DE2748107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differenzdruckbegrenzungs­ ventil zur Anordnung zwischen zwei Druckräumen, mit ei­ nem Druckmittelanschlüsse, Ventilbohrungen und einen Ventilsitz aufweisenden Ventilgehäuse sowie einem ke­ gelförmigen, mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden und axial im Ventilgehäuse verschiebbaren, vom Druckmittel in beiden Druckräumen beaufschlagten Ventilkörper.

Druckbegrenzungsventile (Überdruckventile, Sicherheits­ ventile, Abschaltventile usw.) sind Ventile, die bei Überschreiten eines bestimmten Druckes einen Austritts­ querschnitt öffnen und damit verhindern, daß der Druck, insbesondere in einem hydraulischen System, einen fest­ gelegten Höchstwert überschreitet. Differenzdruckbe­ grenzungsventile sollen eine Druckdifferenz, beispiels­ weise zwischen den Kammern eines Arbeitszylinders, be­ grenzen.

Bei Differenzdruckbegrenzungsventilen gemäß einem internen Stand der Technik ist die Begrenzung des Differenzdruckes auf den Wert Null ungenügend gelöst, da die Ventilflächen der verwendeten Sitzventile nicht gleich sind, was bei Differenzdruckbegrenzungsventilen der Kolbenventilbauart an sich bekannt ist (USA-PS 32 72 228). Dies ist u. a. auch darauf zurückzuführen, daß zur Differenzdruckbegrenzung bei Sitzventilen eine Vor­ steuerstufe und eine Hauptstufe benötigt werden. Schon zum Ansprechen der Vorsteuerstufe ist ein Differenz­ druck erforderlich. In der Hauptsteuerstufe vorhandene Drosseln erzeugen einen zusätzlichen Differenzdruck, so daß sich zwangsläufig unerwünschte Ansprechdifferenz­ drücke ergeben. Wenn solche Differenzdruckbegrenzungs­ ventile beispielsweise an den Belastungszylindern von Prüfeinrichtungen verwendet werden, können Einschalt­ stöße an den untersuchten Proben auftreten, die die Probe beschädigen oder das Prüfergebnis beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Diffe­ renzdruckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits eine Differenzdruckbegren­ zung auf den Wert Null oder nahe Null zuläßt, anderer­ seits jedoch auch die Einstellung großer Differenz­ drücke, beispielsweise bis 300 bar, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Differenz­ druckbegrenzungsventil durch die in Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Ein Differenzdruckbegrenzungsventil nach der Erfindung weist infolge der beiden hydrostatisch gelagerten La­ gerzapfen und der gleichen wirksamen Querschnittsflä­ chen am Ventilkörper eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf und hat gleichzeitig einen weiten, praktisch von Null ausgehenden Einstellbereich für den Differenz­ druck. Der Ansprechdifferenzdruck kann hierbei durch Beaufschlagung der Stirnfläche des dem Ventilsitz ge­ genüberliegenden Lagerzapfens mit Druckmittel erzeugt und eingestellt werden. Die hydrostatische Lagerung verringert die Reibungskräfte bei Axialbewegung des Ventilkörpers, wodurch sich auch eine besonders gute Einstellempfindlichkeit ergibt.

Wenn die beiden Lagerzapfen geringfügig unterschiedli­ che Durchmesser aufweisen, wobei die Durchmesser so ge­ wählt sind, daß die wirksamen Querschnittsflächen des Ventilkörpers auf beiden Seiten des Ventilsitzes gleich sind, ist es möglich, den mit dem erfindungsgemäßen Ventil einstellbaren Differenzdruck praktisch auf den Wert Null zu begrenzen.

Durch eine in Ausgestaltung des Gegenstandes gemäß der Erfindung zwischen Ventilkörper oder Lagerzapfen und Ventilgehäuse angeordnete Schließfeder, die den Ven­ tilkörper auf den Ventilsitz drückt, ist eine Fixierung des Ventilkörpers im Ventilgehäuse möglich. Wenn die Schließkraft der Schließfeder einstellbar ist, besteht die Möglichkeit, die Differenzdruckeinstellung auch mit Hilfe der Schließfeder vorzunehmen.

