DE4032420C2 - Hydraulisches Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Sicher­ heitsventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes hydraulisches Sicherheitsventil ist aus der DE 28 33 971 bekanntgeworden. Es weist ein Ven­ tilgehäuse auf mit einem einen Verbraucher mit einem Steuergerät direkt verbindenden Durchgang, in dem ein Rückschlagventil angeordnet ist. Ein Steuerschieber im Gehäuse weist einen Ventilabschnitt auf, der in einer Verbindung zwischen den Abschnitten des Durchgangs beider­ seits des Rückschlagventils angeordnet ist und der in Schließrichtung des Ventils von einer Feder und in Öffnungs­ richtung von einem Vorsteuerkolben verstellt wird, von dem eine Wirkfläche mit einem Steuerdruck beaufschlagt ist.

Auf die herrschende Strömung, welche das Rückschlagventil, zum Beispiel bei einer Senkbewegung der Kolbenzylinderein­ heit, umgeht, wirkt auch ein Staudruck, der den Steuer­ schieber in Schließrichtung beeinflußt. Wird dieser Staudruck zum Beispiel aufgrund eines Bruches auf der Steuergeräteseite erniedrigt oder geht gar gegen Null, wird der Steuerschieber weiter in Öffnungsstellung ver­ stellt, so daß sich ein noch größerer Drosselquerschnitt ergibt. Ein größerer Drosselquerschnitt führt naturgemäß zu einer erhöhten Absenkgeschwindigkeit der Kolbenzylin­ dereinheit.

Aus der CH 658 102 ist ein Sicherheitsventil bekanntgewor­ den, bei dem die Stellung des Steuerkolbens den Drossel­ querschnitt und somit die Absenkgeschwindigkeit bestimmt. Der Drosselquerschnitt stellt sich durch den am Steuerkol­ ben anstehenden Differenzdruck ein. Dieser Differenzdruck ist seinerseits abhängig vom Druckabfall an einem Kolben, der als Strömungsmesser arbeitet. Mit steigender Strömung vergrößert sich selbsttätig die Durchflußöffnung an einem Konus des Kolbens im Drosselbereich, so daß sich die Druckdifferenz proportional mit der Strömung erhöht und dadurch auch die Durchflußöffnung am Drosselkolben des Drosselventils proportional zur Druckdifferenz geöffnet wird. Bei einem Bruch in der Hubleitung tritt bei einem Absenkvorgang ein vergrößertes Druckgefälle an der Steuer­ kante des Drosselkolbens und damit eine stärkere Strömung auf. Dies hat eine Erhöhung der Absenkgeschwindigkeit in Bewegungsrichtung zur Folge. Diese Absenkgeschwindigkeit gerät jedoch nicht außer Kontrolle, sondern bleibt steuer­ bar, weil bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit an der Steuerkante erhöhte Axialkräfte auf den Drosselkolben im Schließsinne wirken und die Strömung infolge des hieraus resultierenden Selbstregeleffektes drosseln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Sicherheitsventil der eingangs genannten Art zwischen einem Verbraucher, insbesondere einer Kolbenzylinderanord­ nung, und einem Steuergerät zu schaffen, bei dem auch im Falle eines Bruches der einzigen Verbindungsleitung ins­ besondere beim Absenken der Kolbenzylinderanordnung keine nennenswerte Änderung des Durchströmquerschnitts des Sicherheitsventils erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil ist ein Kom­ pensationsraum des Vorsteuerkolbens über einen Verbindungs­ kanal im Gehäuse mit dem Druck des steuergeräteseitigen Abschnitts des Durchgangs in Öffnungsrichtung des Steuer­ schiebers beaufschlagt.

Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil wird der Steuerdruck, der auf den Steuerkolben wirkt und der den Steuerschieber bzw. das zugehörige Ventilglied in die Öff­ nungsstellung verstellt, aus zwei Komponenten gebildet. Zum einen wirkt der übliche an sich bekannte Steuerdruck, der aus einer vorgegebenen Steuerdruckquelle kommt. Sum­ mierend tritt hinzu der Druck, der steuergeräteseitig ansteht und über einen Verbindungskanal mit einem Kompen­ sationsraum des Vorsteuerkolbens verbunden ist. Im Falle eines Leitungsbruchs wird diese Steuerkomponente niedrig oder zu Null, so daß der Gesamtsteuerdruck am Vorsteuer­ kolben und damit am Steuerschieber reduziert wird, um den Drosselquerschnitt zu verringern. Diese wird indessen nicht verringert, weil im Falle eines Leitungsbruches der Druckabfall größer wird und die Tendenz hat, die Drossel in Öffnungsrichtung zu beaufschlagen.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Sicherheits­ ventils nach der Erfindung für eine Kolbenzylinder­ einheit.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Si­ cherheitsventils.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Ventil nach Fig. 2 entlang der Linie III-III.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit des Sicherheitsventils ent­ sprechend der Schnittlinie III-III nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist das Sicherheitsventil 1 zwischen dem Ar­ beitsgerät 2 (einer Zylinderkolben-Vorrichtung) und einem Steuergerät 3 gezeigt. Das Sicherheitsventil kann eng am Arbeitsgerät 2 angeordnet sein. Zwischen dem Sicherheits­ ventil 1 und dem Steuergerät ist im allgemeinen eine län­ gere Rohr- und Verbindungsleitung 4 als Zu- und Rücklauflei­ tung angeordnet.

Der Arbeitsraum 5 des Arbeitsgerätes steht über eine Ver­ bindungsleitung 6 mit dem Sicherheitsventil 1 in Verbin­ dung. Der über dem Kolben befindliche Raum 7 steht über eine Tankrückleitung 8 mit dem Steuergerät in Verbindung, weil der Raum 7 entleert werden muß, wenn der Raum 5 durch Druckmittel gefüllt wird.

Im Sicherheitsventil 1 ist ein durchgehender Durchgang 9 mit einem Rückschlagventil 10 vorgesehen, das zum Arbeits­ gerät 2 hin öffnet. Zwischen diesem federbelasteten Rück­ schlagventil 10 und einem Arbeitsgeräte-Anschluß 11 sind von dem Durchgang 9 zwei Leitungen abgezweigt. Eine Lei­ tung 12 enthält ein sog. sekundäres Überdruckventil 13 und ist an eine Tanknebenverbindung 14 angeschlossen. Hierbei handelt es sich im obigen Sinne um eine Ableitung unterge­ ordneter Bedeutung, die auch nur geringe Kosten verursacht.

Die andere Leitung 15 führt in einen Vorsteuerschieber 16. Dieser Vorsteuerschieber hat zwei Funktionsfelder 17, 18. Das eine Funktionsfeld 17 stellt eine Sperre der anderen Leitung 15 bzw. der so bezeichneten Verbindung dar, wäh­ rend das Funktionsfeld 18 einen, insbesondere gedrosselten Durchgang zuläßt, der über einen Anschluß 19 zu der Ver­ bindungsleitung 4 führt, und zwar über eine Verbindung (Durchgang) 9 an der Seite des Rückschlagventils 10, die dem Steuergerät 3 zugekehrt ist. Der gedrosselte Durchgang kann in der ge­ zeichneten Weise einstellbar sein.

Die Einstellung des Vorsteuerschiebers 16 hängt vom Vor­ steuerdruck ab, der über einen Vorsteueranschluß 20 und eine entsprechende Verbindung 21 zu einer Vorsteuerkolben­ anordnung 22 führt. Dieser wirkt am anderen Ende des Vor­ steuerschiebers 16 eine Kraft entgegen, die beispielsweise durch eine Feder 23 aufgebracht werden kann, die in einem an sich geschlossenen Gegenkraft- oder Federraum 24 ange­ ordnet ist. Durch diesen geschlossenen Raum ergibt sich bereits die Möglichkeit einer Kompensation. Dieser Raum 24 steht durch eine Abzweigleitung 25 mit dem Anschluß 19 in Verbindung, der gleichzeitig über eine Teilverbindung 26 mit einem Anschluß 27 der Vorsteuerschieberanordnung zu­ sammengeschlossen ist, über welche die andere Leitung 15 gesteuert wird.

