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"Hydraulisches Blockier- oder Halteventil"
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Die Erfindung betrifft hydraulische Ventile, insbesondere einen neuen
Typ von hydraulischen Sperrventilen, einem sogenannten Halteventil. Diese Art von
Ventilen wird gewöhnlich in hydraulischen Systemen benützt, um Leitungen und ähnliches
verlustfrei zu sperren, oft auch um das "Absinken unter Last" in verschiedenen Arten
von Hydraulikzylindern zu vermeiden. Dieses Absinken unter Last tritt auf, wenn
eine Last, ein Arbeitsgerät oder dergleichen, das von einem solchen Zylinder auf
einer bestimmten Höhe gehalten werden soll,
langsam absinkt, oder
seine Position ändert, während gleichzeitig Hydraulikflüssigkeit aus der Druckseite
des Zylinders austritt, weil eine innere Undichtigkeit im hydraulischen System vorliegt,
zum Beispiel am Betätigungsventil des Zylinders, obwohl dieses Ventil in seiner
Neutralstellung und deswegen geschlossen ist.
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Die Ventiltypen, die bis jetzt benutzt wurden, um ein Absinken unter
Last zu verhindern, zum Beispiel gesteuerte Rückschlagventile oder sogenannte Overcentre-Ventile,
weisen wegen ihrer prinzipiellen Funktion Eigenschaften auf, die sie in bestimmten
Fällen für ihren Zweck unbrauchbar machen. Unter anderem kann ein solches Ventil
einen so großen Flußwiderstand besitzen, daß der Hydraulikzylinder eine begrenzte,
größte Arbeitsgeschwindigkeit hat, und weiterhin ist es nicht möglich, diese Ventiltypen
ohne beträchtliche Schwierigkeiten an einfach wirkenden hydraulischen Zylindern,
sogenannten Teleskop-Zylindern, zu verwenden.
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Gegenstand der Erfindung ist es daher, ein Halteventil solcher Art
vorzusehen, welches in all denjenigen. Fällen eingesetzt werden kann, in denen verlustfreies
Sperren oder Halten in einem hydraulischen System gewünscht wird, ohne das System
anderweitig zu belasten, und ohne daß umfangreiche Änderungen am System notwendig
werden. Gemäß dem in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Gegenstand der Erfindung
wird ein Ventil vorgeschlagen, welches als hydraulisches Halteventil vorgesehen
ist, bei dem die oben genannten, oder von früheren, ähnlichen Ventilen bekannten
Nachteile vermieden worden sind.
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Einige Ausführungen der Erfindung sollen nun als Beispiel beschrieben
werden, unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen, in welchen
Fig.
1 einen Querschnitt durch ein Halteventil gemäß der Erfindung zeigt, dargestellt
- im Zusammenwirken mit einem schematisch - angedeuteten Hydrauliksystem, und zwar
in einer ersten (geschlossenen) Stellung, während Fig. 2 das Ventil in einer zweiten
(geöffneten) Stellung zeigt; Fig. 3 zeigt eine Ansicht analog der in Fig. 1, aber
in einer geänderten Ausführungsform des Ventils; die Fig. 4 und 5 zeigen zwei weitere,
abgewandelte Halteventile gemäß der Erfindung, und zwar zusammen mit angeschlossenen
Hydrauliksystemen; schließlich zeigen die Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführungform
des Halteventils gemäß der Erfindung, wobei die Fig. 7 einen Schnitt entlang der
Linien VIl-VIl in Fig. 6 zeigt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Ilalteventil 10 gemäß der
Erfindung aus einem Ventilgehäuse 11 mit einem Deckel 12, aus einem Ventilkörper
in Form einer Kugel 16 und einer Feder 14, welche auf die Kugel 16 wirkt. Das Hydrauliksystem,
mit dem das Halteventil 10 zusammenwirkt, besteht gemäß Fig. 1 aus einem Arbeitszylinder
34, einem Betätigungsventil 36, einer Hydraulik-Pumpe 38, einen! Tank oder Sumpf
44, einem Steuerventil 32, und aus Hydraulikleitungen, welche die einzelnen Komponenten
miteinander verbinden. So ist die Einlaßöffnung 20 des Ventils 10 durch die Leitung
41 mit einer Öffnung des Arbeitszylinders 34 verbunden, während die Auslassöffnung
22 des Ventils 20 über die Leitung 42 mit dem Betätigungsventil 36 in Verbindung
steht.
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J w Des weiteren sind der Zylinder 34 und Betätigungsventil 36 durch
eine Rücklaufleitung 40 miteinander verbunden.
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Die Kugel 16 des Halteventils 10 ist leicht beweglich in eine zylindrische
Bohrung 19 des Gehäuses 11 eingepaßt, und zwar ist der Bohrungsdurchmesser geringfügig
größer als der Durchmesser der Kugel, so daß sich ein schmaler Spalt 13 um die Kugel
bildet. Wie aus den Figuren ersichtlich, bewegt sich die Kugel zwischen einer linken
und einer rechten Endstellung in der Bohrung 19 hin und her, so daß sich die Bohrung
19 in eine linke Kammer 15 und eine rechte Kammer 24 aufteilen läßt; die Kammer
24 bildet eine Einlaßkammer, welche mit der Einlaßöffnung 20 verbunden ist, während
die Kammer 15 eine Betätigungskammer bildet, was weiter unten erklärt werden wird.
