DE3245667C2

DE3245667C2 - Druckbegrenzungsventil für HFA-Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE3245667C2
Application number: DE3245667A
Authority: DE
Inventors: Karl 5600 Wuppertal Krieger; Werner Ing.(grad.) 4630 Bochum Reinelt
Original assignee: Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik & Co 5600 Wuppertal De GmbH; Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik & Co 5600 Wuppertal GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1986-09-11
Also published as: CS274712B2; FR2537688A1; HU187617B; GB2133121B; GB2133121A; CS922383A2; ZA839034B; DE3245667A1; GB8332024D0; FR2537688B1; US4552172A; SU1324593A3

Abstract

Das Druckbegrenzungsventil für HFA-Flüssigkeiten besitzt einen Schaltkolben 9, der von einer harten Schließfeder 11 gegen den im Einströmkanal 5 anstehenden Hochdruck belastet ist. Von einer axialen Innenbohrung 12 im Schaltkolben 9 zweigen radiale Abströmbohrungen 13 ab. Beim Überschreiten des durch die Schließfeder 11 vorgegebenen Einstelldruckes überfahren die Abströmbohrungen 13 eine O-Ring-Dichtung 8 und Druckflüssigkeit strömt aus der Innenbohrung 12 in den Abströmkanal 18. Der stufenförmig ausgebildete Schaltkolben 9 ist in der Druckkammer 6 mit einem größeren Querschnitt geführt als im Bereich der O-Ring-Dichtung 8. Im Anschluß an den Einströmkanal 5 ist die axiale Innenbohrung 12 mit einem verengten Strömungsquerschnitt 17 versehen. Von der Innenbohrung 12 führen weitere Radialbohrungen 14 zu einem schulterförmigen Absatz 16 am Schaltkolben 9 in der Druckkammer 6.

Description

P m t;

vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil verwendet eine kurze, harte Schließfeder mit relativ hoher Federkraft. Es ist klein gebaut Die durch den Einströmkanal" in das Druckbegrenzungsventil eintretende Druckflüssigkeit trifft im Hockdruckbereich auf die große Kolbenfläche des stufenförmigen Schaltkolbens, der an der kleineren Querschnittsfläche durch die O-Ring-Dichtung abgedichtet ist Bei einer allmählichen Zunahme des Druckes verschiebt sich der Schaltkolben und geht nach dem Oberschreiten des Einstelldruckes in die Öffnungsstellung, in der Druckflüssigkeit über die Abströmbohrungen in den Abströmkanal abfließen kann. Während der Kolbenverschiebung erfolgt durch die in die Ringnut am schulterförmigen Absatz des Schaltkolbens einmündenden Radialbohrungen ein Druckausgleich mit dem Ringraum an der Kolbenmantelfläche.

Steigt die Durchflußgeschwindigkeit mit der Durchflußrncnge stark an, so werden aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Druckbegrenzungsventil hydrodynamische Kräfte wirksam, die gegen die Schließkraft der Schließfeder gerichtet sind und somit den Öffnungsvorgang unterstützen. Der über den Einströmkanal zugeführte Flüssigkeitsstrom tritt zunächst in eine im Querschnitt erweiterte Druckkammer ein und wird anschließend — wie bei einem Venturi-Rohr — durch einen im Strömungsquerschnitt verengten Abschnitt der axialen Innenbohrung des Schaltkolbens geleitet In dieser Drosselstrecke nimmt die Strömungsgeschwindigkeit weiter zu, während der Flüssigkeitsdruck abfällt Die Druckflüssigkeit strömt dann in den im Querschnitt erweiterten Abschnitt der Innenbohrung, der ebenso groß ist wie die Summe der Austrittsquerschnitte der Abströinbohrungen 13. Bei diesem Vorgang wird zunächst durch die kinetische Energie der Druckflüssigkeit eine in Öffnungsrichtung gerichtete Kraft auf den Schaltkoiben ausgeübt Beim Durchströmen der Drosselstrecke und durch die plötzliche Querschnittserweiterung am Ende dieser Strecke treten Druckverluste auf. Der Flüssigkeitsdruck im erweiterten inreren Abschnitt der axialen Innenbohrung ist dann — ebenso wie in dem damit durch die Radialbohrung verbundenen Ringraum am schulterförmigen Absatz des Schaltkolbens — kleiner als der auf der groben Kolbenfläche wirksame Druck auf der Einströmseite. Der Differenzdruck erzeugt auf der großen Kolbenfläche eine zusätzliche Kraft, die den Schaltkolben gegen die Schließfeder verschiebt. Er liegt dann mit dem schulterförmigen Absatz an einem Vorsprung der Ventilbohrung an. In der öffnungssteiiung ist das Abströmen einer großen Flüssigkeitsmenge ohne Druckerhöhung gewährleistet.

