DE2817378A1

DE2817378A1 - Steuerdruckbetaetigtes hydraulisches halteventil

Info

Publication number: DE2817378A1
Application number: DE19782817378
Authority: DE
Inventors: Louis R Bobnar
Original assignee: Rexnord Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-04-21
Filing date: 1978-04-20
Publication date: 1978-10-26
Also published as: BR7802454A; IT1094124B; CA1134240A; JPS54226A; GB1594783A; FR2388186B1; SE7804205L; DE2817378C2; IT7822591A0; US4172582A; FR2388186A1; SE439957B

Description

REXNORD, INC.

4701 West Greenfield Avenue Milwaukee, Wisconsin 53201 (V.St.A.)

Steuerdruckbetätigtes hydraulisches Halteventil

Hydraulische Halteventile und Gegendruckventile sind "bekannt. Funktionell sind diese Ventile gleichartig, und "beide Arten werden zum Steuern einer überholenden Last in einer Hydraulikanlage verwendet. Ein Halteventil kann einfach als Null-Leckage-Gegendruckventil "bezeichnet werden. Z. B. kann ein Halteventil "benutzt werden, um den lasttragenden Ausleger eines Krans, der durch einen Hydraulikzylinder betätigt wird, in" einer fixierten Lage zu halten, wobei jede Abwärtsbewegung aufgrund von Flüssigkeitsaustritt mit daraus folgendem Einfahren des Zylinders unerwünscht oder gefährlich wäre.

Bereits entwickelte Halte- und Gegendruckventile verwenden eine Feder, um das Ventil gegen den im Zylinder oder einem

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anderen Hydrostellglied unterhaltenen Hydraul Lic druck durch Druck in Schließstellung au halten. .iCin i^ralteventil dieser Art wird zur Freigabe der Last dadurch geöffnet, daß es zusätzlich zu dem unterhaltenen iJystendruck mit ausreichendem Hydraulikdruck beaufschlagt wird, um die das Ventil geschlossen haltende Federkraft zu überwinden. Dieser zusätzliche Druck wird normalerweise durch einen Steuerdruck geliefert, der durch Umschalten des Systemflusses zum Zylinder zuxⁱ Freigabe der Last erzeugt wird. Die Drtickfeder muß offensichtlich stark genug sein, um das Ventil gegen einen Druck, der etwas größer als der maximale erwünschte Ilaltedruck des Systems ist, geschlossen zu halten, und daher ist bei niedrigen Systemdrücken der zum überwinden der Federkraft und Öffnen des Ventils erforderliche zusätzliche Druck hoch. Es ist daher zum Erzeugen eines öffnenden Steuerdrucks bei niedrigen Lastdrücken wesentlich mehr Energie erforderlich als bei hohen Drücken. Da außerdem die Druckfeder das einzige Mitte], ist, das das Ventil geschlossen hält und den Lasthaltedruck unterhält, wird das Ventil bei einem Versagen der Feder unwirksam, und wenn die Feder versagt, während eine Last gehalten wird, können schwere Beschädigungen oder auch Verletzungen die Folge sein. Ferner ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Undichtigkeiten und des Verlusts von Ilaltedruck bei hohen Lasthaltedrücken schon deshalb wahrscheinlicher, weil dieser Druck gegen eine konstante Federkraft wirkt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Halteventils, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden v/erden.

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DaboL int ein ills Kegelventil ausgebildetes [falteventil so aufgebaut, da'-l der Hydraulikdruck auf der lasthaltend en .leite einer.: "ylInders oder eines anderen Hydrostel IgJ iedr, das Von ti IgI iod beaufschlagt, so daß der Kegel in eine ;3chlie:-3ntellung gedrückt wird, i'lin durch die Last erzeugter Druck gleich welcher Höhe hält also das Ventil geschlossen, und die Notwendigkeit des Vorsehens mechanischer Federkraft zum Geschlossenhalten des Ventils entfällt. Der zum Öffnen dieses Ventils erforderliche ,'!teuerdruck ist dem eingeschlossenen La::.thai tedruck direkt proportional, und daher ist der öffnende Steuerdruck bei niedriger,: Haltedruck entsprechend niedrig, so da^!-; eine .'!nergieersparnis erzielt v/ird.

Durch die? .Erfindung wird also ein steuerdruckbetätigtes hydraulisches lialteventil angegeben, das einen Ventilkegel aufweist, der durch den von der gehaltenen Last erzeugten Druck mit einem diesem direkt proportionalen Druck in die ,'Jchließstellung beaufschlagt wird, wodurch ein mechanisches Druckglied entfallen kann und der zum Öffnen des Ventils bei niedrigen Lastdrücken erforderliche Steuerdruck verringerbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. iCs zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines bekannten fialteventils mit schematischer Darstellung eines prinzipiellen Hydraulikkreises, in dem es verwendet wird; und

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Pig. 2 eine Querschnittsansicht des Halteventils nach der Erfindung in dem gleichen Hydraulilckreis, der in Pig. 1 dargestellt ist.

