen 67, der in das Gehäuse 16 geschraubt werden kann, verschließt das Steuerventilsystjem nach außen.

Der zylindrische Bund 64 des Ventilschiebers 54 hat einen Außendurchmesser dj und befindet sich in der Kammer 68, die einen größeren Durchmesser aufweist. Durch die Wirkung der Feder 72 kann der Bund jedoch auch nach links in die Kammer

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mit dem gleichen Durchmesser d-, bewegt werden. Die Kammern 56 und 66 mit dem gleichen Durchmesser d~ stehen in Verbindung durch die Leitung 75 im Ventilschieber 54 und den VorSprüngen 76 am linken Ende des Schiebers, d.h. am Ende des Ventilstitzea 65. Durch die radialen Kanäle oder Vorsprünge im Zapfen 67 und einen Kanal 74 in dem Gehäuse l6 steht die Kammer 66 weiter in Verbindung mit der Austrittsöffnung des Absperrventils (Fig. 2).

Der Durchflußfühler lOO" an der Austrittsöffnung des Schlauches 46 besitzt keine beweglichen Teile und besteht aus einer gelochten Blende oder Venturi-Verengung und bewirkt in an sich bekannter Weise ein Drucksignal bezüglich des Durchflußvolumens. Der Fühler 100 besteht aus einem Gehäuse mit der Durchgangsleitung, zwischen deren Eintrittsöffnung 104 und Austrittsöffnung IO6 die Verengung 105 vorgesehen ist. Der Druck an der Eintrittsöffnung 104,d.h. an der Eintrittsöffnung der Verengung 105 wird über die Leitung IO8 in dem Gehäuse 102 gefühlt, während der Druck an der Austrittsöffnung 106 über die Leitung 109 gefühlt wird. Mittels des flexiblen Doppelschlauches 80, bestehend aus einem inneren Schlauch 82, der vom Schlauch 84 umgeben ist, ist der Durchflußfühler mit dem Absperrventil 20 verbunden, während der Innenschlauch mit der Leitung 109 und der Außenschlauch 84 mit der Leitung in Verbindung stehen. Der Druckabfall zwischen der Eintrittsbzw. Austrittsöffnung der Venturi-Verengung 105 wird somit über die Schläuche 84 und 82 auf das Absperrventil 20 übertragen, so daß der Schlauch 84 mit der Kammer 68 über die Leitung 69 im Gehäuse l6 und der Schlauch 82 mit der Kammer 70 über die Leitung 71 in Verbindung stehen.

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Wenn das Steurventil 50 sich in der Ausgangstellung (Pig. I) befindet, wenn also der Schieber 54 in der Endstellung links steht, sind die Kammern 70 und 68 an der linken bzw. rechten Seite des Bundes 64 des Schiebers voneinander getrennt, da der Bund in dieser Stellung in die Kammer 70 gleitet und die Wände dichtend umschließt. Aus der obigen Beschreibung der Leitungen für den Durchflußfühler ergibt sich, daß in dieser Stellung des Steuerventils der Druck an der Eintrittsöffnung des Fühlers auf die rechte Seite des Bundes 64 wirkt, und zwar über die Leitung 108, den Schlauch 84, die Leitung 69 und die Kammer 68, während der Druck an der Austrittsöffnung des Fühlers über die Leitung IO9, den Schlauch 82, die Leitung und die Kammer 70 auf die linke Seite des Bundes 64 übertragen wird.

Die Arbeitsweise der Ventilvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist nachstehend beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, daß der Schlauch 46 unbeschädigt ist, daß also keine Undichtigkeit zwischen dem Ventil 20 und dem Durchflußfühler 100 besteht und daß die Flüssigkeit ohne Verlust vom Zylinder L inRichtung der Pfeile durch den Schlauch 46 läuft. Aufgrund des Durchströmens entsteht ein Druckabfall im Sperrventil 20, der mit Δ Pi bezeichnet ist. In Fig. 3 sind die wichtigsten Teile der Anordnung dargestellt sowie ein Druckdiagramm bezüglich der Druckverhältnisse im Leitungssystem. Im Diagramm stellt die Linie A-B-C-D den Druckabfall vom Eintritt des Ventils zum Austritt des Durchflußfühlers dar. Der Druckabfall im Fühler zwischen den Punkten C und D ist mit Δ p~ bezeichnet. Da kein Durchfluß durch den Steuerschlauch 80 stattfindet (wie in Fig.l dargestellt , ist die Verbindung zwischen den Teilen 82 und 84 des Steuerschlauches durch den .Bund 64 des Ventilschiebers 54 unterbrochen, der in dieser Stellung

