DE3420890A1

DE3420890A1 - Druckbegrenzungsventil, insbesondere fuer hydraulische teleskopstempel u.dgl.

Info

Publication number: DE3420890A1
Application number: DE19843420890
Authority: DE
Inventors: Michael 4618 Kamen Dettmers; Peter 4670 Lünen Oye; Walter 4600 Dortmund Weirich
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1984-06-05
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3420890C2

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. HENNICKE h

DlPL.-ING. VOLLBACH <

KAISER-WUHELM-RI NG 24

5000 KÖLN 1

Reg.-Nr. Akten/.;

Gw 8421 1 KÖLN, den 22.5.1984

bitte angeben VO/kr

Anm.: Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4670 Lünen

Titel: Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Teleskopstempel u.dgl.

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Teleskopstempel u.dgl., mit einem in einer Kolbenbohrung des Ventilgehäuses gegen die Rückstellkraft einer Ventilfeder hubbeweglichen Ventilkolben, der eine durchgehende Axialbohrung aufweist, von der am Umfang des Ventilkolbens mündende Radialbohrungen abzweigen, die beim Öffnen des Ventils einen in einer Ringnut der Kolbenbohrung sitzenden O-Ring überlaufen, und mit einem in Strömungsrichtung hinter dem O-Ring auf der Seite der Ventilfeder im Ventilgehäuse befindlichen, mit mindestens einem Auslaß versehenen Abströmraum.

Druckbegrenzungsventile dieser Art werden vor allem bei hydraulischen Ausbausystemen für Untertagebetriebe verwendet und haben sich hier in der Praxis bewährt. Aus der DE-OS 17 50 834 ist ein solches Druckbegrenzungsventil bekannt. Die Axialbohrung des Ventilkolbens, über die beim Öffnen des Ventils die Druckentlastung erfolgt, ist durchgehend ausgeführt, so daß sie auf der Federseite in eine kleine Kammer mündet, die zwischen dem balligen Kopfstück des Ventilkolbens und einem den Federteller bildenden pfannenartigen Druckstück liegt. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei einem über den Ansprechdruck des Ventils ansteigenden Druck das Druckstück von dem Kopfstück des

Ventilkolbens abgehoben wird, so daß ein größerer Abflußquerschnitt geöffnet wird, über den die Druckflüssigkeit schnell abfließen kann. Die Ventilfeder liegt im übrigen in dem Abströmraum, der mit Auslaßbohrungen für den Druckmittelablauf versehen ist.

Bei sehr hohen Arbeitsdrücken, wie sie z.B. bei mehrstufigen Teleskopstempeln und sonstigen Teleskopzylindern in der zweiten Ausfahrstufe auftreten, wo die Drücke eine Größenordnung von etwa 1000 bar erreichen können, müssen sehr große Schließkräfte am Ventilkolben aufgebracht werden. Dies erfordert entsprechend stark ausgelegte Ventilfedern, die sich in den üblichen Ventilpatronen nicht ohne weiteres unterbringen lassen. Außerdem müssen die Radialbohrungen des Ventilkolbens verhältnismäßig kleine Durchmesser erhalten, um zu vermeiden, daß beim Überlaufen des O-Ringes durch die Radialbohrungen dieser bei den hohen Drücken zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art, welches normalerweise als Ventilpatrone ausgebildet ist, in einfacher Weise so auszugestalten, daß es ohne Funktionsverlust und ohne Verwendung extrem starker Ventilfedern auch bei sehr hohen Drücken, die in der Größenordnung von etwa 1000 bar liegen können, einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Ventilfeder aufweisende Federraum gegenüber dem Abströmraum abgedichtet ist und über die durchgehende Axialbohrung des Ventilkolbens ständig mit der Druckseite des Ventils verbunden ist, wobei der Ventilkolben einen unter Abdichtung in den Federraum eintauchenden Kolbenansatz aufweist, auf den die Ventilfeder wirkt.