Der Federraum 24 ist durch eine Parallelleitung 28 mit einem sekundären Vorsteuerkolben 29 verbunden, um bei einer Änderung der Druckverhältnisse aufgrund eines Druck­ abfalls in der Verbindungsleitung 4 eine entsprechende Druckänderung in der Kompensation bei 29 durchzuführen.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch die wesentlichen Teile des Sicherheitsventils gezeigt. Dabei sind erkennbar der Ar­ beitsgeräteanschluß 11 und ein Steuergeräteanschluß (Abschnitt) 30, an dem die Verbindungsleitung 4 angeschlossen ist. Zwi­ schen diesen beiden Anschlüssen befindet sich der Durch­ gang 9, in der das Rückschlagventil 10 vorgesehen ist. Für dessen durch eine Feder 31 angedrückten Ventilkopf 32 ist durch einen nach innen gerichteten Vorsprung 33 an einer Stufenfläche 34 ein Sitz gebildet.

Mit diesem Sitz kommt eine kegelförmige Fläche 35 des ke­ gelförmigen Ventilkopfes 32 in Verbindung. Das Rückschlag­ ventil hat einen Ventilschaft 36, der in einer in dem Durchgang 9 festgelegten Führung 37 geführt ist, an wel­ cher zugleich einerseits die Feder 31 abgestützt ist, die andererseits an einem einstellbaren Widerlager 38 an einem Ventilschaft 36 abgestützt ist.

Die Verbindung wird von einem Steuerschieber 40 durchsetzt, welcher Teil der insgesamt mit 16 bezeichneten Vorsteuer­ schieberanordnung ist. Diese steht einerseits allseitig auslenkbar über eine Kugelabstützung 41 mit einem Vor­ steuerkolben 42 in Verbindung, welcher allgemein in Fig. 1 mit 22 bezeichnet ist. Dieser Vorsteuerkolben ist in einem Vorsteuerraum 43 verschiebbar gelagert. Dieser Vorsteuer­ raum 43 steht mit dem Vorsteueranschluß 20 in Verbindung, so daß dadurch in Abhängigkeit vom Vorsteuerdruck eine Verlagerung des Vorsteuerkolbens 42 und damit auch des Steuerschiebers 40 möglich ist.

Im Vorsteuerkolben 42 ist eine Ausnehmung (Bohrung) 44 angeordnet. In dieser Ausnehmung ist ein Kompensationskolben 45 beweg­ bar. Dieser Kompensationskolben 45 ist mittels Stiftver­ bindung 46 mit einer Einstellschraube 47 verbunden, die aus dem Gehäuse 48 des Sicherheitsventils bzw. des Ab­ schnittes des Sicherheitsventils mit dem Vorsteuerkolben herausgeführt ist. Damit läßt sich die Einstellung des Kompensationskolbens 45 im Vorsteuerraum 43 ermöglichen.

Der Kompensationskolben 45 geht nicht bis zum Ende der Ausnehmung 44, so daß ein Kompensationsraum 49 verbleibt, der auch als Hilfssteuerraum des Vorsteuerkolbens 42 be­ zeichnet werden kann. Dieser Kompensationsraum steht im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 mit 29 bezeichneten sekun­ dären Vorsteuerkolben.

In den Kompensationsraum 49, in welchem sich ein Anschlag­ stutzen 50 des Kompensationskolbens 45 erstreckt, münden Radialbohrungen (Diagonalbohrungen) 51 durch den Vorsteuerkolben 42. Diese Bohrungen enden an der Außenseite des Vorsteuerkolbens 42 in einem Ringraum (Umfangsnut) 52. Dieser überlappt sich mit einer in­ neren Umfangsausnehmung 53 des Gehäuses 48. Die Überlap­ pung ist so groß, daß eine Verbindung zwischen dem Ring­ raum 52 und der Umfangsausnehmung 53 immer erhalten bleibt.

An diese Umfangsausnehmung 53 schließt sich im Gehäuse 48 die in Fig. 1 mit 28 bezeichnete Parallelleitung (in Fig. 3 mit 54 bezeichneter Verbindungskanal) an und sie steht über den Durchgang 55 mit dem Steuergeräteanschluß 30 in Verbindung. Dieser Anschluß ist in Fig. 1 mit 19 bezeich­ net.