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die Kammern 68 und 70 voneinander trennt), herrscht in der Kammer 68 der gleiche Druck wie in Punkt C, d.h. in der Leitung 108 des Durchflußfühlers, während in der Kammer 70 der gleiche Druck herrscht wie in Punkt D, d.h. in der Leitung 109 des Fühlers. Der Druckabfall p₂, der durch die Venturi-Verengung 105 bedingt im Fühler 100 herrscht, entspricht dem Druckabfall im Bund 64 des Schiebers und wirkt auf den Bund als Kraft nach links (Fig. 1) für die angenommene Strömungsrichtung durch den Durchflußfühler. Unter Beibehaltung der oben erwähnten Durchmesserbezeichnungen beträgt diese Kraft:

Ap₂ S^·^¹- Δρ,-α

,α,

Die Kugel 52 wird auf der anderen Seite durch eine nach rechts gerichtete Kraft bewegt, welche Kraft dem Druckabfall im Absperrventil entspricht. Die Kammer 60, die mit der Kammer 39 unter dem Verriegelungskolben 36 über die Leitung 62 verbunden ist, unterliegt dem gleichen Druck wie der Druck im Bereich der Eintrittsöffnung des Absperrventils, während die Kammer 56, in der der Druck auf die rechte Seite der Kugel 52 wirkt, mit <&er Austrittsöffnung des Absperrventils durch die Leitungen 75 und Ik verbunden ist. Da der Druck hier niedriger ist, wirkt auf die Kugel eine Kraft nach rechts, Unter Berücksichtigung des wirksamen Dichtungsdurchmessers d^ des Sitzes der Kugel 58 (Fig. 2) kann diese Kraft wie folgt berechnet werden.

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Berücksichtigt man die Kraft der Feder 72 nicht, verbleibt also der Schieber 54 in seiner linken Position gemäß Pig. I unä die Kugel 54 in der Schließstellung, wobei der Austritt aus der Leitung 62 und gleichzeitig aus der Kammer 39 hinpin'prf-, wird, erscibt sich folgende Berechnung.

^F > ^Fv " *

vh

V Δρ,·Α_>Δρ,·Α₁, or =.'2>-·.

Wenn beispielsweise das Plächenverhaltnis A^/Ap =1:4 angenommen wird, muß die Venturi-Verengung oder die gelochte Blende 105 so bemessen sein, daß Δ P2 größer als 0,25 χ Δ P₁ ist für den gleichen Durchfluß durch das Absperrventil und den Durchflußfühler. Der Verriegelungskolben 36 steht mit seiner Feder 34 in Eingriff mit dem Ventilkörper l8 und verhindert somit ein Schließen des Ventils, da der Austritt aus der Kammer 39 auf der unteren Seite des Verriegelungskolbens geschlossen ist.

Wenn die oben beschriebenen Bedingungen für einen bestimmten Durchfluß durch den Schlauch 46 maßgeblich sind, so gelten sie auch für andere Durchflußwerte, da die Druckabfälle Δ P₁ und Δ P2 i^m gleichen Verhältnis variieren, d.h. proportional zum Quadrat des Durchflusses.

Wenn dagegen im Schlauch 46 eine meßbare Undichtigkeit auftritt, beispielsweise am Punkt E in der Fig. 3, verringert, sich der Druckabfall sowohl in dem Schlauch nach diesem Punkt E als auch im Durchflußfühler aufgrund der geringeren Durchflußmenge.