Die Pig. 1 bzw. 2 zeigen ein bekanntes Ilalteventil 10 bzw. das Ilalteventil 12 nach der Erfindung. Beide Halteventile sind in die gleiche Hydraulik eingebaut. Dabei dient ein Hydraulikzylinder 14 zum Heben und Senken einer Last mittels Hydraulikflüssigkeit, die von einer Pumpe 16 gefördert wird. Der Arbeitsmittelfluß in der Hydraulik wird durch ein normales Vierwege- oder Steuerventil 18 gesteuert, das in üblicher ',/eise entweder manuell oder durch eine Magnetspule (nicht gezeigt) betätigt wird. Das Steuerventil 18 ist mittig angeordnet, und die Pumpe 16 fördert direkt zum Behälter 20, so daß kein Arbeitsmittelstrom in das oder aus dem System erfolgt.

Der Kolben 22 des Hydraulikzylinders 14 ist ausgefahren, und die Last wird von beiden Halteventilen 10 bzw. 12 in der Hebelage gehalten. Nach Pig. 1 wird der Flüssigkeitsdruck der Last auf das Kopfende 24 des Zylinders 14 durch eine Leitung 26, eine Einströmöffnung 28 im Gehäuse 30 des Halteventils 10 und eine Einströmöffnung 32 des Ventilsitzes 34 zum Kegelventil 36 übertragen. Der Ventilsitz 34 weist eine abgestufte Bohrung mit einem ersten Abschnitt 38 mit kleinerem Durchmesser gegenüber dem Kegel 40 und einem zweiten Abschnitt 42 mit größerem Durchmesser dem Kegel benachbart auf. Das Kegelventil 36 weist eine Spindel 44 auf, die den Kegel

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40 tuid einen Kolben 46 miteinander verbindet, wobei der Ventilkolben in dem Abschnitt 33 mit kleinerem Durchmesser des Ventilsitzes 34 angeordnet ist. Der iTüssigkeitsdruck der gehaltenen Last wirkt auf die Differentialoder Stufenbereiche des Kegelventils 36, und der resultierende Druck hat die Tendenz, den Kegel 40 von seinem Sitz zu lösen und das Ventil zu öffnen, v/obei der Bereich des Kegels 40 im Abschnitt 42 mit größerem Durchmesser etwas größer als der Bereich des Kolbens 46 im Abschnitt 38 mit kleinerem Durchmesser ist. Der Kegel 40 wird in der Schließstellung gehalten vaid der Haltedruck wird somit aufrechterhalten durch die Kraft einer Druckfeder 48, die die Kegelaußenseite beaufschlagt.

7/ur Unterstützung des Öffnens des bekannten Halteventils 10 weist der Kolben 46 des Kegelventils 36 eine äußere Steuerdruckfläche 50 auf, die über den Steuerdruck in der Leitung 52 mit einer Speiseleitung 54 verbunden ist, die das Steuerventil 18 und das kolbenstangenseitige Ende 56 des Hydraulikzylinders 14 verbindet. Wenn der Hydraulikzylinder eingefahren und die Last gesenkt werden soll, wird das Steuerventil 18 nach äußerst rechts verschoben, und der Förderstrom von der Pumpe 16 wird durch die Leitung 54 zum kolbenstangenseitigen Zylinderende 56 gerichtet. Gleichseitig beaufschlagt der Steuerdruck in der Steuerleitung 52 die Steuerdruckfläche 50 und überwindet die Kraft der den Kegel 40 geschlossen haltenden Feder; wenn der Kegel sich von seinem Sitz löst, strömt das gesperrte Druckmittel durch das Ventil, aus der Auslaßöffnung 58, durch die Leitung 60 und das Steuerventil 18 zum Behälter 20.

Da die Kraft der Druckfeder 48 so gewählt ist, daß sie den

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Kegel 40 gegen die Druckdifferenz, mit der die Höchstlast, für die das System ausgelegt ist, das Ventilglied 36 beaufschlagt, geschlossen hält, ist ersichtlich, daß bei niedrigem Lastniveau die niedrigere induzierte Lastdruckdifferenz einen wesentlich höheren Steuerdruck zum Öffnen des Halteventils erfordert. In diesem Pail muß unverhältnismäßig viel Energie verbraucht werden, urn die Pumpe 16 so zu treiben, daß sie einen ausreichend hohen Steuerdruck erzeugt, der das Ventil öffnet und es zum Einfahren des Hydraulikzylinders geöffnet hält.