In ihrer rechten Endstellung (wie Fig. 1) hat die Kugel dichten Kontakt mit einer
Sitzfläche 17, welche konzentrisch mit der Bohrung 19 ist und den rechten Teil des
Gehäuses 11 zwischen der Einlaßkammer 24 einerseits und der Auslaßöffnung 22 andererseits
bildet. In ihrer linken Endstellung stößt die Kugel an einem Zapfen 18 an, welcher
als Vorsprung aus dem Ventilgehäusedeckel 12 ausgebildet sein kann und in die Betätigungskammer
15 hineinragt. Eine Sitzfläche 25, welche zum Beispiel konisch ausgeffihrt sein
kann, ist konzentrisch zur Bohrung 19 am Ende des Zapfens 18 angebracht. Bezüglich
des Durchmessers der Kugel 16 können sowohl die Ventilsitzfläche 17, als auch die
Ventilsitzfläche 25 beliebige Durchmesser aufweisen, das heißt, der Durchmesser
der Sitze kann bloß geringfügig kleiner sein als der Durchmesser der Kugel, oder
beträchtlich kleiner, wie in Fig. 1 gezeigt. Auch brauchen beide Sitze nicht den
gleichen Durchmesser zu haben. In der Sitzfläche 25 befindet sich auch eine örtlich
begrenzte Vertiefung, zum Beispiel in Form einer Nut oder eines Schlitzes 26, und
hinter der Sitzfläche 25 befindet sich ein Raum oder eine Hilfskammer 28, welche
mittels einer Steuerleitung 30 mit dem Steuerventil 32 verbunden ist, genanntes
Steuerventil besteht zum Beispiel aus einem manuell zu bedienenden Absperrventil,
etwa einem Nadelventil oder einem Stopfen.
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Der Auslaß des Steuerventils 32 ist seinerseits in Verbindung mit
dem Tank 44. Selbstverständlich ist die Stellung der Kugel 16 von der Kraft, die
auf sie wirkt, abhängig. Diese Kraft ist die resultierende Kraft aus der Kraft der
Feder 14, welche zwischen dem Ventilgehäusedeckel 12 und der Kugel 16 eingesetzt
ist (diese Kraft wirkt nach rechts in der Fig. 1), und den Kräften, welche die hydraulischen
Drücke auf die Kugel ausüben. Zuerst betrachtet man die Stellung, die in Fig. 1
gezeichnet ist, mit der Voraussetzung, daß das Hydrauliksystem drucklos und unwirksam
ist. Die Kugel 16 wird dann durch die Feder 14 gegen die rechte Sitzfläche 17 gedrückt.
Das Steuerventil ist in dieser Situation geschlossen. Wird nun der Zylinder 34 durch
eine Kraft L belastet, (die Kraft L wirkt in Fig. 1 nach links), so baut sich in
der Leitung 41, und dadurch auch in der Einlaßöffnung 20 und in der Kammer 24 des
Ventils 10 ein Druck auf bis zu einem Wert von zum Beispiel 15 MPa. (SI - Einheit
15 Mega-Pascal= 150 kp/cm² = 2200 psi).
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Da das Steuerventil 32 geschlossen ist, kann kein hydraulisches Medium
(Hydrauliköl) von der Betätigungskammer 15 auf der linken Seite der Kugel in die
Steuerleitung 30 fließen c Der Druck in der Kammer 15 steigt daher sofort auf den
gleichen Wert wie der Druck in der Kammer 24, und zwar wegen der Verbindung zwischen
den Kammern, welche durch den Spalt 13 zwischen der Kugel 16 und der Bohrung 19
gebildet wird. Der gleiche Druck P1 (15 MPa im vorliegenden Beispiel) herrscht so
auf der gesamten Kugeloberfläche außerhalb (auf der linken Seite) der Sitzfläche
17. Wenn der Auslaß 22 als drucklos angenommen wird, d.h. das Betätigungsventil
36 befindet sich in seiner Neutralstellung, dann wird die Kugel von einer Kraft
Fbr nach rechts gedrückt, und zwar von einer Größe Fbr = +p1 . zu A17 (1) 5 wobei:
F = Kraft, die durch die Feder 14 ausgeübt 5 wird,
P1 = Druck in
der Einlaßöffnung 20, (= Druck im Zylinder 34) A17 = wirksame Fläche des Ventilsitzes
17.
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Die Ventilkugel 16 wird so fest gegen ihren Sitz 17 gedrückt, und
das Ventil bleibt geschlossen in dieser Stellung, unabhingig vom Druck in der Einlaßöffnung
20. So verhindert das Ventil 10 alle Leckverluste des Zylinders 34, und verhindert
dadurch auch, daß der Kolben 37 sich nach links bewegt, was als Sinkbewegung gemäß
der eingangs gegebenen Definition vorausgesetzt werden kann.