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Das Druckdiagramm entspricht dann demjenigen in Fig. 3 mit den Bezeichnungen A-B-E-D'-D¹. Der Druckabfall C-D¹ ist dann Δ p.,. Verringert sich die Durchflußmenge beispielsweise um 30$, d.h. auf 70% des Durchflusses durch das Ventil am Eintritt in den Schlauch, ergibt sich

Δρ₂'~ 0.5Δρ₂

Für ein angemessenes Durchmesserverhältnis d-j : d^ gelten folgende Werte

Die Kugel 52 und der Ventilschieber 54 verlagern sich nach rechts (Fig. 2), damit die Flüssigkeit von der Leitung 62, vorbei an der Kugel 52 in die Kammer 56 und weiter durch die Vorsprünge 76 zur Leitung 75, dann zur Kammer 66 und zur Kammer 74 zur Austrittsöffnung des Ventils 20 fließt. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Ober- und Unterseiten des Verriegelungskolbens 36 wird der Kolben nach unten gedruckt und gibt den Ventilkörper l8 frei, der dann sofort durch die Strömung nach rechts gedrückt wird und somit die Austrittsöffnung aus dem Ventil schließt, d.h. den Durchfluß vom Zylinder L blockiert.

Die gleiche Wirkung tritt ein, falls im Schlauch 46 eine noch größere Undichtigkeit auftritt oder der Schlauch vollständig reißen sollte. In diesem letzteren Falle sinkt der vom Durchflußfühler gemessene Druck auf Null, d.h.Δ P₂ = 0.

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Die beschriebene Ventilvorrichtung dient also als Monitor, der freien Durchfluß erlaubt, solange der kontrollierte Leistungsabschnitt (in diesem Falle der Schlauch 46) unbeschädigt ist, der jedoch im Falle einer Undichtigkeit den Durchfluß sofort und automatisch arretiert.

Fließt die Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung, d.h. gegen die Pfeilrichtung nach Fig.l, so findet der Druckabfall in der in Fig.3 entgegengesetzten Richtung statt. Der Ventilschieber 54 bewegt sich dann nach rechts, wie in den Figuren dargestellt, und die beschriebene Verbindung zwischen der Kammer 39 unter dem Verriegelungskolben 36 und dem Austritt des Absperrventils ist somit hergestellt. Wenn ein Schlauchbruch oder eine erhebliche Undichtigkeit <im Schlauch oder seinen Anschlußleitungen auftritt und der Fluß zum Hubzylinder L sich wendet und aus dem Zylinder strömt, wird der Verriegelungskolben unverzüglich aus dem Weg gedrückt, und der Ventilkörper kann am Sitz 28 anliegen und den Durchfluß vom Zylinder blockieren.

Bei normalen Bedingungen besteht bei einer Durchflußrichtung zum Zylinder L ein zweiter Durchfluß durch den Schlauch 80, was auf die Schwenkung nach rechts des Schiebers 54 zurückzuführen ist. Wie insbesondere aus Fig.2 hervorgeht, ist die Verbindung zwischen den Kammern 70 und 68 offen und der Druckabfall beim Durchflußfühler bedingt eine bestimmte Durchflußrichtung von der. Leitung 109 des Fühlers, zum inneren Schlauch 82, den Kammern und 68 und wieder zurück durch den äußeren Schlauch 84 zur Leitung 108 des Durchflußfühlers. Durch die ständige Zirkulation des Öls im Kontrollschlauch bleibt die Temperatur konstant. Dies ist insbesondere bei sehr kaltem Wetter vorteilhaft, wenn bei einem größeren Abstand des Absperrventils vom Durchflußfühler die Temperatur des Öls im Kontrollschlauch so hoch wie möglich sein soll, um die Reaktionszeit der Vorrichtung optimal kurz zu halten. Da die beiden Bestandteile des Kontrollschlauchs ineinander angeordnet sind, muß nur der Außenschlauch dem Druck des ganzen Systems

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standhalten, welcher Druck bei ölhydraulischen Anlagen einige Hundert atü betragen kann, während der innere Schlauch nur entsprechend der Druckdifferenz Δ Pp im Durchflußfühler dimen- . sioniert sein muß, also für max. ca. 10 atü. Auf diese Weise ist die Anordnung des Kontrollschlauchsystems erheblich einfacher und billiger und insbesondere platzsparender, als wenn zwei getrennte Schläuche benützt werden.