In Pig. 2 ist das Halteventil 12 in der gleichen Hydraulik verwendet, und einige Teile der Hydraulik und auch des Ventils sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. So wird der Arbeitsmitteldruck der Last auf das Kopfende des Hydraulikzylinders 14 durch die Leitung 26, die Öffnung 28 im Ventilgehäuse 30 des Ventils 12 und die Öffnung 62 des Ventilsitzes 64 übertragen und gelangt mit dem Ventilglied 66 in Verbindung. Der Ventilsitz 64 weist eine Bohrung auf, die entgegengesetzt zu der Bohrung des Ventilsitzes des bekannten Ventils stufenförmig ausgebildet ist und einen Abschnitt 68 mit größerem Durchmesser gegenüber dem Kegel 70 sowie einen zweiten Abschnitt 72 mit kleinerem Durchmesser am Kegel aufweist. Das Ventilglied 66 weist eine Spindel 74 auf, die den Kegel 70 mit einem Kolben 76 verbindet, der im ersten Abschnitt 68 mit größerem Durchmesser des Ventilsitzes 64 angeordnet ist. Die erste innere Druckfläche, die den Bereich des Kolbens 76 im ersten Abschnitt 68 umfaßt, ist gering größer als die zweite innere Druckfläche, die den Bereich des Kegels 70 im zweiten Abschnitt 72 umfaßt. Infolgedessen beaufschlagt der Arbeitsmitteldruck der gehaltenen

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Last die beiden inneren Druckgefälle-Druckflächen des Kegelventils 66, und der resultierende Druck hat die Tendenz, den Kegel 70 gegen seinen Sitz zu drücken und das Ventil geschlossen su halten. In Gegensatz zum Stand der Technik wird durch den eingeschlossenen Systemdruck selbst der Kegel 70 geschlossen gehalten und der Haltedruck aufrechterhalten, und es wird keine Druckfeder benötigt.

Das Ventil 12 nutzt ebenfalls den Jteuerdruck in der Leitung 52, der die äußere Steuerdruckfläche 80 des Kolbens 76 beaufschlagt, zum Öffnen gegen die Haltedruckdifferenz. Da die Steuerdruckfläche 80 einen wesentlich größeren 'Bereich als die entgegengesetzten inneren Druckgefälle-Druckflächen hat, sind zum Öffnen des Halteventils relativ niedrigere Steuerdruckpegel erforderlich. Bei niedrigen Lastdrücken kann ferner das niedrigere induzierte Lantdruckgefillle, das das Ventil geschlossen hält, übervmaden werden, so daß das Ventil durch entsprechend niedrigere Steuerdrücke geöffnet wird. Im Gegensatz zu dem bekannten Halteventil 10 wird mit dem umgekehrten Druckgefälle, das zum Unterhalten des Haltedrucks genutzt wird, der Verbrauch von unnötig viel Energie zum Öffnen des Ventils und Einfahrens des Zylinders vermieden. Je höher bei dem Ventil der Lasthaltedruck ist, desto größer ist ferner die Kraft, die zum Halten des Kegels 70 an seinem Sitz 64- ausgeübt wird, und infolgedessen ist die Gefahr wesentlich geringer, daß ein Plüssigkeitsaustritt aufgrund kleinerer Fehler in den Dichtungsflächen auftritt.

Zum Normalbetrieb des Halteventils ist zwar keine Druckfeder erforderlich, es ist jedoch erwünscht, eine

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leichte Druckfeder 82 mit hoher Federkonstante vorzusehen, um die Gesamtwirkung des Ventils zu erhöhen. So hat die Feder 82 "bestimmte wichtige periphere Funktionen, z. B. die Hodulation des Arbeitsmittelstroms und die Beseitigung unerwünschter Schwankungen der Strömung durch das Ventil, wenn dieses geöffnet wird. Die Feder stellt auch sicher, daß das Ventil bei Nullastbetrieb in die Schließstellung gedruckt ist, da in diesem Zustand durch den Gegendruck im System die Gefahr besteht, daß das Ventil in die Offenstellung gedrückt wird.

Die Last im Zylinder 14 wird in typischer und bekannter Weise ausgefahren. Das Steuerventil 18 wird vollständig nach links verschoben, und der Förderstrom der Pumpe wird durch die Leitung 60 über die Öffnung 78 in das Halteventil 12, dann durch das Durchfluß-Absperrventil 84 und den Kanal 86 zur Öffnung 28 und von dort durch die Leitung 26 zum Kopfende 24 geleitet. Gleichzeitig wird Hydraulikflüssigkeit im kolbenstangenseitigen Zylinderende durch die Leitung 54 und das Steuerventil 18 zum Behälter 20 ausgelassen. Das Absperrventil ist zwar als mit dem Halteventil 12 einstückig ausgeführt dargestellt, selbstverständlich kann das Absperrventil auch für sich in einer gesonderten Leitung vorgesehen sein und bildet keinen Teil der Erfindung.