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Das Ventil 10 dient so als verlustfreie Sperrung, d.h. als Halteventil
für den Zylinder 34. Damit sich der Kolben 37 mit Hilfe des Betätigungsventils 36
nach links bewegen kann, muß zuerst das Halteventil gelöst oder geöffnet werden.
Dies geschieht durch Öffnen des Steuerventils 32, welches an einer geeigneten, bequem
zugänglichen Stelle angebracht sein kann, das Ergebnis ist wie nachstehend (siehe
Fig. 2). Die Steuer-Leitung 30, welche nun mit einem Tank verbunden ist, wird sofort
drucklos. Dies gilt auch für die Betätigungskammer 15, welche über die Hilfskammer
28 mit der Steuerleitung 30 frei verbunden ist. Aber da in der Kammer 24 immer noch
ein hoher Druck (15 MPa im obigen Beispiel) herrscht, und da ein möglicher Druckausgleich
durch Durchströmen des engen Spaltes 13 keine Zeit hat, sich aufzubauen, entwickelt
der herrschende Druck in Kammer 24 eine Kraft von rechts auf die Kugel, welche beträchtlich
größer ist, als die Federkraft der Feder 14. Die Kugel 16 bewegt sich daher schnell
nach links, bis sie auf den Sitz 25 trifft und sich an ihm anlegt. Der Sitz 17 ist
dabei gleichzeitig nicht bedeckt, was eine freie, praktisch nicht verengte Verbindung
zwischen der Kammer 24, d.h. dem Einlaß 20, und dem Auslaß 22 zur Folge hat. Das
hydraulische Medium kann so frei in beiden Richtungen durch die Öffnungen 20 und
22 hin- und herfließen, so daß
der Kolben 37 des Arbeitszylinders
34 ungesperrt und mit beliebiger Geschwindigkeit durch das Betätigungsventil 36
betätigt werden kann, siehe Fig. 1.
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Wesentlich für die Funktion des Halteventils gemäß der Erfindung ist
das Zusammenwirken der Kugel 16 mit dem Sitz 25, wenn das Ventil seine offene Stellung
einnimmt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Tatsächlich bildet das Ventil zusammen
mit dem Sitz ein Zugelement. In diesem Fall liegt die Kugel am Sitz 25 an, aber
wegen des Schlitzes oder der Vertiefung 26 im Sitz 25 fließt von der Betätigungskammer
15 auf der linken Seite der Kugel ein gedrosselter Strom über die Hilfskammer 28
und die Steuerleitung 30 in den Tank 44. Der Druck in Kammer 15 ist nur wenig niedriger
als der Druck p1 auf der rechten Seite der Kugel, welche dadurch durch die Kraft
Fbl gegen den Sitz 25 gehalten wird. Die Kraft F bl ist nach links gerichtet und
bildet sich gerräß Fbl = P1 . A25 - F (2) 5 wobei A25 = wirksame Fläche des Sitzes
25 F = Federkraft der Feder 14.
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5 Wenn nun das Steuerventil 32 geschlossen wird, so bildet sich in
der Leitung 30 und in. der Kammer 28 sehr schnell durch den Schlitz 26 derselbe
Druck wie in der Betätigungskammer 15, d.h.
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die Kraft F bl bricht auf Null zusammen. Im gleichen Moment wird die
Kugel 16 durch die Feder 14 nach rechts gedrückt, und legt sich an den Sitz 17 an,
wodurch sich das Ventil 10 schließt. Die Geschwindigkeit der Kugel ist bestimmt
durch die Federkraft Fs, die Querschnittsfläche der Kugel, die Spaltfläche zwischen
der Kugel und der Bohrung 19 und durch die Viskosität des hydraulischen Mediums,
mit anderen Worten, wie schnell das Medium durch den Spalt um die Kugel herum hindurchströmen
kann.
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Wegen des Schlitzes oder der Vertiefung 26 und dem Leckfluß, der dadurch
entsteht, kann das Ventil 10 von der geöffneten zur geschlossenen Stellung und umgekehrt
mit Hilfe des Steuerventils 32 gebracht werden, unabhängig vom Arbeitsdruck, der
im Zylinder 34 herrscht. Es ist natürlich eine notwendige Bedingung für ein hydraulisches
Halteventil dieser Art, daß es auf Wunsch schnell geöffnet und geschlossen werden
kann, unabhängig von Druck- und Flußzuständen, die in der Leitung herrschen, in
welcher das Ventil eingefügt worden ist.
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Andererseits ist es auch Bedingung, daß der beschriebene Leckfluß
des Ventils im geöffneten Zustand so klein wie möglich ist, da dieser Fluß einen
Verlust darstellt, und dadurch sinkt die Last in einer beliebigen Ruhestellung.
