DE2901901A1

DE2901901A1 - Sicherheitsventil

Info

Publication number: DE2901901A1
Application number: DE19792901901
Authority: DE
Inventors: Rudolf Brunner
Original assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date: 1979-01-18
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1980-07-31

Description

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Sicherheitsventil der im Oberbegriff des HauptanSpruchs angegebenen Gattung.

Ein solches Sicherheitsventil ist durch eine offenkundige Vorbenutzung bekanntgeworden. Trotz der vorgesehenen .Dämpfungseinrichtung hat sich in der . Praxis gezeigt, daß die Schließkugel bei raschem Öffnen infolge eines schnellen Druckaufbaus zum Rattern neigt und mit hoher Frequenz eine Zeitlang gegen den Ventilsitz schlägt. Dadurch ergibt sich nicht nur eine unangenehme Lärmbelästigung, sondern auch ein schneller Verschleiß der Schließkugel und des Ventilsitzes. Das Eattern der Sohleßkugel tritt auch dann auf, wenn ein pilzförmiger Dämpfungsstößel vorgesehen wird, der infolge seiner form von der Strömung durch den Ventilsitz in Öffnungsrichtung der Schließkugel zusammen mit dem Dämpfungskolben mitgezogen wird und im wesentlichen

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über den ganzen Öffnungshub an der Kugel anliegt. Dafür sorgt auch, die den Dämpfungskolben belastende Feder. Untersuchungen zeigten jedoch., daß bei dieser raschen Bewegung des Dämpfungskolbens sich der Druck in der Kammer infolge des gedrosselten Strömungspfades nicht ausreichend schnell auf eine Höhe aufbauen kann, bei der die Dämpfungskolbenkraft ausreichen würde, die Schließkugel am Rattern zu hindern.

Bei einem ebenfalls offenkundig vorbenutzten Sicherheitsventil einer anderen Art hat der Schließkörper die ■ Gestalt eines umgekehrt stehenden Kegelstumpfes. Dieser ist mit dem Dämpfungsstößel und dem Dämpfungskolben baulich fest verbunden. Damit hier ein schnelles Öffnen des Ventils stattfinden kann, dem ja der Dämpfungskolben infolge des ihn in die Kammer hineinpressenden Drucks im StrÖmungsweg entgegenwirkt, ist im Kolbenkopf ein Rückschlag-Nachsaugventil angeordnet. Dieses öffnet in der vorbeschriebenext Situation schlagartig und läßt auf diese Weise dann eine schnelle Kolbenbewegung und damit einen raschen Öffnungshub des Schließkörpers zu. Allerdings ergibt ein kegelstumpfförmiger Ventilkörper mit der damit baulich verbundenen Dämpfungseinrichtung herstellungstechnische und Nontageprobleme. Auch die Strömungsverhältnisse sind nicht optimal. Zudem neigt der Ventükörper zum frühzeitigen Verschleiß, da er immer im wesentlichen entlang derselben Kreislinie Berührungskontakt mit dem Ventilsitz hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und schnell ansprechendes Sicherheitsventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Ventilkörper eine Schließkugel ist, die von der Dämpfungseinrichtung auch beim raschen Druckaufbau gegen ein Rattern gesichert ist.