Normalerweise ist ein in einem solchen System verwendetes Halteventil aus Sicherheitsgründen direkt an dem Kopfende 24 des Zylinders angeordnet, so daß die Leitung 26 und damit die durch einen Bruch dieser Leitung oder durch ein Leck vorhandene Gefahr entfällt.

L e e r s e i

Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PArENTANWÄLTE 2 8 I / O / «

Steinsdorfstr. 10 ■ D-8000 München 22 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.

Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT

Telex 522048 - Telegramm Allpatent München Dr.-Ing. R. BEETZ jr.

Rechtsanwalt Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED 667-28.175P (28.176h) Priv--Doz. DipL-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN

20. April 1978 A η s ρ r ü c h e

(lV oteuerdruckbetätigtes hydraulisches ualtoventil sun Halten der Last an einem Hydrosteli glied .in fixiertor Lage,

gekennzeichnet durch

einen Ventilkegel (70) mit einer unmittelbar mit dem Hydraulikdruck der Last beaufschlagten Druckgefjillu-Fläche, die so angeordnet ist, daü der Ventilkegel (70) tinter der vvirkung des Hydraulikdrucks ohne mechanisches Druckmittel in die Schließstellung drückbar i.sb.
2. Ilalteventil nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

eine von einer Druckversorgung (16) beaufschlagte oteuerdruckfläche (80), die mit dem Ventilkegel direkt verbunden und entgegengesetzt zu der Druckgefälle-Pläche angeordnet ist.
3. Steuerdruckbetätigtes hydraulisches Ilalteventil aum Halten der Last an einem Hydrostellglied Ln fixierter Lage, mit einem Ventilgehäuse, einer darin ausgebildeten Arbeitsmitbelöffnung, die mit dem druckbeaufschlagten lasthaltenden ί-inde des Hydrostellglieds verbunden ist,

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'iii··'¹ Ir Vo..ι,Ι Li_;-^h"uco ririjuoL-ciuoten Ventilglied, das "■'!rc:..·;. ei.:u-j· ;;/c^iiLj.ioenen :U'l tf-stellung und ο ir. or _t;Pi'le.ir:·!')" i "fen.·., teilung bovf-gb-·!.:· ist, wobei das Ventil- ;;Jit-'l OL-.:;? von oirier Drue rversurgung beaufschlagte, ."it.. ..Ti .itoi't.'^driiü'irir.ciie· aufweist,

/: e k -.-■ η η ζ α i ο h η ο t ei u r c h

fnitgeferv-o^t:: t ΐαΐί-i.^ebildote innere i)iⁿuelcfl;ichen am 7ent i I;;! i cd (66), die mit der Arbeitnmittelöffnung (28, o2) in offoiior /erbindung stehen, v/obei die erste innere i)ruo!:n.^;-c!'.o (^C·, IG) entgegengesetzt p:u der Steuerdruckfläolu.· (α-) angeordnet Lot und einen größeren Bereich -iln die ^r:-v.^roLto innere Druckfläche (7u, 72) hat, an 'Uu.' da". :!n'. trovont il (12) durch einen Druck geschlossen gehaltori -./ifd, der zu der gehaltenen LaHt proportional iiifc.
4. KuitüventU nach Anoprucii 3, mit einer Bohrung im Vent L1 gehäuse rjur Aufnahiae des Ventilglieds, wobei die t'iohrung einen ernten Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen zueiten Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufwei nt,

dadurch gekennzeichnet,

d a ·.) d a ν, 7 e η t i. 1 g1 i e d (66) ; m fwe i s t:

einen im zvmiten Abschnitt (72) angeordneten Kegel (70), der mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Sitz zum i'irzi.eJ.en der geschlossenen Halte stellung zusammenwirkt, eine nn dem Kegel (70) befestigte und axial in der Bohrung -mgeordnete spindel (74), und einen an entgegengesetzten linde der Gpindel (74) befestigten Kolben (76), der im ersten Abschnitt (68) angeordnet ist; daß der Bereich des Kolbens (76) im ersten Abschnitt (68)

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rait größerem Durchmesser die erste innere Druckfläche bildet;

daß der Bereich des Ventilkegels (70) im n.v/ei tor. Abschnitt (72) mit kleinerem Durchtne.'-.-'-r die sv/eü U-: innere Druckfläche "bildet; und daß die Stirnfläche des Kolbens (76) gegenüber den- ;3pind«l (74) die äußere 3teuerdruckf 1 äche (00) hi1dοt.
5. Halterentil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der äußeren Steuerdruckfläche (80) gleich dem Bereich des ersten Abschnitts (63) der Bohrung ist.

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