In Fig. 1 ist die Verbindung der Kammer 39 unter dem Verriegelungskolben 36 mit der" Austrittsöffnung des Absperrventils 20 und dem dort herrschenden niedrigeren Druck dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, den Druck im der Kammer 39 zu einem Punkt bei oder nahe der Eintrittsöffnung des Fühlers 100 zu verlegen, d.h. zum Austritt aus dem Schlauch 46. In diesem Falle wird der Druck durch den Schlauch 80 abgeleitet, und das Steuerventil mit der Ventilkugel 52 wird mit dem Durchflußfühler in der gleichen Weise zusammengefügt wie in seiner Verbindung mit dem Absperrventil 20. Es ist selbstverständlich auch möglich, das Absperrventil in Form einer Kugel 52, die gegen den Sitz 58 abdichtet, durch andere Mittel zu ersetzen, beispielsweise wird der Ventilschieber 54 mit einem Ansatz verlängert, der im Zusammenwirken mit den Öffnungen als Absperrventil mit der gleichen Funktion wie das erwähnte Kugelventil arbeitet.

Eine abgewandelte Ventilvorrichtung gemäß der Erfindung -ist in Fig.4 dargestellt und besteht aus einem Absperrventil 120 und einem Durchflußfühler 100, die jeweils am Eintritt in und am Austritt aus dem kontrollierten Leistungsabschnitt, beispielsweise dem erwähnten Schlauch 46, angebracht sind. In diesem Falle besteht das Absperrventil aus dem Ventilgehäuse Ho mit der Abdeckung 115, mit den Ein- und Austrittsöffnungen 14 und sowie einem Ventil in Form einer Spindel II8, die in die im allgemeinen quer zur Ein- und Austrittsöffnung verlaufende zylindrische Bohrung 133 gleitet. Eine'Druckfeder 150 hält

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die Spindel normalerweise nach oben (Pig.l) und ermöglicht somit einen freien Durchfluß durch das Ventil.

In diesem Ausführungsbeispiel dient die Spindel 118 nicht nur als Absperrventil, sondern auch als Druckvergleichsvorrichtung. Für diesen Zweck ist die Spindel mit folgenden zusätzlichen Merkmalen ausgestattet. Erstens ist die Spindel durch eine Verengung 132 in die oberen und unteren zylindrischen Endstücke

117 und 119 aufgeteilt. Zweitens teilt die Spindel selbst die Bohrung in Kammern auf, und zwar die oberen und unteren Endkammern 134 bzw. 152 (die untere Kammer ist die Abdeckung 115), und die mittleren Kammern 124 und 126 um die Verengung 132 der Ventilspindel. Diese Kammern besitzen einen etwas größeren Durchmesser als die Bohrung 133 und sind durch den schmalen Bund 128 getrennt, welcher den gleichen Nenndurchmesser wie die Bohrung aufweist. Die Kammer 124 steht mit der Ventileinlaßöffnung oder Einheit 14 mittels der Leitung 122 in Verbindung, während die Kammer 126 mit der Auslaßöffnung oder Einheit 15 über die Leitung 130 verbunden ist. Die Spindel 118 besitzt weiter eine zentrale Leitung 136, die die obere Kammer 134 mit einer Querleitung 140 in der Spindel unter der Verengung 132 für den nachstehend beschriebenen Zweck verbindet.

In der normalen oder Ausgangsposition wird die Ventilspindel

118 durch die Zunge 15O nach oben gehalten und in dem Ventil 120 vom Eintritt 14 zum Austritt 15 besteht ein freier Durchfluß.