Beim Schließvorgang bewegt sich der Schaltkolben mit der großen Kolbenfläche gegen den anstehenden Druck. Der Ringraum über der Ringnut am schulterförmigen Absatz füllt sich wieder mit Druckflüssigkeit, die aber aufgrund der engen Führung des Schaltkolbens in der Druckkammer nicht über einen Spalt an der Mantelfläche, sondern nur über die axiale Innenbohrung des Kolbens und die Radialbohrungen gegen die Schließbewegung nachströmen kann, die dadurch gebremst wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Schaltkolben bei Druukstößen mit den Abströmbohrungen im Bereich der O-Ring-Abdichtung hin- und herschwingt. Der in seinen Bewegungen gedämpfte Schaltkolben gewährleistet somit ein genaues Ansprechen des Druckbegrenzungsventils.

Ein Alisführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert in der ein Druckbegrenzungsventil im Längsschnitt dargestellt ist wobei F ig. 1 die Schließstellung und
F i g. 2 die Öffnungsstellung des Ventils zeigt
Das mit 1 bezeichnete Ventilgehäuse des Druckbegrenzungsventils ist zylindrisch ausgeführt und weist in Längsrichtung eine in sich stufenförmig abgesetzte Ventilbohrung 2 auf, die den Konturen der nachfolgend beschriebenen Einbauteile angepaßt ist Das Gehäuse 1

ίο wird auf der einen Seite der Ventilbohrang 2 durch ein Verschlußstück 3 und auf der anderen Seite durch ein Anschlußstück 4 verschlossen, in dem sich ein Einströmkanal 5 befindet, durch den Druckflüssigkeit über einen nicht dargestellten Anschluß in das Druckbegrenzungsventil zugeführt wird. Der Einströmkanal 5 mündet in eine im Querschnitt erweiterte Druckkammer 6 der Ventilbohrung 2 ein. Daran schließt sich der engste Abschnitt der Ventilbohrung 2 an, in dessen Mantelfläche eine Ringnut 7 umläuft in die eine O-Ring-Dichtung 8 eingelegt ist.

Ein in Längsrichtung stufenförmig ausgebildeter, zylindrischer Schaltkolben 9 ist mit der im Querschnitt größeren Mantelfläche in der Druckkammer 6 und mit der im Querschnitt kleineren Mantelfläche in dem Abschnitt der Ventilbohrung 2 axial verschiebbar geführt, in dem sich die O-Ring-Dichtung 8 befindet Der Schaltkolben 9 ist an dem der Druckkammer 6 gegenüberliegenden Ende über einen Federteller 10 durch eine sich am Verschlußstück 3 abstützende, kurze, harte Schließfeder 11 in Schließrichtung belastet.

In dem Schaltkolben 9 ist eine als Sackbohrung ausgeführte, axiale Innenbohrung 12 eingebracht, von der im Bohrlochtiefsten radial nach außen gerichtete Abströmbohrungen 13 ausgehen. In der Schließstellung des Ventils befinden sich die Querbohrungien 13 — von der Schließfeder 11 her gesehen — unterhalb der O-Ring-Dichtung 8. Im gleichen Sinne unterhalb der Abströmbohrungen 13 sind weitere Radialbohrungen 14 in sternförmiger Anordnung vorgesehen, die in eine Ringnut 15 am tchulterförmigen Absatz 16 einmünden, der zwischen der im Querschnitt größeren Mantelfläche und der dazu abgesetzten kleineren Mantelfläche des Schaltkolbens 9 gebildet wird. Die axiale Innenbohrung 12 besitzt an der in die Druckkammer 6 eintauchenden Einströmseite einen im Strömungsquerschnitt verengten Abschnitt 17. Der Querschnitt der über den Umfang des Schaltkolbens 9 verteilten Abströmbohrungen 13 ist ebenso groß bemessen, wie der Querschnitt der axialen Innenbohrung 12 im nicht querschnittsverengten Bereich.

