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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft ein Einzelstempelventil mit einem quer zur
Längsachse eines Stempels eingesetzten Gehäuse, in dessen Innenraum eine Kolbenhülse
mit einem Rückschlagventil zum Setzen, mit einem Sperrventil zum Rauben und mit
einem Druckbegrenzungsventil zum Entlasten des Stempels über eine Dichtung längsverschieblich
an der Innenwandung des Gehäuses geführt ist und von einer das Sperrventil in Schließlage
drückenden, sich mit einem Ende an der Kolbenhülse und sich mit dem anderen Ende
am Gehäuse abstützenden, zylindrischen Schraubenfeder umgriffen ist, während im
Innenraum der Kolbenhülse eine auf einen Ventilkolben des Druckbegrenzungsventils
einwirkende Feder angeordnet ist.
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Bei einem durch offenkundige Vorbenutzung bekanntgewordenen Einzelstempelventil
der vorstehend genannten Art besteht das Rückschlagventil zum Setzen aus einem kugelförmigen
Ventilkörper, der von einer Kegelfeder gegen einen an einem Ende der Kolbenhülse
befindlichen Ventilsitz gedrückt wird.
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Zum Ausfahren bzw. Setzen des Stempels wird an dieses Ende der Kolbenhülse
ein Hydraulikzulauf gekuppelt und sodann unter Wirkung der
Hydraulikflüssigkeit
der Ventilkörper entgegen der Kegelfeder von seinem Ventilsitz abgehoben und über
verschiedene Kanäle Hydraulikflüssigkeit in den Einzelstempel zu dessen Ausfahren
geleitet.
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Sobald die Ausfahrhöhe erreicht ist und die Hydraulikzufuhr gestoppt
wird, schließt das Rückschlagventil selbsttätig.
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Das Sperrventil zum Rauben besteht bei diesem vorbekannten Einzelstempelventil
aus einer an der Kolbenhülse angeordneten Kreisringdichtung, die unter Wirkung der
die Kolbenhülse umgreifenden zylindrischen Schraubenfeder gegen einen Ventilsitz
des Gehäuses gezogen wird. Zum Rauben des Stempels wird mittels eines Spezialschlüssels
die gesamte Kolbenhülse entgegen der Kraft des auf die Kolbenhülse einwirkenden
hydraulischen Mediums und entgegen der Kraft der letztgenannten Feder derart verschoben,
daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem Stempel über Radialbohrungen des Gehäuses und
der Kolbenhülse abfließen kann.
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Das vorbeschriebene Rückschlagventil zum Setzen und das Sperrventil
zum Rauben sind bei Einzelstempelventilen der hier in Rede stehenden Gattung nahezu
baugleich oder gar identisch, unabhängig davon, von welchem Hersteller sie stammen.
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Jedoch unterscheiden sich die Einzelstempelventile in aller Regel
durch die Konstruktion ihres Druckbegrenzungsventiles. Der Ventilkörper dieses Druckbegrenzungsventiles
kann dabei sowohl unter der Wirkung einer Gasdruck-Feder als auch unter der
Wirkung
einer mechanischen Feder stehen. Das vorliegende Einzelstempelventil weist ein federgesteuertes
Druckbegrenzungsventil auf, welches ausführlich in dem DE-GM 82 16 072 des gleichen
Anmelders beschrieben worden ist.
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Sämtliche diesseits bekannten Einzelstempelventile weisen in der
Kolbenhülse eine aus einem 0-Ring bestehende Dichtung auf, die gegen die Innenwandung
des Gehäuses drückt und an dieser mitsamt der Kolbenhülse entlang geführt ist. Aufgrund
von Korrosionen bilden sich an den Gleitflächen des Gehäuses und der Kolbenhülse
Riefen, Kalotten oder sonstige Absetzungen, so daß die Dichtung ihre Funktion nicht
mehr erfüllen kann.
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Dann strömt Hydraulikflüssigkeit aus dem Stempelraum über diese Dichtung
zwischen der Kolbenhülse und der Gehäuseinnenwandung aus, wodurch auch der Druck
im Stempelraum nicht mehr gehalten werden kann.
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Eine Nacharbeitung erweist sich häufig als äußerst schwierig und
hängt im wesentlichen von der maximalen Tiefe der Verschleißerscheinung im Bereich
der Dichtung ab.
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Noch gravierender ist jedoch, daß die Kolbenhülse aufgrund der eingestochenen
Nut zur Aufnahme des 0-Ringes an dieser Stelle geschwächt ist und daher die Materialwandung
der Kolbenhülse entsprechend dick ausgebildet werden muß. Demzufolge darf bei einem
Gehäuseaußendurchmesser von 42 mm - das ist der Standardaußendurchmesser derartiger
Einzelstempelventile - der Innendurchmesser der
Kolbenhülse nicht
kleiner als 15 mm gestaltet sein.