Bei dieser Ausgestaltung des Druckbegrenzungsventils ist

also der Ventilkolben aufgrund des sich in der Federkammer aufbauenden Gegendrucks zumindest teilweise druckausgeglichen, so daß eine entsprechend schwache Ventilfeder verwendbar ist, die die feinfühlige und genaue Arbeitsweise des Ventils begünstigt. Das Druckbegrenzungsventil ist daher ohne großen Mehraufwand so ausgestaltet, daß es auch bei sehr hohen Arbeitsdrücken, die in der Größenordnung von etwa 1000 bar liegen können, ohne Verlust an Funktionssicherheit und Funktionsgenauigkeit eingesetzt werden kann. Vorzugsweise hat der genannte Kolbenansatz einen kleineren Durchmesser als der Ventilkolben auf seiner gegenüberliegenden Kolbenseite. Der Ventilkolben ist hierbei nur teilweise druckausgeglichen. Die Druckdifferenz wird als Schließkraft von der Ventilfeder aufgebracht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stützt sich die Ventilfeder über ein Druckglied gegen den Kolbenansatz ab, das in Verlängerung der Axialbohrung des Ventilkolbens eine mit dieser verbundene und in den Federraum mündende durchgehende Axialbohrung aufweist. Die Verbindung des Federraums mit der Hochdruckseite erfolgt hierbei auf kürzestem Wege über die fluchtenden Axialbohrungen des Ventilkolbens und des den Federteller bildenden Druckstücks, wobei diese Bauweise auch der Ausbildung des Ventils als vergleichsweise kleine Ventilpatrone Rechnung trägt. In dieser Hinsicht vorteilhaft ist es, wenn sich der Kolbenansatz des Ventilkolbens mit einer balligen Stirnfläche in einer sphärischen Lagerfläche des Druckstücks abstützt, wobei die Axialbohrung des Druckstücks in der sphärischen Lagerfläche und die Axialbohrung des Ventilkolbens in seiner balligen Stirnfläche mittig münden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Ventilkolben einen im Durchmesser erweiterten, in der Abströmkammer liegenden Bund od.dgl. auf, wobei der mit dem Bund, vorzugsweise einstückig verbundene Kolbenansatz unter

Abdichtung die Bohrung eines die Federkammer gegenüber der Abströmkammer verschließenden ringförmigen Bodenstücks durchfaßt und in dessen Bohrung geführt ist. Die Axialbohrung des Ventilkolbens ist zweckmäßig gestuft, wobei sie auf dem Abschnitt zwischen dem hochdruckseitigen Ende des Ventilkolbens und den radialen Bohrungen desselben einen größeren Durchmesser hat als auf dem Abschnitt zwischen den Radialbohrungen und dem in den Federraum eintauchenden Ende des Ventilkolbens. Über den im Durchmesser größeren Abschnitt der Axialbohrung des Ventilkolbens kann beim Öffnen des Ventils die Druckflüssigkeit über eine Vielzahl kleiner Radialbohrungen in der erforderlichen Menge je Zeiteinheit abfließen. Der im Druchmesser kleinere Abschnitt der Axialbohrung des Ventilkolbens stellt lediglich die hydraulische Hochdruckverbindung mit der Federkammer her, wodurch der genannte Gegendruck am Ventilkolben bewirkt wird.

Um beim Ansprechen des Druckbegrenzungsventils auch größere Flüssigkeitsmengen in kurzer Zeitspanne abführen zu können und dabei unter Berücksichtigung der hohen Arbeitsdrücke Beschädigungen des die Ventilfunktion aufweisenden O-Ringes zu vermeiden, weist nach einem wesentlichen Erfindungsmerkmal der Ventilkolben im Axialabstand hintereinander und von der gemeinsamen Axialbohrung ausgehend mindestens zwei Gruppen an Radialbohrungen auf, wobei jede Gruppe dieser Radialbohrungen ein von diesen beim Ansprechen des Ventils überlaufender gesonderter O-Ring in der Kolbenbohrung zugeordnet ist. Zweckmäßig sind hierbei im Ventilgehäuse im Axialabstand hintereinander zwei Abströmkammern angeordnet, die jeweils mehrere Auslaßbohrungen aufweisen. Zugleich ist zwischen den von den Gruppen der Radialbohrungen überlaufenden O-Ringen ein weiterer, von den Radialbohrungen nicht überlaufener O-Ring in der Kolbenbohrung in Anpressung am Ventilkolben vorgesehen, welcher im Schließzustand des Ventils den Flüssigkeitsablauf von der einen Gruppe der Radial-

bohrungen zu der Abströmkammer der anderen Gruppe an Radialbohrungen verhindert.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnung ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil im Axialschnitt zeigt.