Bei den hohen Arbeitsdrücken in modernen hydraulischen Systemen (bis zu 30 MPa und
darüber) muß die Verengung zwischen den Kammern 15 und 28 eine sehr geringe Querschnittfläche
haben. Wenn zum Beispiel der Arbeitsdruck mit einem A1aximum von 30 MPa angenommen
wird (30 MPa = 300 kg/cm² = 4400 psi), und der erlaubte Leckverlust darf höchstens
0,2 1/min. betragen, dann muß die Fläche der Verengung bei ungefähr 0,1 mm2 liegen,
rein dynamische Druckverluste vorausgesetzt. Falls diese Verengung in Form eines
radialen Loches im Zapfen 18 ausgeführt würde, welches die Kammern 15 und 28 miteinander
verbindet, dann würde es einen Durchmesser von ungefähr 0,3 mm haben, was diese
Verengung empfindlicli gegen fremde Partikel in der Flüssigkeit machen würde. Die
Verengung würde leicht zum Verstopfen neigen.
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Der Leckfluß würde dann sofort aufhören, und das Ventil würde seine
oben beschriebene, schließende Funktion verlieren. Wenn man die Verengung als Vertiefung
oder Schlitz 26 in der Sitzfläche 25 selbst vorsieht, so wie es in den Fig. 1 und
2 gezeigt ist, kann eine besser geeignete geometrische
Form für
die Verengung gewählt werden im Hinblick auf das Risiko, daß die Verengung verstopfen
könnte. Außerdem wäre die Verengung selbstreinigend, da Fremdkörper - von selber
weggewaschen werde, sobald sich die Kugel vom Sitz 25 abhebt.
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Ein Halteventil 110 gemäß der Erfindung ist in der Fig. 3 dargestellt.
Dieses Halteventil hat eine etwas abweichende Form bezüglich der Verengungsvorrichtung
zwischen dem Ventil und der Steuerleitung. So wie oben beschrieben, besteht das
Ventil 110 aus einem Ventilgehäuse 111 und einem Ventilgehäusedeckel 112, einer
Kugel 116, welche in eine Bohrung 119 eingepaßt ist und einer Feder 114. Die Kugel
teilt eine Einlaßkammer von einer Betätigungskammer 115 ab. Die Einlaßöffnung 120
des Ventils ist mit einem Arbeitszylinder 134 verbunden, während der Auslaß 122
über eine hydraulische Druckleitung 142 mit dem Betätigungsventil 136 des Systems
verbunden ist. Das zuletzt genannte Ventil steht auch in Verbindung mit dem Zylinder
134 über eine Rücklaufleitung 140. Aus einer Pumpe 138 und einem Tank 144 enthält
das Hydrauliksystem gemäß der Fig. 3 einen weiteren Zylinder 134', welcher ein sogenannter
einfach wirkender Teleskopzylinder ist, ein Halteventil 110', welches Identisch
ist mit dem Ventil 110, sowie ein zweites Betätigungsventil 136', mit angeschlossenen
hydraulischen Druckleitungen, und Steuerleitungen 130 und 130' von den entsprechenden
Halteventilen zu einem gemeinsamen Steuerventil 132. Dieses steht mit dem Tank 144
in Verbindung.
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Der Zapfen 118, der aus dem Deckel 112 hervorsteht, ist in diesem
Fall als eine Düse 125 ausgebildet, mit einer flachen runden Stirnfläche und einer
wirksamen Fläche Ao, (siehe Fig. 3). Die Endflächen des Zapfens, welche gegen die
Kugel 116 gerichtet ist, kann auch eine beliebige, zum Beispiel eine konische Form
besitzen. Wenn das Ventil geöffnet ist und die Feder 114 zunächst außer Betracht
gelassen wird, dann wird die Kugel 116 unter dem Druck p1 nach links gegen
die
Düse 125 gedrückt und zwar mit der Kraft F'bl P1 . A (3).
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0 Wird der Höchstdruck von p1 zu 30 MPa (= 3 kp/mm²) angenommen und
der Düsendurchmesser zu 2,5 mm, d.h. A = 5 mm2, 0 dann beträgt die nach links gerichtete
Kraft F' bl auf die Kugel 116 höchstens 3 x 5 = 15 kp, wenn das Ventil offen ist.
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Aber wenn nun die Kraft F der Feder 114 größer ist als dieser 5 Wert
gewählt wird, zum Beispiel 20 kp, so kann die Kugel nicht durch den Druck p1 dicht
an dem Sitz anliegen, der durch die Düse 125 gebildet wird, sondern sie wird durch
die Feder 114 von dem Sitz weggehalten. Das Ergebnis ist, daß ein ringförmiger Spalt
zwischen der Kugel 116 und dem Sitz oder der Düse 125 entsteht, und durch diesen
Spalt fließt das hydraulische Medium aus der Betätigungskammer 115 hinaus in die
Steuerleitung 130.
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Dieser Ausfluß verursacht nun seinerseits einen Druckabfall in der
Kammer 115, sodaß der Druck p2 darin niedriger wird als der Druck p1 in der Einlaßkammer
124.
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An der Kugel 116 greift dann die nach links wirkende Kraft F an, die
geschrieben werden kann als Fbl P1 (p1-p2) (AbAo) + p1 Ao = P1 Ab-p2 (Ab-Ao) (4)
wobei Ab die Querschnittsfläche der Kugel ist.
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Dieser Kraft Fbl wirkt der nach rechts gerichteten Kraft F der 5 Feder
114 entgegen und die Kugel 116 nimmt von selber relativ zur Spitze der Düse oder
des Sitzes 125 eine Stellung sodaß beide Kräfte im dynamischen Gleichgewicht zueinander
stehen, d.h. daß bl = F5 (5).