Das Druckbegrenzungsventil befindet sich in der in F i g. 1 dlrgestellten Schließstellung, solange die im Hochdruckbereich auf der Einströmseite von der Druckflüssigkeit auf den Schaltkolben 9 ausgeübte Kraft kleiner ist, als die entgegengerichtete Kraft der den Einstelldruck des Ventils vergebenden Schließfeder 11. Bei einem den Einstelldruck übersteigenden Druck wird die Schließfeder 11 zusammengedrückt und der Schaltkolben 9 in die in F i g. 2 dargestellte öffnungsstellung verschoben. Die Abströmbohrungen 13 überfahren die O-Ring-Dichtung 8, und Druckflüssigkeit strömt durch den Einströmkanal 5, die Druckkammer 6 in die axiale Innenbohrung 12 des Schaltkolbens 9 und weiter über die radialen Inwenbohrungen 13 in einen

nach außen führenden Abströmkanal 18. Beim Öffnen des Ventils verkleinert sich der über der Ringnut 15 gebildete Ringraum bis der Schaltkolben 9 in der Öffnungsstellung mit dem schulterförmigen Absatz 16 an

einem korrespondierenden Vorsprung der axialen Ventilbohrung 2 anliegt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 anstehende Druckflüssigkeit in Schließrichtung bela- Patentansprüche: stende Schließfeder bestimmt den Einstelldruck des Ventils.

1. Druckbegrenzungsventil für unter hohem Wenn derDruck auf der Einströmseite nur wenig über Druck stehende HFA-Flüssigkeiten mit einem zylin- 5 den Einstelldruck ansteigt, so verschiebt sich der Schaltdrischen, durch eine Schließfeder in Schließstellung kolben auch nur geringfügig in Öffnungsrichtung, ohne gehaltenen Schaltkolben, daß Druckflüssigkeit aus den Abströmbohrungen abströmt Der Druckanstieg wird bereits durch die hierbei

— der in einer axial im Ventilgehäuse angeordne- erzielte Volumenvergrößerung ausgeglichen. Mit anten stufenförmig abgesetzten Ventilbohrung io steigendem Druck verschiebt sich der Schaltkolben weigeführt und auf der Einströmseite von der durch ter gegen die Kraft der Schließfeder in die öffnungseinen Einströmkanal zugeführten Druckflüssig- richtung und überfährt die O-Ring-Abdichtung mit der keit gegen die Kraft der den Einstelldruck des ersten Reihe der Abströinbohrungen, durch die nun Ventils bestimmenden Schließfeder belastet ist, Druckflüssigkeit aus der axialen Innenbohrung des

— der durch eine O-Ring-Dichtung in einer umlau- is Schaltkolbens in den Abströmkanal abfließt Nimmt fenden Ringnut an der Innenwandung der zen- dann auch die Flüssigkeitsmenge zu, so wird der Schalttralen Bohrung abgedichtet ist, kolben noch weiter in Öffnungsrichtung verschoben, bis

— der eine axiale Innenbohrung aufweist, von der auch die zweite Reihe der Abströmbohrungen über die im Bohrlochtiefsten radial nach außen gerichte- O-Ring-Abdichtung gefahren und zum Abströmkanal te AbstJ5»jibohrungen sternförmig in die Man- 20 geöffnet ist Mit den beiden Reihen von Abströmbohtelfläche einmünden, rangen verfügt dieses Druckbegrenzungsventil über

— der von der Druckflüssigkeit beim Überschrei- zwei nacheinander wirkende Ansprechstufen.

ten des Einstelldruckes mit den Abströmboh- Das Ansprechverhalten eines Druckbegrenzungsvenrungen über die O-Ring-Dichtung hinweg zu tils wird maßgeblich von der Charakteristik der Schließeinem Abströmkanal in die öffnungsstellung 25 feder bestimmt die den Druck über dem Weg des verschiebbar ist, Schaltkolbens zwischen der Schließ- und Öffnungsstel-