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In diesem verhältnismäßig engen Raum läßt sich jedoch nur eine mechanische
Feder mit relativ harter Federkennlinie unterbringen. Eine harte Federkennlinie
wiederum ist mit-dem Nachteil verbunden, daß das von ihr beaufschlagte Druckbe--grenzungsventil
nur eine begrenzte Menge an Hydraulikflüssigkeit zur Entlastung des Stempels pro
Zeiteinheit hindurchläßt. Nach den Anforderungen an hydraulische Steuerungen für
den Schreitausbau wird zwar ein Durchflußstrom von 30 1/Min gefordert, jedoch von
dem Druckbegrenzungsventil des Einzelstempelventils der vorstehend beschriebenen
Gattung allenfalls 10 1/Min erreicht.
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Soweit die auf das Druckbegrenzungsventil einwirkende Feder eine
Gasdruck-Feder ist, neigt diese aufgrund von Undichtigkeiten zur einer Flüssigkeitsansammlung
im Gasraum und damit zu einem Auflasten des gesamten Druckbegrenzungsventiles.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Einzelstempelventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das
einerseits bei Entlastung des Stempels von einer Spitzenbelastung einen Durchflußstrom
der Hydraulikflüssigkeit von mindestens 30 1/Min durch das Druckbegrenzungsventil
gewährleistet und welches andererseits eine leichte Wartung und Reparatur sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die Dichtung im Gehäuse des Einzelstempelventils angeordnet und die Außenwandung
der Kolbenhülse im Bereich der Dichtung glatt zylindrisch ausgebildet ist, wobei
der Innenraum der Kolbenhülse und die darin angeordnete Feder mit einem gegenüber
dem Stand der Technik größeren Durchmesser, jedoch letztere mit einer weicheren
Federkennlinie versehen sind.
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Durch die Verlegung der bisher in der Kolbenhülse befindlichen Dichtung
in die Innenwandung des Gehäuses und der glatt zylindrischen Ausbildung der Kolbenhülse
kann letztere bei gleicher Festigkeit mit einem im Durchmesser -größeren Innenraum
versehen werden. Der größere Innenraum in der Kolbenhülse erleichtert die Anordnung
einer Feder mit weicherer Federkennlinie. Die weichere Federkennlinie wiederum hat
zur Folge, daß dann der von ihr beaufschlagte Ventilkolben bei gleichen Kräfteverhältnissen
einen längeren Hub zurücklegen und damit auch eine größere Durchflußmenge der Druckflüssigkeit
pro Zeiteinheit über das Druckbegrenzungsventil auströmen kann. Dabei hat sich in
überraschender Weise gezeigt, daß diese Druckflüssigkeitsmenge bis zu 60 1/Min betragen
kann.
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Dadurch wiederum ist eine blitzartige Entlastung des Stempels und
damit wiederum ein sicherer Ausschluß von Deformationen und Zerstörungen im hydraulischen
System gewährleistet.
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Durch die Verlegung der Dichtung in die Innenwandung des Gehäuses
wird jedoch auch eine leichte
Wartung sichergestellt. So können
bei auftretenden Riefen aufgrund von Korrosionen im Innenmantel des Gehäuses diese
durch Ausdrehung beseitigt und eventualiter eine neue Kreisringnut zur Aufnahme
des 0-Ringes eingestochen werden. Nur im äußersten Falle, das heißt, wenn die Abtragungen
auf der Innenwandung des betreffenden Gehäuseteils einen Grenzwert von beispielsweise
1 mm erreichen oder gar diesen überschreiten, muß lediglich das betreffende Gehäuseteil
ausgewechselt werden. Die wesentlich kostspieligere und Komplizierter gestaltete
Kolbenhülse braucht allenfalls überarbeitet zu werden. Dabei hat sich in überraschender
Weise herausgestellt, daß die nunmehr stationär gestaltete Dichtung eine größere
Lebensdauer aufweist als die zuvor mit der Kolbenhülse bewegliche Dichtung bei den
vorbekannten Einzelstempelventilen. Und ferner hat sich in überraschender Weise
herausgestellt, daß diese neue Anordnung des Einzelstempelventils auch bei der Reparatur
von alten, vorbekannten Einzelstempelventilen dadurch angewendet werden kann, daß
deren komplette Kolbenhülse gegen die neue Kolbenhülse gemäß der Erfindung ausgetauscht
und in den betreffenden Gehäuseteil eine Kreisringnut zur Aufnahme der 0-Ringdichtung
eingestochen wird.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Feder
im Innenraum der Kolbenhülse als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet.