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Die Verengung zwischen der Kugel und der Düsenspitze 125 ist deswegen
selbstjustierend und stellt sich kontinuierlich von selbst auf herrschende Drücke,
Ölviskositäten usw. ein. Aus diesem Grunde ist die Verengung vollständig unempfindlich
gegen Fremdkörper im Hydrauliköl. Falls die hydraulische Kraft Fbl, die auf die
Kugel 116 wirkt, die Federkraft F vollständig 5 übersteigt, so legt sich die Kugel
dicht an die Düse 125 an. P2 wird zu p1 und die vorstehende Gleichung (4) ist durch
die obige Gleichung (3) zu ersetzen. Es sollte jedoch die Feder 114 so im Bezug
auf den auftretenden Höchstdruck dimensioniert sein, daß dieser die Federkraft nicht
übertreffen kann.
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Zwischen der zur Kugel 116 zeigenden Öffnung der Düse 125 und der
Steuerleitung 130 ' ist ein Ventil eingesetzt, welches verhindert, daß aus der Steuerleitung
130 Hydraulikflüssigkeit in die Steuerkammer 115 zurückfließt. Dieses Ventil besteht
aus einer einfachen Anordnung mit einer Kugel 150 die von einer Feder 152 beaufschlagt
wird. Das Ventil ist in einer Hilfskammer 128 hinter der Düse 125 untergebracht.
Auf diese Weise können ein oder mehrere Halteventile gemäß der Erfindung zusammengeschaltet
werden zu einem gemeinsamen Steuerventil 132. Zum Beispiel ist das Ventil 110',
das in der Fig. 3 dargestellt ist, dazu bestimmt, den Zylinder 134' zu halten, während
die beiden Ventile durch eine gemeinsame Steuerleitung 130, 130' miteinander verbunden
sind. Wenn das Steuerventil 132 geöffnet ist, dann herrscht in der Steuerleitung
ein niederiger Druck und dadurch sind beide Halteventile 110 und 110' geöffnet.
Wenn das Steuerventil geschlossen ist, sind auch beide Halteventile geschlossen,
der Druck in der Steuerleitung 130, 130' steigt auf den größeren der beiden Drücke
an, die in den beiden Zylindern 134, 134' herrschen. Das Einweg-bzw. Rückschlagventil
150, 152 und die entsprechenden Einweg-bzw. Rückschlagventile im Halteventil 130'
verhindern einen Leckstrom zwischen den Zylindern, der seinen Weg über die Steuerleitung
nehmen könnte, falls verschiedene Reste von unwirksamen Drücken in den Zylindern
herrschen.
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Das Steuerventil 134, das in der Fig. 3 dargestellt ist, kann zum
Beispiel aus einem elektromagnetischen Schließventil bestehen, welches seinerseits
von einem Schalter oder einer Kontaktvorrichtung 133 betätigt ist.
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In der Fig. 4 ist ein automatisch betätigtes Halteventil 210 gemäß
der Erfindung dargestellt, bei welchem als unterscheidendes Merkmal das mit ihm
verbundene Steuerventil als druckempfindliches Ventil ausgeführt ist, welches in
das Halteventil eingebaut ist. Außerdem sind eine Feder 214 eingebaut und eine Kugel
216, welche in einer Bohrung 219 eine Einlaßkammer 224 von einer Betätigungskammer
215 abteilt. In dieser Ausführung umfaßt das Halteventil 210 auch einen Kolben 262,
welcher sich in einer Bohrung 261 befindet. Diese Bohrung 261 ist in einem Teil
217 angebracht, welches auf der linken Seite in Fig. 4 in die Bohrung 219 der Ventilkugel
eingesetzt ist. Ein Zapfen 218, versehen mit einer Düse 225 ragt nach rechts aus
dem eingesetzten Teil 217 heraus und eine kleine, den Rückfluß verhindernde Kugel
256 ist in einer Hilfskammer hinter der Düse untergebracht. Die Kugel 256 wird durch
eine Feder 254 nach links gegen einen Sitz 257 gedrückt. Eine Kammer 260 auf der
linken Seite des Kolbens 262 ist in Verbindung mit einer Stahlleitung 230, während
eine Kammer 258 auf der rechten Seite des Kolbens 262 dauernd mit einem Tank 244
über eine Passage 264 und eine Rücklaufleitung 231 verbunden ist.
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Schließlich enthält das Hydrauliksystem in Fig. 4 noch einen Arbeitszylinder
234, ein Betätigungsventil 236, eine Pumpe 238, den Tank 244 und die Druckleitungen
240, 241 und 242. Das Betätigungsventil 236 besteht aus einem sogenannten servogesteuerten
Schiebeventil, d.h. ein Ventil, welches einen Schieber oder eine Spule enthält und
durch Druck auf einen separaten Servokreis gesteuert wird. Dieser enthält eine Pumpe
239, ein handbetätiges Servoventil 232 und die Steuerleitungen 230' und 233.
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Das Halteventil 210 in der Fig. 4 arbeitet mit dem angeschlossenen
Hydrauliksystem wie folgt zusammen.