Der Durchflußfühler 100 ist identisch mit dem Fühler in dem Ventil gemäß Fig.l. Zwischen der Eintritt- und der Austrittseite des Fühlers kommt es zu einem Druckabfall, der durch den Doppelschlauch 80 zum Absperrventil 120 weitergegeben wird. Im vorliegenden Fall steht nun der äußere Schlauch 84 in Verbindung mit

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der unteren Kammer 152 der Bohrung 133 mittels der Leitung 144 in der Abdeckung 115 des Gehäuses 116, während der innere Schlauch 82 mit der Querleitung 140 der Spindel 118 mittels der Leitung 142 verbunden ist und somit über die mittlere Leitung 136 der Spindel mit der oberen Kammer 134 der Bohrung 133·

Auch in der Ausführungsform nach Fig.4 ist die Eintrittsöffnung des Absperrventils 120 über die Zufuhrleitung 12 mit einem hydraulisch arbeitenden Zylinder L verbunden, der beispielsweise Teil einer hydraulischen Lade- oder Baggervorrichtung ist, wobei das Ventil an dem Ende des 'Zylinders angebracht ist, das bei Absenkberwegungen als Austrittsöffnung dient. Das andere Ende des Zylinders, welches bei Absenkbewergungen demgemäß als Eintrittsöffnung wirkt, ist über die Rückleitung 13 mit dem öffnungsventil M verbunden, wobei dieses Ventil wiederum mit dem Austritt IO6 aus dem Durchflußfühler 100 und somit auch mit dem Austritt aus dem kontrollierten Leistungsabschnitt, also dem Schlauch 46, verbunden ist.

Nachstehend ist die Arbeitsweise der in Rede stehenden Ventilvorrichtung beschrieben, und es wird darauf hingewiesen, daß die Druckvergleiche genau denjenigen entsprechen, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig.l gemacht und im Druckdiagramm in Fig.3 dargestellt wurden, und somit auch für die Ventilvorrichtung nach Fig.4 gelten.

Wie schon erwähnt, nimmt bei normalen Bedingungen die Ventilspindel 118 die in Fig.4 gezeigte obere Lage ein, die durch das Ventil rund um die Verengung 132 einen freien Durchfluß gestattet. Beim Durchfließen des hydraulischen Mediums durch das Ventil ergibt sich ein gewisser Druckabfall, der in erster Linie bedingt ist durch die Durchflußrichtung um die Verengung herum von der unteren zur oberen der mittleren Kammern 124 bzw. 126 (Fig.4) vorbei am Bund 128, der die Kammern trennt. Demgemäß herrscht in der 'unteren' Kammer 124 entsprechend Punkt A im Druckdiagramm

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nach Fig.3 ein höherer Druck als in der oberen Kammer 126, d.h. Punkt B im Druckdiagramm. Der Druckabfall ist mit Δ ρ ^ bezeichnet und bewirkt eine nach unten gerichtete Kraft F. auf die Ventilspindel 118 in der Größenordnung:

TUdJ- df) _Λ

wobei A₁ die wirksame Fläche der Spindel ist (Fig.4). Ein Druckabfall Δ P₂ entsteht gleichzeitig im Durchflußfühler 100, und der höhere Druck (Punkt C in Fig.3) wird über den Außenschlauch 84 des Kontrollschlauches 80 zur Kammer 152 am unteren Ende der Ventilspindel 118 geleitet, während der niedrigere Druck (Punkt D in Fig.3) durch den inneren Schlauch 82 des Kontrollschlauches zur Kammer 134 am oberen Ende der Spindel geleitet wird. Der Druckabfall in den Kammern 152 und 134 bewirkt eine nach oben gerichtete Kraft F auf die Ventilspindel 118:

Um das Ventil in geöffneter Stellung zu halten, ist also folgendes Bedingung:

F_v > ^Fh
A₁; or Δρ_2>Α,

wobei die Wirkung der Rückhaltezunge 150 unberücksichtigt bleibt.

Ist die gelochte Blende oder die Verengung 105 des Fühlers derart bemessen, daß diese Bedingung für einen gewissen Durchfluß vom Zylinder L durch das Ventil 120 gegeben ist, so bleibt das Ventil selbst für andere Durchflußvolumen geöffnet, solange der Schlauch 46 unbeschädigt ist.