Das dargestellte Druckbegrenzungsventil 1 ist in bekannter Weise als Ventilpatrone ausgebildet. Sein Ventilgehäuse besteht aus zwei zylindrischen Gehäuseteilen 2 und 3, die bei 4 miteinander verschraubt sind. Eine Gegenmutter 5 sichert die Schraubverbindung. Das Gehäuseteil 2 weist an seinem im Durchmesser abgesetzten Endbereich ein Außengewinde 6 auf, mit der die Ventilpatrone in ein den hydraulischen Hochdruck führendes Bauteil eingeschraubt wird. Die Abdichtung der Ventilpatrone in der sie aufnehmenden Gewindebohrung erfolgt mittels eines O-Ringes 7.

Das Gehäuseteil 6 weist ein durchgehende gestufte Axialbohrung 8 auf, in der ein Ventilkolben 9 geführt ist, der mit einem im Durchmesser erweiterten Kolbenbund 10 und einem hiermit einstückig verbundenen Kolbenansatz 11 versehen ist. Die Bohrung 8 weist innenseitig einen im Durchmesser erweiterten Abschnitt auf, der einen Abströmraum 12 bildet, der mit mehreren radialen Auslaßbohrungen 13 versehen ist.

Die zylindrische Innenbohrung des Gehäuseteils 3 bildet einen Federraum 14, der die Ventilfeder 15 aufnimmt, die sich einerseits am Boden 16 des Gehäuseteils 3 und andererseits an einem als Federteller ausgebildeten Druckstücks 17 abstützt. Die Federkammer 14 ist innenseitig durch ein ringförmiges Bodenstück 18 verschlossen, welcher in einer Ausdrehung des zylindrischen Gehäuseteils 3 sitzt und gegenüber diesem durch einen O-Ring 19 abgedichtet ist. Der zylindrische Kolbenansatz 11 durchfaßt die Bohrung des ring-

förmigen Bodenstücks 18. Ein O-Ring 20 dichtet den Kolbenansatz 11 gegenüber dem Bodenstück 18 ab. Es ist erkennbar, daß der Federraum 14 des Druckbegrenzungsventils gegenüber dem Abströmraum 12, welcher den Ventilauslaß bildet, abgedichtet ist.

Der Ventilkolben 9 ist mit einer mittigen, auf ganzer Länge durchgehenden Axialbohrung 21 versehen, die als gestufte Bohrung ausgeführt ist. Von dieser Axialbohrung zweigen eine Gruppe an Radialbohrungen 22 ab, die in bekannter Weise am Außenumfang des Ventilkolbens 9 münden. Beispielsweise sind über den Umfang des Ventilkolbens sechs bis zwölf solcher Radialbohrungen 22 vorgesehen, die mit der gemeinsamen Axialbohrung 21 innenseitig verbunden sind. Der Abschnitt 21' der Axialbohrung 21, der zwischen den Radialbohrungen 22 und dem hochdruckseitigen Ende des Ventilkolbens liegt, weist einen erheblich größeren Durchmesser auf als der Abschnitt 21", der sich von den Radialbohrungen 22 bis zu dem in der Federkammer 14 liegenden Ende des Kolbenansatzes 11 erstreckt. Dieser Abschnitt 21' mündet mittig in einer balligen Stirnfläche 23 des Ventilkolbens 9. Der Ventilkolben 9 stützt sich mit dieser balligen Stirnfläche 23 in einer sphärischen Lagerfläche 24 des Druckstücks 17 ab. Letzteres weist ebenfalls eine durchgehende Axialbohrung 25 auf, die mittig in der sphärischen Lagerfläche 24 mündet und hier mit dem Abschnitt 21" der Axialbohrung 21 in hydraulischer Verbindung steht. Auf diese Weise ist der Federraum 14 des Druckbegrenzungsventils 1 über die beiden miteinander fluchtenden Axialbohrungen 21 und 25 in ständiger Verbindung mit der Hochdruckseite, so daß der Ventilkolben 9 teilweise druckausgeglichen ist. Der Durchmesser des Kolbenansatzes 11 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Ventilkolbens 9 auf der Hochdruckseite, so daß der Ventilkolben nur teilweise druckausgeglichen ist. Die Schließkraft wird durch die verhältnismäßig schwach ausgelegte Ventilfeder 15 aufgebracht, die über das Druckstück 17 auf den Ventilkolben 9