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Wenn sich der Betätigungshebel des Servoventils 232 in Neutralstellung
befindet, sind die beiden Steuerleitungen 230' und 233 drucklos. Das Schiebeventil
236 ist deswegen auch in Neutralstellung, wobei sein Schieber in einer Mittelstellung
durch Federn gehalten wird. In diesem Falle wird die übliche Servotechnologie angewandt.
Die Steuerleitung 230, welche mit der Leitung 230' verbunden ist, ist dann auch
drucklos und der Kolben 262 des Halteventils befindet sich, wie in Fig. 4 gezeigt
in seiner linken Position.
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Das Einweg- oder Rückschlagventil 254, 256 ist dann geschlossen, die
Hauptventilkugel 216 wird aus den oben beschriebenen Gründen gegen ihren Sitz gedrückt
und dadurch ist das Halteventil geschlossen. Nun wird der Hebel des Servoventils
232 in eine Stellung "tiefer" gebracht, wodurch der Druck in die Steuerleitung 230'
eingelassen wird, um den Schieber des Ventils 236 für seine erste Betätigung zu
verschieben.
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Dabei tritt auch Steuerdruck in die Kammer 260 ein, wodurch der Kolben
262 nach rechts gedrückt wird. Wenn dies geschieht, wird durch eine Nadel 266 am
Kolben 262 die Kugel 256 des Einweg- oder Rückschlagventils aus ihrem Sitz gedrückt
und nun kann sich die Betätigungskammer 215 auf der linken Seite der Kugel 216 in
den Tank entleeren. Wie oben beschrieben bewegt sich die Kugel dabei nach links,
wo sie dann in sozusagen von der Düse 225 angezogen wird und auf dieser aufliegt,
so daß das Halteventil geöffnet ist. Der Kolben 237 des Arbeitszylinders kann sich
dadurch, wie aus Fig. 4 ersichtlich, ungehindert nach links bewegen, was einer Absenkbewegung
gleichkommt. sobald das Servoventil 232 in die Neutralstellung zurückgebracht wird,
wodurch der Druck in den Steuerleitungen 230 ' und 230 abfällt, schließt sich das
Schiebeventil 236 und das Ergebnis ist, daß der Kolben 237 des Arbeitszylinders
234 stillsteht.
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Der Druckabfall in der Steuerleitung 230 bewirkt gleichzeitig, daß
sich der Kolben 262 nach links bewegt, das Einweg- bzw.
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Rückschlagventil 254, 256 wird geschlossen und der Druck baut sich
wieder in der Betätigungskammer 215 links der Kugel 216 auf, sodaß sich das Halteventil
210 schließt.
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Wenn andererseits die Steuerleitung 233 mit Druck versorgt wird, um
den Kolben 237 über das Betätigungsventil 236 und die Druckleitung 242 nach rechts
zu bewegen, so kann die drückende Flüssigkeit entweder durch das Halteventil 210
strömen, welches dann als Rückschlagventil wirkt, oder durch ein spezielles Rückschlagventil
265, welches in der Leitung 242 angeordnet ist.
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Das Halteventil 210 gemäß Fig. 4 arbeitet somit vollkommen automatisch
und synchron mit dem Betätigungsventil 236, sodaß der Arbeitszylinder 234 immer
in einer leckfreien, stationären Stellung gehalten wird, sich aber in beiden Richtungen
ungehindert bewegen kann, falls dies gewünscht wird.
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Das Steuerventil, welches aus dem Kolben 262, der Kugel 256 und der
Feder 254 besteht, sowie aus den dazugehörigen Teilen des Ventilgehäuses 211 und
des Deckels 212, kann natürlich eine eigene separate Ventileinheit bilden, welche
mit dem Ventil 210 über Steuerleitungen in Verbindung steht. Das separate Ventil
210 ist in diesem Falle analog der vorstehend beschriebenen Ausführungen des Halteventils
gemäß der Erfindung konstruiert, wobei auf die Fig. 1 - 3 Bezug genommen wird.
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Die Ausführungsform 310 des Halteventils gemäß der Erfindung, die
in der Fig. 5 gezeigt ist, besitzt eine elektrische Betätigung, die derart angeordnet
ist, daß in der nicht aktivierten, also in der Ruhestellung die automatische Haltestellung
gesichert ist. Auch hier umfaßt das Ventil 310 ein Ventilgehäuse 311, eine Hauptventilkugel
316 und eine Feder 314. Übereinstimmend mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
210 ist die Kugel derart angeordnet, daß sie mit einer Düse 325 eine Betätigungskammer
315 zusammenwirkt, wenn das Ventil geöffnet ist. Im Deckel 312 des Ventilgehäuses
311 ist die Kugel 315 eines Rückschlagventils samt der Betätigungsfeder 352 sowie
einer Hilfskammer 328 untergebracht. Eine Seitenkammer 328' mit Verbindung zur Kammer
328 ist ebenfalls vorgesehen. Diese Kammer nimmt ein Rückschlagventil auf, das aus
einer Kugel 356 besteht, welche durch eine Feder 354 gegen den Sitz 357 gedrückt
wird. Die Kugel 356 kann aus ihrer Schließstellung im Sitz weggedrückt werden, d.h.
nach unten in der Fig. 5 und zwar mit Hilfe der Nadel 366 welche mit dem beweglichen
Anker des Elektromagneten 368 verbunden ist. Die Kammer 328, 328' wird hierbei über
eine Rücklaufleitung 331 entlastet.