Eine weitere Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfin­ dung ergibt sich bei einer Anordnung zur Differenz­ druckbegrenzung bei doppelt wirkenden Arbeits- oder Be­ lastungszylindern mit einem Differenzdruckbegrenzungs­ ventil der erfindungsgemäßen Art dadurch, daß ein wei­ teres Differenzdruckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das entgegengesetzt zum ersten Ventil wirkt. Hierdurch können beispielsweise im Belastungszylinder einer Prüf­ einrichtung Differenzdrücke in beiden Kammern des Be­ lastungszylinders begrenzt bzw. eingestellt werden. Auf diese Weise werden sowohl unerwünschte Zug- als auch Druckbelastungen der Probe vermieden.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind nachste­ hend näher erläutert und in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Differenzdruckbe­ grenzungsventil für einen hydraulischen Be­ lastungszylinder,

Fig. 2 Blockschaltbild einer Anordnung zur Differenz­ druckbegrenzung mit zwei in entgegengesetzter Richtung wirkenden Differenzdruckbegrenzungs­ ventilen.

Das Differenzdruckbegrenzungsventil weist ein Ventilge­ häuse 1 und einen kegelförmigen Ventilkörper 2 mit La­ gerzapfen 3 und 3′ auf. Die Lagerzapfen 3 und 3′ sind in Lagerbohrungen 4 bzw. 4′ des Ventilgehäuses 1 gela­ gert.

Der Ventilkörper 2 liegt am Ventilsitz 5 des Ventilge­ häuses 1 an. Durch eine Schließfeder 6 kann der Ventil­ körper 2 bei nicht beaufschlagtem Ventil in der darge­ stellten Schließstellung gehalten werden.

Die Lagerung der Lagerzapfen 3 und 3′ in den Lagerboh­ rungen 4 bzw. 4′ ist als hydrostatische Lagerung ausge­ bildet. Das Druckmittel für die Lager wird über Zufüh­ rungskanäle 7 aus dem Innenraum 9 bzw. 9′ des Ventilge­ häuses Lagertaschen 8 zugeführt und gelangt von hier zu den Lagerstellen.

Das Ventilgehäuse 1 weist Zuführungsbohrungen 10 und 11 auf, über die die Innenräume 9 bzw. 9′ des Gehäuses mit dem zu schützenden hydraulischen System, z. B. einem Belastungszylinder verbunden sind. Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Belastungszylinder 30 mit einem Kolben 31 und einer Kolbenstange 32. Die beiden Zylinderkammern 33 und 34 des Belastungszylinders 30 werden von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle über ein Servo­ ventil 35 und die Zuführungsbohrungen 36 bzw. 36′ mit Druckmittel versorgt. Der Druck in den Zylinderkammern des Belastungszylinders wird durch das Servoventil 35 gesteuert. Durch entsprechenden Druck in den Zylinder­ kammern 33 und 34 können über den Kolben 31 und die Kolbenstange 32 auf die schematisch dargestellte Probe 37 Zugkräfte, Druckkräfte oder Wechsellasten, wie durch Doppelpfeil in der Zeichnung angedeutet, aufgebracht werden.

Beim Einschalten des hydraulischen Systems kann z. B. durch Nullpunktfehler des Servoventils 35 ein Diffe­ renzdruck in den Zylinderkammern des Belastungszylin­ ders 30 entstehen und infolge des hohen Systemdrucks einen unerwünschten Belastungsstoß an der Probe 37 er­ zeugen. Durch Anschluß eines Differenzdruckbegrenzungs­ ventils wird eine solche Belastung vermieden.

Zur Vermeidung von Einschaltstößen wird der Ventilkör­ per 2 des Ventils mit möglichst kleiner Kraft, z. B. nur durch die geringe Kraft der Schließfeder 6, auf den Ventilsitz 5 gedrückt. Wenn jetzt in der Zylinderkammer 33 des Belastungszylinders 30 ein höherer Druck ent­ steht als in der Zylinderkammer 34, wirkt dieser Diffe­ renzdruck über die Zuführungsleitung 10 und den Innen­ raum 9 des Ventilgehäuses 1 auch auf den Ventilkörper 2. Der Ventilkörper wird vom Ventilsitz 5 abgehoben und schließt die beiden Zylinderkammern 33 und 34 über den Innenraum 9′ und die Zuführungsleitung 11 kurz. Auf diese Weise kann sich kein Differenzdruck in den Zylin­ derkammern aufbauen und daher auch keine Kraft an der Kolbenstange 32 bzw. der Probe 37 wirksam werden. Die Ansprechempfindlichkeit des Ventils wird durch die hy­ drostatische Lagerung 7 und 8 des Ventilkörpers 2 an den Lagerzapfen 3 bzw. 3′ erhöht. Hydrostatische Lage­ rungen sind dem Fachmann bekannt, so daß sich eine wei­ tere Beschreibung erübrigt.