Wenn dagegen eine erhebliche Undichtigkeit im Schlauch 46,

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d.h. am Punkt E nach Fig.3 während der Absenkbewegung des Zylinders L auftritt, so vermindert sich der Durchfluß durch den Fühler 100 im Verhältnis zum Fluß durch das Ventil 120, und
das Druckdiagramm verändert sich entsprechend der Linie A-B-E-D'-D' in Fig.3· Sinkt der Druck in der Durchflußkammer auf p~, wenn also die nach oben gerichtete Kraft F auf die Ventilspindel auf

F_v' = Δρ₂'·Α₂< F_h

reduziert wird, bewegt sich die Ventilspindel 118 nach unten
(Fig.4). Diese Bewegung resultiert aus der unterbrochenen Verbindung zwischen der Querleitung l40 und der Leitung 142. Die Querleitung kommt stattdessen in Verbindung mit der Leitung 138, die direkt zur Eintrittsöffnung 122 des Ventils führt. Der hier
herrschende Druck (Punkt A in Fig.3) wird also durch die Querleitung l40 und die mittlere Leitung I36 zur Kammer I34 an der oberen Seite der Ventilspindel II8 geleitet, so daß die Spindel einer erheblichen nach unten gerichteten Kraft ausgesetzt ist. Die Bewegung der Spindel nach unten wird hierdurch sehr beschleunigt und ein schnelles und vollständiges Blockieren des
Durchflusses durch das Ventil wird durch den dichtenden Anschlag des oberen Endstückes 117 am Bund 128 bewirkt. Bei Schlauchrissen, wenn der Fluß durch den Fühler 100 vollständig abbricht, arbeitet die Anordnung naturgemäß auf die gleiche Weise.

Bei einem Durchfluß in entgegengesetzter Richtung, d.h. wenn
der Zylinder L eine Hebebewegung ausführt, ist die Richtung der Druckabfälle im Absperrventil 120 und im Fühler 100 umgekehrt. Dies bedeutet, daß die Ventilspindel II8 mittels der Feder 150 unabhängig von den Druckabfällen offengehalten wird. Wenn jedoch der Schlauch 46 in dieser Stellung reißt, kehrt sich die Durchflußrichtung sofort wieder um, und das Arretierventil 120
schließt sich, wie oben beschrieben.

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Die Arbeitsweise der Ventilvorrichtung wie umseitig beschrieben stimmt im Prinzip vollständig mit der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig.l überein und gleicherweise entspricht sich der Aufbau beider Ventilvorrichtungen. Hinsichtlich des Absperrventils selbst ist offensichtlich, daß das Ventil nach Fig.4 weitgehend vereinfacht wurde, und zwar sowohl hinsichtlich einer Anzahl von konstruktiven Details als auch hinsichtlich der Herstellung. Dies bedeutet nicht nur, daß das abgewandelte Ventil viel einfacher und deshalb billiger in Serien herzustellen ist, sondern auch, daß das Risiko von Störungen im Betrieb durch Verunreinigungen im hydraulischen System weitegehend verringert wird.

Die Beschreibung der Ventilvorrichtung berücksichtigt nur einige Anwendungsbeispiele, jedoch ist die Vorrichtung nicht auf diese Beispiele beschränkt und kamm im Rahmen des grundlegenden Erfindungsgedankens vielfältig abgewandelt werden.

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Claims

Patentansprüche

Ventilvorrichtung zum Schutz von Leitungssystemen gegen unbeabsichtigten Druckabfall, der beispielsweise bei Bruch oder Undichtigkeit im System auftritt, wobei die Vorrichtung an besonders exponierten Abschnitten des Leitungssystems zur Kontrolle angebracht ist, beispielsweise an einem biegsamen Schlauch, und automatisch den Durchfluß durch einen solchen Abschnitt'bei unerwünschten Druckveränderungen zum Stillstand bringt, dadurch gekennzeichnet., daß ein Absperrventil (20, 120) an der Eintrittsöffnung des kontrollierten Abschnittes (46) angebracht ist, welches Ventil bei normalem Betrieb geöffnet ist und der durchlaufenden Flüssigkeit einen geringfügigen Widerstand entgegensetzt, der einen gewissen Druckabfall (Δ p., Pig. 3) bewirkt, während ein Durchflußfühler (100), bestehend aus einer an sich bekannten gelochten Blende oder Venturi-Verengung (105) und worin die durchfliegende Flüssigkeit einem Druckabfall Δ p₂ entsprechend der Durchflußmenge ausgesetzt ist, an der Austrittsöffnung des Abschnittes , angebracht ist, wobei das Absperrventil (20, 120)