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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des HauptanSpruchs angegebene Maßnahme gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß das unter bestimmten Betriebsumständen auftretende Rattern der Schließkugel einfach dadurch unterdrückt, werden kann, daß ein Rückschlag-lTachsaugventil verwendet wird, das an sich für eine einwandfreie Ventilfunktion bei einem Sicherheitsventil mit einer Schließkugel gar nicht notwendig wäre. Es zeigt sich, daß damit das nicht sicher erklärbare Rattern der Schließkugel einwandfrei beseitigt wird. Dies ist umso überraschender, als an sich die Dämpfungseinrichtung beim Öffnen des Sicherheitsventils konstruktionsbedingt gar keine !Funktion haben dürfte. Da jedoch das Rattern ein Phänomen ist, das nur beim Öffnen unter bestimmten Betriebszuständen auftreten kann, muß diesem Nachteil die Dämpfungseinrichtung bereits beim Öffnen abhelfen. Sobald ein rascher Druckaufbau im Strömungsweg erfolgt, durch den sich eine Druckdifferenz zwischen dem Strömungsweg und dem Inneren der Kammer ergibt, öffnet das Rückschlag-Nachsaugventil und gestattet dem Druckmittel einen im wesentlichen ungehinderten Zugang zur Kammer. Der · Dämpfungsstößel mit dem Dämpfungskolben kann demzufolge der Schließkugel-Öffnungsbewegung ungehindert folgen. In dem Moment, wo die Schließkugel durch eine Druckschwankung im Bereich des Ventilsitzes von der Schließfeder kurzzeitig in Schließrichtung bewegt wird, schließt das Rückschlag-Hachsaugventil. Der zwischenzeitlich sich in der Kammer aufgebaute Druck ist dann jedoch schon so hoch, daß der Dämpfungskolben über den Dämpfungsstößel die Schließkugel an einem harten Aufschlag auf dem Ventilsitz hindern kann.

Eine besonders einfache und zweckmäßige.Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils gibt Anspruch

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an. Diese Merkmale ergeben einen baulich einfachen Dämpfungskolben und eine genau festgelegte Drosselung für den Strömungspfad zur Kammer. Das im Kammerboden angeordnete Rucks chlag-iiachsaugventil ist an einer im Hinblick auf das anstehende Druckmittel günstigen Stelle angeordnet und kann sehr feinfühlig reagieren. Diese Lage des Rückschlag-Nachsaugventils stellt infolge der Entfernung vom Ventilsitz sicher, daß das zuströmende Druckmittel bei geöffnetem Rückschlag-Bachsaugventil bereits in die Kammer eingedrungen ist,, ehe es den Ventilsitz erreicht. Der Dämpfungsstößel mit dem Dämpfungskolben folgt der Schließkugel in Öffnungsrichtung ohne wesentlichen Widerstand und ist unabhängig vom jeweiligen Öffnungshub der Schließkugel stets in der Lage, diese vor einem Aufschlagen auf den Ventil- ' sitz zu bewahren.

Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes gibt Anspruch 3 an. Das Ruckschlag-Hachsaugventil benötigt in dieser Form keine zusätzlichen Bauteile. Außerdem ergibt sich durch das Zusammenspiel zwischen der Dämpfungsfeder des Dämpfungskolbens und dem Rückschlag-Hachsaugventil ein besonders zweckmäßiges Ansprechverhalten. Das Sückschlag-Nachsaugventil öffnet umso leichten, je weiter der Dämpfungskolben ausgefahren bzw. die Dämpfungsfeder entspannt ist. Die Dämpfungsfeder kann infolge der pilzförmigen Gestalt des Dämpfungsstößels sehr schwach ausgebildet sein, da dieser ohnehin von der Strömung im Ventilsitz in Öffnungsrichtung der Schließkugel mitgezogen wird. Die Dämpfungsfeder hat demzufolge nur bei geringen Durchflußmengen die Aufgabe, den Dämpfungskolben mit dem Dämpfungsstößel nachzuführen. In Sicherheitsventilen, die ohnehin nur für größere oder große Durchflußmengen ausgelegt sind, erübrigt sich diese Dämpfungsfeder^ In diesem EaIl ist für den ScbJisßkörper des Rückschlag-Nachsaugventils eine getrennte Ventilfeder

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zweckmäßig.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Ein Sicherheitsventil 1 ist in einem Gehäuse 2. in.einer Bohrung 3 angeordnet. Von der Bohrung 3» die in ihrem unteren Teil den Strömungsweg A für ein von einer Druckquelle kommendes"Druckmittel bildet, zweigt seitlich ein weiterführender Druckmittelkanal B .ab. Zwischen A und B wirkt das Sicherheitsventil 1.