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Dabei hat sich bei einem bekannten Außendurchmesser
des
Gehäuses von 42 mm als besonders vorteilhaft erwiesen, den Innendurchmesser der
Kolbenhülse nunmehr auf etwa 19 mm zu erweitern und den Windungsdurchmesser der
letztgenannten zylindrischen Schraubenfeder zuzüglich ihres Drahtdurchmessers auf
etwa 18 mm auszugestalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Dieses Einzelstempelventil 1 besteht im wesentlichen aus einem quer
zur Längsachse 2 eines nicht dargestellten Stempels eingesetzten Gehäuse mit den
Gehäuseteilen 3, 4 und einer in seinem Innenraum 5' befindlichen Kolbenhülse 6.
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Die Kolbenhülse 6 ist mit einem Rückschlagventil 7 zum Setzen, mit
einem Sperrventil 8 zum Rauben und mit einem Druckbegrenzungsventil 9 zum Entlasten
des Stempels versehen. Die Kolbenhülse 6 wird längsverschieblich über die Dichtung
10, die vorliegend in der Innenwandung 5 des Gehäuseteiles 3 angeordnet ist, geführt,
wobei die Außenwandung 11 der Kolbenhülse 6 im Bereich der Dichtung 10 glatt zylindrisch
ausgebildet ist.
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Diese Dichtung 10 besteht im vorliegenden Fall aus einer in die Innenwandung
5 des Gehäuseteiles 3 einge tochenen, kreisringförmigen Nut 12 mit einem eingelegten
0-Ring 13.
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Das Rückschlagventil 7 zum Setzen des Stempels besteht im wesentlichen
aus einem kugelförmigen Ventilkörper 14, der von einer Kegelfeder 15 gegen den Ventilsitz
16 am Ende 6" der
Kolbenhülse 6 gedrückt wird.
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Das Sperrventil 8 zum Rauben wird von einer Feder 17, die sich mit
ihrem einen Ende 17' an der Kolbenhülse 6 und mit ihrem anderen Ende 17" an einem
Vorsprung des Gehäuseteiles 4 abstützt, und von einem die Durchgangsöffnung 18 abdichtenden
Ventilring 19 gebildet.
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Das Druckbegrenzungsventil 9 setzt sich im wesentlichen aus einem
Ventilkolben 20 mit Radialöffnungen 21 und einer Anschlagsbegrenzung 22 sowie aus
einer über einen Ventilteller 23 auf ihn einwirkenden zylindrischen Schraubenfeder
24 zusammen. Mit ihrem vom Federteller 23 abgewandten Ende 24' stützt sich die zylindrische
Schraubenfeder 24 gegen ein Widerlager 25 ab, das zur Einstellung der gewünschten
Vorspannung der Feder 24 in die Kolbenhülse 6 einschraubbar und verstellbar gestaltet
ist.
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Die Funktionsweise dieses Druckbegrenzungsventiles 9, 20, 21, 22,
23, 24, 25 ist ausführlich im DE-GM 82 16 072 beschrieben worden und nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung.
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Der Außendurchmesser D der Gehäuseteile 3, 4 ist standardmäßig bei
sämtlichen Einzelstempelventilen der hier in Rede stehenden Art 42 mm. Neu hingegen
sind bei dem Einzelstempelventil gemäß der Erfindung der Innendurchmesser dl der
Kolbenhülse 6 mit etwa 19 mm und die Abmessung d2 mit etwa 18 mm, die sich aus der
Summe des Windungsdurchmessers d der zylindrischen Schraubenfeder 24
zuzüglich
ihres Drahtdurchmessers d3 zusammensetzt.
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Erfindungswesentlich ist einerseits die Anordnung der Dichtung 10
in der Innenwandung 11 des Gehäuses 3, 4 und andererseits der größere Innendurchmesser
dl der Kolbenhülse 6 aufgrund des im Durchmesser größeren Innenraumes 6' sowie die
Anordnung der zylindrischen Schraubenfeder 24 mit einer gegenüber dem Stand der
Technik weicheren Federkennlinie der bis dato bei einem derartigen Druckbegrenzungsventil
9 bekannten Federn.