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und der Durchflußfühler (100) mit einer Druckvergleichsvorrichtung (50, 118) in Verbindung stehen, die den Druckabfall ( Δ ρ bzw. Δ ρ ) im Bereich des Absperrventils und des Tasters vergleicht und bewirkt, daß das Absperrventil (20, 120) den Durchfluß in den Abschnitt des Leitungssystems (46) sperrt, wenn das Verhältnis ^ p₂

Δ P₁

des Druckabfalls im Durchflußfühler (100) zum Druckabfall im Absperrventil (20, 120) unter einen bestimmten Wert Δ P₂I sinkt.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, in der das Absperrventil (20) aus einem Gehäuse (16) mit einer Eintrittsöffnung (14), einer Durchflußleitung mit einem Ventilsitz (28) und einer Austrittsöffnung besteht, wobei ein beweglicher Ventilkörper (18) an der Eintrittsöffnung des Ventilsitzes angeordnet ist und der Ventilkörper durch Verriegelungselemente (30) daran gehindert wird, im Sitz einzurasten und das Ventil unter der Wirkung der durchfließenden Flüssigkeit zu schließen, welche Verriegelungselemente (30) aus einem beweglichen Verriegelungskolben (36) bestehen, der in einer zylindrischen Kammer (39) gleitend angeordnet ist und den Ventilkörper (l8) mit einem Vorsprung oder Zunge (34) umgreift, wobei der Kolben (36) an seiner oberen Seite oder der Seite mit der Zunge (34) durch den an der Eintrittsöffnung des Absperrventils (20) herrschenden Druck in Bewegung gesetzt wird, während er an seiner unteren der Zunge (34) abgewandten Seite durch den Druck in seiner Kammer (39) sowie eine Feder oder Rückhaltevorrichtung (38) in Bewegung gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,

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daß eine Leitungsverbindung (64, 75, 74) von der Kammer (39) an der Eintrittsseite des Verriegelungskolbens (36) zur Austrittsseite des Absperrventils führt, welche Leitungsverbindung in der Regel durch ein Hilfsventil (52, 58) in der Druckvergleichsvorrichtung (50) unterbrochen ist, jedoch zur Schließung des Absperrventils (20) mittels des Hilfsventils (52, 58) geöffnet wird, wodurch der Druck in der Verriegelungskolbenkammer sich dem niedrigeren Druck am Austritt des Absperrventils angleicht und der Kolben aus seiner Verriegelung mit dem Ventilkörper (18) unter der Wirkung des höheren Drucks an seiner Oberseite gelöst wird j so daß der Ventilkörper in seinen Sitz (28) einrasten kann.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvergleichvorrichtung (50) einen beweglichen Kolbenschieber· (54) aufweist, der einerseits den an den Eintritts- und Austrittsöffnungen des Absperrventils (20) herrschenden Drücken durch eine Leitungsverbindung (62, 75, 74) ausgesetzt ist in der Weise, daß der Unterschied ( Δ p^) zwischen diesen Drücken den Kolbenschieber (5-4) in die eine Richtung bewegt, während der Kolbenschieber andererseits durch eine zweite Leitungsverbindung oder einen Kontroischlauch (80) den Drücken an der Eintrittsoder Austrittsöffnung (104 bzw. 106) des Druckflußfühlers (100) in der Weise ausgesetzt ist, daß der Unterschied (Δρ₂) zwischen diesen Drücken den Kolbenschieber (54) in die entgegengesetzte Richtung bewegt, wobei der Schieber mittels des Hilfsventils (52, 58) die erste Verbindungsleitung (62, 75, 74) öffnet, wenn die erwähnte Schwankung im Verhältnis (Ap₂ ) der Druckabfall oder Druckdifferenzen auftritt. Δ P₁

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I/

4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil aus einer Ventilkugel (52) besteht, die durch den Kolbenschieber (5²I) dichtend am Sitz (58) anliegt.

5» Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, deren Absperrventil (120) aus einem Gehäuse.(115, 116) mit einer Eintrittsöffnung (14, 122), einer Durchgangsverbindung (124, 126) und einer Austrittsöffnung (130, 15) besteht, wobei in der Durchgangsverbindung ein beweglicher Schieber....(118) vorgesehen ist, der in der geöffneten Stellung den Durchfluß durch das Ventil freigibt, jedoch in der geschlossenen Stellung den Durchfluß durch das.Ventil, sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (18) gleichzeitig als Druckvergleichvorrichtung wirkt, der einerseits den Drücken an den Eintritt- und Austrittsöffnungen des Absperrventils (120) in der Weise ausgesetzt ist, daß der Unterschied (Δρ^) zwischen diesen Drücken den Schieber in die eine Richtung bewegt, und daß dieser Schieber andererseits den Drücken an.den Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen (104 bzw. 106) des Durchflußfühlers (100) in-der Weise ausgesetzt ist, daß der Unterschied (Δρ«) zwischen diesen Drücken den Schieber in.die entgegengesetzte Richtung,bewegt, wobei der Schieber den Durchfluß durch das-Ventil sperrt, wenn die erwähnte Schwankung in dem Verhältnis ,,( Δ

g der Druckabfälle auftritt. . . ,^ .\,._: ^Api

6. Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber aus einer in der Bohrung (133) des Ve.ntilgehäuses (116) gleitend angebrachten zylindrischen Spindel (118) besteht, die zwei durch ein schmaleres Mittelstück (132) verbundene Endteile (117> 119) aufweist, und an der

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die Flüssigkeit auf ihrem Weg von der Eintrittsöffnung (14, 122) zum Austritt (130, 15) des Ventilgehäuses (116) in der Weise vorbeiströmt, daß der Druckabfall (Ap₁) im Bereich des schmalen MittelstiLcks der Spindel diese in die eine Richtung bewegt, während die Endteile (119., 117) der Spindel die Kammern (152 bzw. 134) in der Bohrung (133) begrenzen, welche Kammern mit der Eintrittsbzw. Austrittsöffnung des Dunchflußfühlers (100) dergestalt verbunden sind, daß der Druckabfall (Δ p₂) im Bereich des Fühlers die Spindel in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

7- Ventilvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (118) die Verbindung zwischen der Austrittsöffnung (106) des Durchflußfühlers und der anschließenden Kammer (134) in der Bohrung (133) bei Beginn der Schließbewegung unterbricht, so daß die Kammer (134) dann direkt mit der Eintrittsöffnung (122) des Absperrventils (120) verbunden ist.

8. Ventilvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Austrittsöffnung (106) des Durchflußfühlers (100) und der Kammer (134) durch längs- und querlaufende Leitungen (136 bzw. 140) in der Spindel (118) hergestellt wird, sowie einer Leitung (132) in dem Ventilgehäuse (115, 116), die bei normalem Betrieb mit der Querleitung (l40) verbunden ist, jedoch bei der Sehließbewegung der Spindel mit einer anderen Leitung (138) in dem Gehäuse zusammenwirkt, welche Leitung (138) direkt zum Eintritt (122) des Absperrventils (120) führt und somit bedingt durch des. Eintrittsdruck in das Absperrventil den Druck verstärkt, der in der Schließrichtung auf die Spindel wirkt.

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9. Ventilvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall (Δ p₂) im Durchflußfühler (100) auf die Druckvergleichsvorrichtung (50, II8) mittels des Kontrollschlauches (80) weitergeleitet wird, der beiderseits mit dem Durchflußfühler verbunden ist und aus zwei ineinander angeordneten Schläuchen (82 bzw. 8¹O besteht.

Der P/

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= Δρ₂ ^4^4» = Δρ₂·α

₂α₂

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Δρ₂·Α₂>Δρ,·Α₁,

'~ 0.5Δρ₂

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= Δρ₂ — ν » Δρ₂·α

F_v > F,

Δρ₂·Α₂>Δ_Ρι·Α_η

.Ρ2> , Δ Pj ^Α2

Δρ./·Α

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