Die Bohrung 3 ist mit einem Innengewinde 4- versehen, welches zu einer Durchmesserabstufung 5 führt. Gegen die Durchmesserabstufung 5 stützt sich eine Scheibe 6 ab, die in ihrem Zentrum einen Ventilsitz 7 aufweist. Die Scheibe 6 wird von einem Gewindeeinsatz 8 mit Längsdurchlässen 9 lagegesj chert,der in das Innengewinde 4- eingeschraubt ist. Im Gewindeeinsatz 8 findet sich mittig eine zum Ventilsitz 7 hin offene, zylindrische Kammerwand 10 für eine Kammer 11. Die Kammer 11 ist an der unteren Seite durch den Kammerboden 12 begrenzt, während innerhalb der Kammerwand 10 ein topfförmiger Dämpfungskolben 13 für die Begrenzung in der anderen Richtung verantwortlich ist. Mit dem Dämpfungskolben 13 ist baulich ein sich bis in den Ventilsitz 7 hinein erstreckender Dämpfungsstößel 14- verbunden, der an seinem oberen Ende eine pilzförmige Verdickung 15 besitzt. Der Dämpfungskolben 13 sitzt mit radialem Spiel 16 innerhalb der Kammerwand 10, so daß zwischen dem Strömungsweg von A nach B und der Kammer 11 ein gedrosselter Strömungspfad besteht und der Dämpfungskolben 13 leicht in Längsrichtung verschoben werden kann. Der Dämpfungskolben wird von einer in der Kammer 11 gelagerten Dämpfungsfeder in Richtung auf die Scheibe 6 zu belastet.

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Oberhalb des Ventilsitzes 7 befindet sich eine Schließkugel 18, die von einem Stützteil 19 mit einem Zapfenansatz 20 und einer sich am Stützteil 19 abstützenden Schießf eder in Richtung auf den Ventilsitz 7 zu belastet ist.

Im Kammerboden 12 ist ein Rückschlag-liachsaugventil 22 angeordnet, das einen kugelförmigen Schließkörper 23 besitzt, der mit einem Ventilsitz 24 im Kammerboden Λ2 zusammenarbeitet und eine Durchgangsöffnung 25 überwacht. Aixf dem Schießkörper 23 liegt eine Druckscheibe 26, auf der sich das untere Ende der Dämpfungsfeder 17 abstützt.

Das Sicherheitsventil arbeitet wie folgt:

In Abhängigkeit von der Druckvorspannung durch die Schließfeder 21 hält die Schließkugel 18 den Durchgang durch den Ventilsitz 7 geschlossen, solange sich im Inneren der Bohrung 3 bzw. im Strömungsweg A nur ein geringer Druck aufgebaut hat. Übersteigt dieser Druck das eingestellte Maß, so wird die Schließkugel 18 angehoben und gibt den Durchgang zu dem .Kanal B für das Druckmittel frei. Die Schießfeder 21 wird dabei zusammengedrückt. Über den gedrosselten Strömungspfad 16 herrscht in der Kammer im wesentlichen der gleiche Druck wie außerhalb der Kamin er. Wenn also der Druckaufbau stetig erfolgt, wird beim Öffnungshub der Schließkugel 18 auch der Dämpfungskolben 13 mit dem Dämpfungsstößel 14- dieser Öffnungsbewegung JöLgen. Der Kopfteil 15 des Dämpfungsstößeis 14 bleibt dabei in ständiger Anlage an der Schließkugel Das Rückschlag-Hachsaugventil 22 bleibt in diesem Falle funktionslos und hält den Durchgang "25 abgesperrt. V/ird der Druck im Strömungsweg A wieder verringert, so drückt die Schließfeder 21 die Schließkugel 18 wieder auf den Ventilsitz 7, wobei das in der Kammer 22 befindliche Druckmittel über den Dämpfungskolben 13 dieser Schließbewegung e^S^^W^-i"-¹^ -³^f-s⁰·³-³ Druckmittel aus

der Kammer 22 nur gedrosselt durch, den Strömungspfad 16 abströmen kann, wird die Schließkugel behutsam auf den Ventilsitz 7 aufgesetzt.