— wobei mit Abstand von den Abströmbohrungen lung beeinflußt Das erfindungsgemäße Druckbegrenweitere Radialbohrungen in den Schaltkolben zungsventil soll so ausgelegt sein, daß der Druck wäheingebracht sind, rend des Überströmens und bei einer Zunahme des

30 Druckflußstromes von 0,04 auf 30 I/min nicht mehr als

dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt- 20% über den Einstelldruck ansteigt Der Schließdruckkolben (9) auf der Einströaiseite *inen größeren Au- soll nahe beim Öffnungsdruck liegen. Mit diesen Fordeßenquerschnitt als im Bereish der O- Ring-Dichtung rungen wird angestrebt über das Druckbegrenzungsie) und einen im Verhältnis zum "inströmkanal (5) ventil den Druck im angeschlossenen System in der Näsowie zur axialen Innenbohrung (12) verengten Ein- 35 he des Einstelldruckes konstant zu halten,
strömquersdinitt (i7) aufweist und die Schließfeder Der ersten Forderung kommt eine weiche Feder entals harte Schließfeder (11) ausgebildet ist und daß gegen, die auf einem langen Federweg nur einen gerindie Radialbohrungen (14) an einem schulterförmigen gen Druckanstieg zu verzeichnen hat pn Druckbegren-Absatz (16) der großen Mantelfläche des Schaltkol- zungsventil mit einer weichen Feder hat jedoch ein ausbens (9) in eine Druckkammer (6) einmünden, in der 40 gesprochen schlechtes Schließverhalten, weil der der Schaltkolben (9) im Anschluß an den mit kleine- Schaltkolben erst nach einem relativ starken Druckabrem Querschnitt ausgebildeten Einströmkanal (5) fall in die Schließstellung zurückkehrt. Die an das mit der großen Mantelfläche eng geführt ist. Schließverhalten des Ventils gestellte Forderung wird

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, da- am besten von einer sehr harten Feder erfüllt. Der damit durch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Ab- 45 belastete Schaltkolben wird jedoch nur bei einem stark strömbohrungen (13) dem Querschnitt der axialen ansteigenden Druck weiter geöffnet.
Innenbohrung (12) im nicht querschnittsverengten Das aus der FR-PS 11 49 979 bekannte Druckbegren-Abschnitt entsprechen. zungsventil verfügt über eine weiche Schließfeder mit

großem Federweg, so daß in kurzer Zeit eine große 50 Flüssigkeitsmenge abströmen kann. Durch die zweireihige Anordnung von Abströmbohrungen im Schaltkolben ist zudem gewährleistet, daß selbst bei einer außergewöhnlich hohen Zunahme der abströmenden Druck-

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil flüssigkeit kein unzulässiger Druckanstieg zu bcfürchfür HFA-Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Pa- 55 ten ist. Dagegen wird der Druck beim Schließvorgang tentanspruches 1. sehr stark abfallen. Dieses Ventil ist daher nicht zur

Druckbegrenzungsventile in der Kolben-O-Ring- Einstellung und Konstanthaltung des Systemdruckes Bauart sind seit langem in verschiedenen Ausführungen geeignet. Es kann aber als Sicherheitsventil verwendet bekannt. Der O-Ring bietet eine gute Abdichtung auch werden, das im Normalbetrieb immer geschlossen ist bei unter hohem Druck stehenden HFA-Flüssigkeiten. 60 und nur in Notfällen öffnen soll, wenn der Druck auf-Die vorliegende Erfindung geht von einem Druckbe- grund ungewöhnlicher Umstände unzulässig groß wird, grenzungsventil aus, wie es aus der FR-PS 1149 979 Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein in den

bekannt ist. Dieses Ventil besitzt in einer Ausführungs- Abmessungen kleines Druckbegrenzungsventil zu form einen gleichförmig ausgebildeten, zylindrischen schaffen, mit dem sowohl bei kleinen als auch bei großen Schaltkolben, der auf der Einströmseite unterhalb der 65 Durchflußmengen der Druck im angeschlossenen Sy-O-Ring Abdichtung zwei übereinander liegende Reihen stern weitgehend konstant gehalten wird,
sternförmig angeordneter, radial gerichteter Abström- Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichnen des

bohrungen aufweist. Die den Schaltkolben gegen die Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelöst. Die