wirkt.

In einer Ringnut der Bohrung 8 des Gehäuseteils 2 sitzt ein O-Ring 26, der gegen den Ventilkolben abdichtet. In der gezeigten Schließstellung des Ventilkolbens 9 befinden sich die Radialbohrungen 22 (links) vor dem O-Ring, so daß über die Radialbohrungen keine hydraulische Verbindung mit dem Abströmraum 12 besteht. Beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils verschiebt sich der Kolbenschieber 9 gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder 15 nach rechts, wobei die Radialbohrungen 22 den O-Ring 26 überlaufen und schließlich in die Position 22' gelangen, in der die Verbindung zwischen dem abgesicherten Hochdruckraum und dem Abströmraum 12 und demgemäß mit dem Auslaß 13 besteht. Diese Arbeitsweise des Ventils ist bekannt.

Die Umlenkung der ablaufenden Druckflüssigkeit in den Abströmraum 12 und zu den radialen Auslaßbohrungen 13 hin erfolgt über den Bund 10 des Ventilkolbens 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist zusätzlich zu der Gruppe an Radialbohrungen 12 noch eine zweite Gruppe an Radialbohrungen 27 am Ventilkolben 9 und axial vor dem Abströmraum 12 noch ein zweiter Abströmraum 12" am Gehäuseteil 2 vorgesehen, der ebenfalls mit radialen Auslaßbohrungen 13' versehen ist. Beispielsweise sind sechs bis zwölf solcher Radialbohrungen 27 vorgesehen. Diese Radialbohrungen 27 überlaufen beim Ansprechen des Druckbegrenzungsventils 11 einen O-Ring 26', wobei die Verbindung zwischen der Hochdruckseite und dem Abströmraum 12' und damit mit dem Auslaß 13' hergestellt wird. Es ist erkennbar, daß beim Ansprechen des Druckbegrenzungsventils die Hochdruckflüssigkeit einerseits über die Radialbohrungen 22 und andererseits über die in Strömungsrichtung davor angeordneten Radialbohrungen 27 zum Ablauf abgeführt wird, wodurch ein großer Ablaufquerschnitt erreicht wird, der es ermöglicht, eine große Flüssigkeits-

menge je Zeiteinheit abzuführen. Die Position der Radialbohrungen 27 in der Öffnungsstellung des Ventils ist bei 27' angedeutet.

Zwischen den O-Ringen 26 und 26' die beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils 1 von den zugeordneten Radialbohrungen 22 bzw. 27 überlaufen werden, ist in der Axialbohrung des Gehäuseteils 2 ein weiterer O-Ring 28 in einer Ringnut angeordnet, der gegen den Ventilkolben 9 abdichtet. Dieser O-Ring 28 verhindert, daß in der Schließstellung des Ventilkolbens 9 Druckflüssigkeit über die Radialbohrungen 22 in den Abströmraum 12' abfließen kann.

Da die Federkammer 14 gegenüber den beiden Abströmräumen 12 und 12' abgedichtet und über die fluchtenden Axialbohrungen 8, 25 in ständiger hydraulischer Verbindung mit der Hochdruckseite steht, ist der Ventilkolben 9, wie erwähnt, teilweise druckausgeglichen, so daß zum Öffnen des Ventils nur die verhältnismäßig kleinen Schließkräfte der Ventilfeder 15 aufgebracht werden müssen. Damit ist eine feinfühlige und genaue Arbeitsweise des Druckbegrenzungsventils erreicht. Die Anordnung von zwei Gruppen an Radialbohrungen 22 und 27 mit zwei Abströmräumen 12 und 12' empfiehlt sich dann, wenn beim Ansprechen des Druckbegrenzungsventils große Flüssigkeitsmengen in kurzer Zeit abgeführt werden müssen. Für diese in den Ansprüchen 7 bis 9 beanspruchte Anordnung wird selbständiger Schutz beansprucht.