Ergibt sich hingegen ein Druckstoß im Strömungsweg A, der zu einem raschen Öffnungshub der Kugel 18 führt, so kann das Druckmittel durch den gedrosselten Strömungspfad 16 nicht ausreichend schnell ins Innere der Kammer 11 strömen. Es würde sich demzufolge eine Druckdifferenz zwischen dem Strömungsweg A und der Kammer 11 ergeben, aufgrund derer der Dämpfungskolben keine ausreichende Dämpfungskraft gegen rasche Schließbewegungen der Schließkugel erzeugen könnte. Die Druckdifferenz zwischen dem Strömungswee; A und der Kammer 11 bewirkt jedoch ein Öffnen des Rückschlag-Nachsaugventils 22, so daß das Druckmittel auf diesem Weg rasch in die Kammer 11 eindringen kann und unter dem Dämpfungskolben 13 eine zum Abdampfen von unerwarteten oder schlagartigen Schließbewegungen der Schließkugel 18 ausreichende Gegenkraft erzeugt. Wenn eine derartige Schließbewegung der Schließkugel 18 erfolgt, die ohne Dämpfung zu einem Rattern der Schließkugel führen würde, schließt das Rückschlag-Ifachsaugventil 22 und sperrt den Durchgang 25 ab. Der Dämpfungskolben 13 wirkt dann der Schließbewegung der Schließkugel so weit entgegen, daß diese nicht hart auf den Ventilsitz 7 aufschlagen kann.

Die Dämpfungsfeder 17 kann sehr schwach ausgebildet sein, da infolge der Form des Kopfes i5 des Dämpfungsstößels 14 dieser durch die Strömung im Ventilsitz 7 ständig in Kontakt mit der Schließkugel 18 gehalten bleibt. Nur bei geringen Durchflußmengen bewirkt die Dämpfungsfeder das einwandfreie Nachführen des Dämpfungskolbens. Das Rückschlag-Efachsaugventil 22 kann selbstverständlich auch im Dämpfungskolben unmittelbar angeordnet werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, anstelle des radialen Spieles 16 des Dämpfungskolbens einen durch die Kammerwand 10 führenden, gedrosselten Strömungs-

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pfad vorzusehen. Damit wäre dann eine bessere Führung -des Dämpfungskolbens in seiner Arbeitsrichtung möglich. Weiterhin könnte dem Schließkörper 2J des Bückschlag-Nachsaugventils 22 auch eine selbständige Schließfeder zugeordnet werden. Dies wäre insbesondere dann zweGkmäßig, wenn infolge ohnehin nur großer Durchflußmengen durch den Ventilsitz eine Dämpfungsfeder für den Dämpfungskolben wegfiele.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

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H. KINKELDEY

DR-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ING. - AaE-CALTECH)

K. SCHUMANN

ORRER₁NAT »PL-PHYS.

P. H. JAKOB

ClPL-ING.

G. BEZOLD

ORflER NAT-

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUIANSTJSASSE 43

PH 13 378 - 2.5/wa

Patentansprüche

M„Sicherheitsventil mit einer SchHeßkugel, die durch, eine Schließfeder entgegen der Durchströmungsrichtung gegen einen Ventilsitz preßbar ist, und mit einer Dämpfungseinrichtung für die Schließbewegungen der Schüeßkugel, die aus einem im Strömungsweg und in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz angeordneten, federbelasteten Kolben mit einem, insbesondere pilzförmigen, mit der Kugel zusammenwirkenden Dämpfungsstößel besteht, wobei der Kolben eine Kammer begrenzt, die über einen gedrosselten Strömungspfad mit dem Strömungsweg verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Kammer (11) und dem Strömungsweg (3) ein Eückschlag-Machsaugventil (22) vorgesehen ist, das bei einem den momentenen Druck in der Kammer (11) übersteigenden Druck im Strömungsweg öffnet und eine zusätzliche Verbindung zum Strömungsweg herstellt.

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2. Sicherheitsventil nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Korben (13) mit Spiel (16) in der Kammer (11) verschiebbar ist, und daß das Rückschlag-Nachsaugventil (22) im Kammerboden (12) angeordnet ist.

3- Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schließkörper (23) des Rückschlag-Nachsaugventils (22) von der Dämpfungsfeder (17) ^es Kolbens (13) belastet ist.

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