Wenn in der Zylinderkammer 34 ein höherer Druck ent­ steht als in der Kammer 33, ist die in Fig. 1 darge­ stellte Anordnung nicht wirksam, da in diesem Fall der Ventilkörper 2 mit einer aus dem Differenzdruck zwi­ schen den Zylinderkammern 33 und 34 bzw. den Innenräu­ men 9 und 9′ resultierenden Kraft zusätzlich auf den Ventilsitz 5 gedrückt wird. Daher wird bei Belastungs­ zylindern eine Anordnung nach Fig. 2 verwendet, bei der die beiden Differenzdruckventile 1 so geschaltet bzw. angeordnet sind, daß sie in entgegengesetzter Richtung wirken und damit Einschaltstöße auf die am Zylinder 30 angeschlossene Probe in Zug- und in Druckrichtung ver­ mieden werden.

Eine Anordnung nach Fig. 2 jedoch verhindert, daß vom Belastungszylinder 30 Kräfte auf die Probe 37 aufge­ bracht werden.

Die Stirnfläche 12 des Lagerzapfens 3′ (Fig. 1) kann über eine Zuführungsleitung 13 und eine Kammer 14 zu­ sätzlich mit Druckmittel (hydraulisch, pneumatisch) be­ aufschlagt werden. Dadurch wird am Ventilkörper 2 eine Vorbelastung erzeugt, die bewirkt, daß das Ventil erst bei einem bestimmten Differenzdruck zwischen den Zylin­ derkammern 33 und 34 des Belastungszylinders 30 bzw. der Innenräume 9 und 9′ des Ventils öffnet. Der Steuer­ druck in der Kammer 14 kann beispielsweise durch eine Stelleinrichtung 15 eingestellt werden. Bei entspre­ chender Abstimmung der Stirnfläche des Lagerzapfens 3′ und der wirksamen Querschnittsflächen des Ventilkörpers 2 kann der gewünschte Differenzdruck in einem sehr wei­ ten Bereich praktisch von Null aus eingestellt werden. Damit kann das Ventil z. B. auch als Überlastschutz für die Probe oder den Belastungszylinder verwendet werden. Bei kleinen Differenzdrücken kann auch die Schließfeder 6 zur Druckeinstellung benützt werden. An den mit R be­ zeichneten Stellen des Ventilkörpers 1 können Rücklauf­ leitungen für das Lecköl vorgesehen werden.

Die verschiedenen Funktionen des erfindungsgemäßen Dif­ ferenzdruckbegrenzungsventils können von Hand oder elektrisch vorgegeben bzw. eingestellt werden. Hierbei kann das gleiche Ventil in der beschriebenen Weise un­ terschiedlich eingesetzt werden. In Verbindung mit Be­ lastungszylindern ist das Ventil beispielsweise zur Verhinderung von Einschaltstößen, zur Differenzdruck­ einstellung sowie als Überlastschutzventil für die Pro­ be und den Belastungszylinder verwendbar.

Claims (5)

1. Differenzdruckbegrenzungsventil zur Anordnung zwi­ schen zwei Druckräumen, mit einem Druckmittelan­ schlüsse, Ventilbohrungen und einem Ventilsitz aufweisenden Ventilgehäuse sowie einen kegelförmi­ gen, mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden und axial im Ventilgehäuse verschiebbaren, vom Druck­ mittel in beiden Druckräumen beaufschlagten Ven­ tilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil­ körper (2) auf beiden Seiten seiner Ventilsitzauf­ lagefläche Lagerzapfen (3 und 3′) und gleiche wirksame Querschnittsflächen aufweist, daß die La­ gerzapfen (3 und 3′) in Bohrungen (4 bzw. 4′) des Ventilgehäuses (1) axial bewegbar hydrostatisch gelagert sind und daß die Stirnfläche (12) des dem Ventilsitz (5) gegenüberliegenden Lagerzapfens (3′) zur Differenzdruckeinstellung mit einem ex­ ternen Druckmittel beaufschlagbar ist.

2. Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerzapfen (3 und 3′) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

3. Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilkörper (2) oder Lagerzapfen (3′) und Ventilgehäuse (1) eine Schließfeder (6) angeordnet ist, die den Ven­ tilkörper (2) auf den Ventilsitz (5) drückt.

4. Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft der Schließfeder (6) einstellbar ist.

5. Anordnung zur Differenzdruckbegrenzung bei doppelt wirkenden Arbeits- oder Belastungszylindern, mit einem Differenzdruckbegrenzungsventil nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Differenzdruckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das entgegengesetzt zum ersten Ventil wirkt.