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Claims

Ansprüche

1. Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Teleskopstempel u.dgl., mit einem in einer Kolbenbohrung des Ventilgehäuses gegen die Rückstellkraft einer Ventilfeder hubbeweglichen Ventilkolben, der eine durchgehende Axialbohrung aufweist, von der am Umfang des Ventilkolbens mündende Radialbohrungen abzweigen, die beim Öffnen des Ventils einen in einer Ringnut der Kolbenbohrung sitzenden O-Ring überlaufen, und mit einem in Strömungsrichtung hinter dem O-Ring auf der Seite der Ventilfeder im Ventilgehäuse befindlichen, mit mindestens einem Auslaß versehenen Abströmraum, dadurch gekennzeichnet, daß der^iie Ventilfeder (15) aufnehmende Federraum (14) gegen über dem Abströmraum (12, 12') abgedichtet ist und über die durchgehende Axialbohrung (21) des Ventilkolbens (9) ständig mit der Druckseite des Ventils verbunden ist, wobei der Ventilkolben (9) einen unter Abdichtung in den Federraum eintauchenden Kolbenansatz (11) aufweist, auf den die Ventilfeder (15) wirkt.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilfeder (15) sich über ein Druckstück (17) gegen den Kolbenansatz (11) des Ventilkolbens (9) abstützt, das in Verlängerung der Axialbohrung (21) des Ventilkolbens eine mit dieser verbundene und in den Federraum (14) mündende durchgehende Axialbohrung (25) aufweist.

3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Kolbenansatz (11) des Ventilkolbens (9) mit einer balligen

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Stirnfläche (23) in einer sphärischen Lagerfläche (24) des Druckstücks (17) abstützt, wobei die Axialbohrung (25) des Druckstücks in der sphärischen Lagerfläche (24) und die Axialbohrung (21) des Ventilkolbens (9) in seiner balligen Stirnfläche (23) mittig münden.

4. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenansatz (11) einen kleineren Durchmesser hat als der Ventilkolben auf seiner gegenüberliegenden Kolbenseite.

5. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (9) einen im Durchmesser erweiterten, in der Abströmkammer (12) liegenden Bund (10) aufweist, und daß der mit dem Bund (10), vorzugsweise einstückig, verbundene Kolbenansatz (11) unter Abdichtung die Bohrung eines die Federkammer (14) gegenüber der Abströmkammer (12) verschließenden ringförmigen Bodenstücks (18) durchfaßt und in dessen Bohrung geführt ist.

6. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbohrung (21) des Ventilkolbens (9) gestuft ist, wobei sie auf dem Abschnitt zwischen dem hochdruckseitigen Ende des Ventilkolbens (9) und den Radialbohrungen (22) einen größeren Durchmesser hat als auf dem Abschnitt zwischen den Radialbohrungen (22) und dem in den Federraum (14) eintauchenden Ende des Ventilkolbens.

7. Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (9) im Axialabstand hintereinander und von der gemeinsamen Axialbohrung (21) aus-

gehend mindestens zwei Gruppen an Radialbohrungen (22, 27) aufweist, wobei jeder Gruppe dieser Radialbohrungen ein von diesen beim Ansprechen des Ventils überlaufener gesonderter O-Ring (26, 26') in der Kolbenbohrung (8) des Ventilgehäuses zugeordnet ist.

8. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß im Ventilgehäuse (2, 3) im Axialabstand hintereinander zwei Abströmräume (12, 12¹) angeordnet sind.

9. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den von den Gruppen der Radialbohrungen (22, 27) überlaufenen O-Ringen (26, 26') ein weiterer, von den Radialbohrungen nicht überlaufender O-Ring (28) in Dichtanlage am Ventilkolben (9) vorgesehen ist.