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Das neue Einzelstempelventil arbeitet folgendermaßen: Zum Setzen
des nicht dargestellten Stempels wird das Rückschlagventil 7 mit einer nicht dargestellten
Hydraulikzufuhr gekuppelt. Unter dem Überdruck strömt Hydraulikflüssigkeit durch
die Öffnung 26 unter Abhebung des kugelförmigen Ventilkörpers 14 entgegen der Kraft
der Kegelfeder 15 in den Raum 27 ein und von dort über die Radialbohrung 28 in der
Kolbenhülse 6 und die Radialbohrungen 29 im Gehäuse 3, 4 in einen nicht dargestellten
Raum des Stempels, wodurch dieser ausgefahren und gesetzt werden kann. Bei Erreichen
des Setzdruckes wird die Hydraulikzufuhr vom Rückschlagventil 7 abgekoppelt, wodurch
der kugelförmige Ventilkörper 14 in die dargestellte SchlieBlage gegen den Ventilsitz
16 gepreßt wird.
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Da die Kolbenhülse 6 in ihrem Außenumfangsbereich 30 einen geringeren
Durchmesser als in ihrem Außenumfangsbereich 31 aufweist, wird die
Kolbenhülse
6 während des Belastungszustandes des Stempels in Richtung des Pfeiles 32 und damit
der Dichtring 19 in seine dargestellte Dicht lage gedrückt.
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Bei Spitzenbelastungen steigt auch der Druck der Hydraulikflüssigkeit
im Raum 27 an.
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Dadurch wird der Ventilkolben 20 des Druckbegrenzungsventiles 9 gleichfalls
in Richtung des Pfeiles 32 entgegen der Wirkung der Feder 24 soweit nach oben verschoben,
bis über den Kanal 20 und die radialen Öffnungen 21 Druckflüssigkeit in den Raum
6' und die Öffnung 6"' der Kolbenhülse 6 über den Ringspalt 6 V in die Öffnung 33
und damit ins Freie austreten kann, wodurch eine momentane Entlastung des Stempels
erfolgt. Dabei hat sich überraschend herausgestellt, daß über das Druckbegrenzungsventil
9 eine Ausflußmenge pro Zeiteinheit von 60 1/Min erzielt werden kann.
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Dadurch können Deformationen des Stempels und Beschädigungen des hydraulischen
Systems infolge von Spitzenbelastungen sicher ausgeschlossen werden.
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Zum Rauben des nicht dargestellten Stempels muß dieser eingefahren
werden. Dies geschieht mittels eines in die Öffnung 33 des Gehäuseteiles 3 hineingesteckten
Drehschlüssels, der die Kolbenhülse 6 über das Widerlager 25 entgegen der Pfeilrichtung
32 verschiebt, wodurch der Dichtring 19 abhebt und somit die Hydraulikflüssigkeit
über die Radialbohrungen 29
des Gehäuses 3, 4 und die Radialöffnungen
28 in der Kolbenhülse 6 sowie über den dann entstehenden Spalt 18 zwischen Dichtring
19 und Gehäuse 4 in den Raum 34 ausströmen kann.
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"Einzelstempelventil" Stückliste:
| Einzelstempelventil 1 |
| Längsachse 2 |
| Gehäuseteile 3 4 |
| Innenwandung des Gehäuses 3, 4 5 |
| Innenraum des Gehäuses 3, 4 5' |
| Kolbenhülse 6 |
| Innenraum von Kolbenhülse 6 6' |
| Ende der Kolbenhülse 6 6" |
| Öffnung in Kolbenhülse 6 6"' |
| Ringspalt zwischen Kolbenhülse 6 ,IV |
| und Innenwandung 5 |
| Rückschlagventil zum Setzen 7 |
| Sperrventil zum Rauben 8 |
| Druckbegrenzungsventil zum Entlasten 9 |
| Dichtung 10 |
| Außenwandung von Kolbenhülse 6 11 |
| kreisringförmige Nut 12 |
| O-Ring 13 |
| Ventilkörper 14 |
| Kegelfeder 15 |
| Ventilsitz 16 |
| Feder von Sperrventil 8 17 |
| Enden von Feder 17 17' 17" |
| Durchgangsöffnung von Sperrventil 8 18 |
| Ventilring 19 |
| Ventilkolben von Druckbegrenzungs- 20 |
| ventil 9 |
| Radialöffnung 21 |
| Anschlagsbegrenzung von 22 |
| Ventilkolben 20 |
| Ventilteller 23 |
| zylindrische Schraubenfeder 24 |
| Ende von Feder 24 24' |
| Widerlager von Feder 24 25 |
| Außendurchmesser von Gehäuse 3, 4 D |
| Innendurchmesser von Kolbenhülse 6 d1 |
| Außendurchmesser von Feder 24 d2 |
| Windungsdurchmesser do |
| Drahtdurchmesser d3 |
| Öffnung 26 33 |
| Raum 27 34 |
| Radialbohrungen 28 29 |
| Außenumfangsbereich von Kolbenh. 6 30 31 |
| Pfeil 32 |
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