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Es ist ferner ein Arbeitszylinder 334 vorgesehen, der durch das Ventil
310 gehalten werden soll, und das Hydrauliksystem ist derart aufgebaut, daß es auch
einen Arbeitszylinder 334' mit einem dazugehörigen Halteventil 310' umfaßst, wobei
letzteres zum Beispiel identisch ist mit dem Ventil 110, das im Zusammenhang mit
der Fig. 3 beschrieben wurde. Das Hydrauliksystem enthält ferner handbediente Betätigungsventile
336 und 336', eine Pumpe 338, einen Tank 344 sowie Hydraulikleitungen zwischen diesen
Teilen, wie dies aus der Fig. 5 ersichtlich ist.
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Die Hilfskammer 328 des Halteventils 310 und die entsprechende Kammer
im Halteventil 310' sind miteinander durch eine Steuerleitung 330 verbunden.
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Die Ventile 310 und 310' sind elektrisch gesteuert durch die Kontaktvorrichtungen
310 und 310' und zwar derart, daß der Stromkreis durch den Elektromagneten 368 geschlossen
wird, sobald einer der Betätigungshebel 339 und 339' von der Normalstellung in die
Stellung "tiefer" gebracht wird. Wenn der Elektromagnet 368 anzieht, wird das Rückschlagventil
356 durch die Nadel 366 geöffnet und die Kammern 328, 328' entleeren sich über die
Rückflußleitung in den Tank, wie dies oben beschrieben ist. Dabei werden beide Halteventile
310 und 310' sofort in der oben beschriebenen Weise geöffnet.
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Wenn die Betätigungshebel in die Neutralstellung zurückbewegt werden,
schließen sich die Ventile wieder. Es können natürlich noch weitere Halteventile
gemäß der Erfindung angeschlossen werden und in der gleichen Art und Weise gemeinsam
gesteuert werden, wie dies im Zusammenhang mit den Ventilen 310, 310' beschrieben
wurde.
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Wie aus dem Prinzip der oben beschriebenen Halteventile gemäß der
Erfindung zu erkennen ist, ergibt sich ein kontinuierlicher Fluß von Hydraulikflüssigkeit
durch den Raum, der die Ventilkugel umgibt, wenn das Ventil seine geöffnete Stellung
einnimmt. Dabei wird natürlich davon ausgegangen, daß die Hydraulikflüssigkeit vollständig
sauber ist, sodaß keine Verunreinigungen in den Spalt gelangen können, der einen
keilförmigen Querschnitt hat, was zur Folge haben könnte, daß die Kugel klemmt.
Um dies zu vermeiden, können die Ventile auf einfache Art und Weise geändert werden,
sodaß der Leckfluß seinen Weg durch einen gewöhnlichen Ringspalt zwischen
zylindrischen
Körpern findet, welche mit ihren geraden scharfen Kanten die Begrenzung des Spaltes
bilden. Größere Partikel werden auf diese Weise abgehalten, den Spalt zu durchdringen,
während kleinere einfach hindurch gehen, ohne irgend eine klemmende Keilwirkung
auf die bewegten Teile auszuüben. Ein derartig modifiziertes Ilalteventil wird abschließend
unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.
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In der Fig. 6 ist ein derartiges modifiziertes Halteventil schematisch
dargestellt. Wie bei den anderen Ausführungsformen, besitzt auch dieses Ventil eine
Einlaßöffnung 420 und eine Auslaßöffnung 422, welche durch die Leitungen 441 und
442 je mit der Verbindungsöffnung eines Arbeitszylinders 434 und dem Betätigungsventil
436 verbunden sind. Das letztere Ventil erhält das Druckmedium von einer Pumpe 438
und leitet dieses über eine Leitung 440 in die gegenüberliegende Verbindungsöffnung
des Arbeitszylinders 434 weiter. Bei den anderen Beispielen wird auch hier das ilalteventil
410 über eine Steuerleitung 430 von einem Steuerventil 432 gesteuert, das mit dem
Tank bzw. dem Sumpf 444 in Verbindung steht.
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Das Haltevenil besteht aus einem Ventilgehäuse 411 mit einer inneren
Bohrung 405, welche vom rechten Ende des Gehäuses ausgeht, wie aus der Figur 6 ersichtlich.
Die Bohrung wird von einem Deckel 412 verschlossen, welcher einen Sitz 417 für das
Ventilelement des Halteventils enthält, das Ventilelement ist auch in diesem Fall
eine Kugel 416. Der Sitz 417 unterteilt eine Einlaßkammer 424, welche im Deckel
412 untergebracht ist, und eine Auslaßöffnung 422, welche in einem Bolzen 412'angebracht
sein kann, dieser Bolzen 412'ist in den Deckel 412 eingeschraubt.
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Im Gegensatz zu früher beschriebenen Ausführungen des Halteventils
gemäß der Erfindung, ist kein ieckflußspalt um die Kugel 416 herum vorgesehen, sondern
der Spalt ist als bewegliche Muffe 421 ausgebildet, und die Kugel 416 ist in eine
Bohrung 423 der Muffe eingepaßt. In der Figur 6 ist das auf der rechten Seite der
Muffe. Die Bohrung wird von einer inneren Dichtkante 427' abgeschlossen, an welche
sich die Kugel 416 anlegt, wie es klar aus der Figur 6 hervorgeht. Den Umständen
entsprechend kann die Kugel z.B. durch einen leichten Preßsitz fest in der Muffe
angeordnet sein, sie kann sich aber auch in der Bohrung 423 bewegen. Vom anderen
Ende der Muffe 421 reicht eine zweite Bohrung 419 in die Muffe hinein, welche eine
Führung für den Zapfen 418 bildet, der Zapfen 418 ist fest am unteren Ende der Bohrung
405 im Gehäuse 411 angebracht, und mit ihm koachsial. Ein teckflußspalt 413 ist
zwischen dem Zapfen 418 und der Muffe 421 vorgesehen, wie weiter unten beschrieben
wird. Der rechte Teil der Muffe 421 hat einen kleineren Innendurchmesser als der
linke Teil, so daß sich eine innere Schulter oder Einschnürung 409 bildet. Desgleichen
weist der Zapfen 418 einen abgesetzten Außendurchmesser auf, so daß sich eine Feder
414 daran gegen die Schulter 409 in der Muffe 421 abstützt. Die Muffe mit der Kugel
416 wird dadurch nach rechts gedrückt, und die Kugel liegt so am Sitz 417 an. Das
rechte Ende der Muffe wird in. einer Bohrung im Deckel 412 geführt, welche die Einlaßkammer
424 bildet,
siehe Figur 6. Ein kleiner Ventilsitz 425 ist am abgesetzten
Ende des Zapfens 418 angebracht, dieser Sitz ist über ein Einwegventil 450 mit einer
Hilfskammer 428 in Verbindung, an welcher eine Steuerleitung 430 von einem Steuerventil
432 angeschlossen ist, alles analog mit vorstehenden Ausführungen.
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Die Einlaßöffnung 420 des Halteventils 410 ist über eine Nebenbohrung
406 mit der Bohrung 405 im Gehäuse 411 verbunden, diese Bohrung ist ihrerseits über
einen Winkel 427 im Deckel 412 mit der Einlaßkammer 424 verbunden.
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Das Halteventil 410 funktioniert im Prinzip genau so wie die vorher
beschriebenen Ausführungen, obwohl sich in diesem Fall die Ventilkugel nicht alleine,
sondern zusammen mit der beschriebenen Muffe 421 bewegt, deren linke Bohrung eine
Betätigungskammer 415 zwischen der Kugel 416 und dem Zapfen 418 bildet. Wie erwähnt,
gibt es zwischen dem Letzteren und dem linken Ende der Muffe 421 einen Spalt 413,
welcher dem Leckspalt um die Ventilkugeln in früher beschriebenen Ausführungen entspricht.
Wenn nun das Steuerventil 432 öffnet, entweicht der Druck aus der Betätigungskammer
415 über den Ventilsitz 425 und der Hilfskammer 428 in die Steuerleitung 430, der
Druck in der Einlaßkammer 424 drückt die Ventilkugel 416 mit der Muffe 421 vom Sitz
417 gegen die Kraft der Feder 414. Wie vorher, so nimmt auch jetzt die Kugel 416
eine Gleichgewichtslage in Bezug auf den Sitz 425 ein, so daß der Leckfluß durch
den Spalt 413 in die zweite Kammer 415 und weiter in die Steuerleitung 430 hinein
eingeengt wird. Wenn das Steuerventil 432 geschlossen wird, so baut sich in der
zweiten Kammer 415 der Druck über den Spalt 413 wieder auf, und die Ventilkugel
416 legt sich wieder an den Sitz 417 an, und zwar einerseits unter der Kraft der
Feder 414 und dem ansteigenden Druck in der Betätigungskammer 415. Im dargestellten
Fall verändert sich die Länge des Spaltes 413 während der Bewegung der Muffe 421,
aber wenn diese Länge konstant bleiben
muß, so wird ein ringförmiger
Winkel auf der Innenseite der Muffe rechts des Zapfens 418 angebracht. In einigen
Fällen ist es angebracht, den Spalt 413 selbst sehr schmal zu machen, man kann alternativ
auch den notwendigen Leckfluß durch longitudinale Nuten auf der Innenseite 419 der
Muffe 421 oder auf der Außenseite des Zapfens 418 sicherstellen.
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Ein geschickter Konstrukteur sollte in der Lage sein, andere Ausführungsformen
eines Halteventils gemäß der Erfindung vorzuschlagen, und die Erfindung ist nicht
beschränkt auf Ausführungen, die hier beschrieben und dargestellt wurden, sondern
weitere Variationen und Modifikationen und innerhalb der Reichweite der Erfindung
möglich.