Dieser Steuergeräteanschluß 19 steht zugleich über eine auch in Fig. 3 mit 25 bezeichnete Abzweigleitung mit dem Gegendruckraum (Federraum) 24 in Verbindung, in welcher die Gegenkraft in Form einer Feder 56 aufgebracht ist. Ein die maximale Zusammendrückung begrenzendes Widerlager 57 ist durch eine nach außen geführte Einstellschraube 58 einstellbar.

Die Abzweigleitung 25 führt gemäß Fig. 3 durch eine nach außen verschlossene Seitenbohrung 59 und einen Fortsatz 60 in einen Federraum 24. Die Seitenbohrung 59, die mit der Federseite des Rückschlagventils in Verbindung steht, hat eine Querbohrung 61 als Anschluß für die Leitung 12 in Fig. 1 für das Überdruckventil 13.

Die Feder 56, die auch in Fig. 1 mit diesem Bezugszeichen bezeichnet ist, drückt über eine kardanisch allseitig aus­ lenkbare Abstützung (Widerlager) 62 auf das Ende des Steuerschiebers 40, an welchem ein Ventilkopf 63 angeordnet ist. Dieser hat einen kegelförmigen Ventilabschnitt 64, bis zu welchem Regelnuten oder Einfräsungen 65, die um den Umfang des Vorsteuerschiebers 40 verteilt sind, führen.

Dadurch ist einerseits beim Abheben des Ventilkopfes 63 aufgrund des kegelförmigen Ventilabschnittes 64 und auf­ grund der Regel- oder Einfräsungen 65 eine außerordent­ liche feinfühlige Regelung möglich.

Der Vorsteuerschieber 40, der im Gehäuse 66 des Sicher­ heitsventils in zylindrischen Durchgängen 67, 68 beider­ seits des Durchgangs 9 geführt ist, hat geringeren Durch­ messer als der Durchgang. Innerhalb des Durchgangs hat er jedoch auch noch eine Einbeziehung 69, welche zwei Druck­ stufen 70, 71 bildet. Durch den sich dadurch ergebenden Gegendruck im Bereich der Ausbohrung wird eine Neutrali­ sierung der Druckeinwirkung auf den Vorsteuerschieber 40 erreicht.

Wenn nun am Steuergeräteanschluß 30, d. h. in der Zu- und Rücklaufleitung eine Druckänderung entsteht, wirkt diese unmittelbar einerseits in den Kompensationsraum 49 des Vorsteuerkolbens 42 und damit unabhängig vom Vorsteuer­ druck auf eine Seite des Vorsteuerkolbens 42 und anderer­ seits durch 25 in den Gegendruck-Federraum 24, so daß eine Verstellung des Vorsteuerschiebers 16 aufgrund einer sol­ chen Druckänderung in der Verbindungsleitung (Zu- und Rücklaufleitung) 4 vermieden wird.

Fig. 2 zeigt zur Erläuterung eine Draufsicht auf das im ganzen mit 73 bezeichnete Gehäuse des Sicherheitsventils, das aus mehreren Abschnitten bestehen kann. An einem Ende ist die Einstellschraube 58 und am anderen Ende die Ein­ stellschraube 47 herausgeführt. Erkennbar sind der Vor­ steueranschluß 20 sowie der Steuergeräteanschluß 30. An die Querbohrung 61 ist das Überdruckventil 13 angeschlos­ sen, dessen Gehäuse in Fig. 2 mit 74 bezeichnet ist und gemäß Fig. 4 in dem Durchgang 9 an der zum Arbeitsgeräte­ anschluß liegenden Seite des Rückschlagventils 10 eine Querbohrung 61 zum Anschluß des Überdruckventils aufweist.

Die Gehäuse sind in geeigneter Weise verbunden. An dem Überdruckventil 13, 74 mündet der Tankanschluß 76, an den die Tanknebenverbindung 14 (Fig. 1) angeschlossen ist.

Die in Fig. 3 mit 83 bezeichnete Querbohrung ist nach außen abgeschlossen und stellt lediglich eine Verbindung zwischen den Räumen der Abzweigleitung 25 und Fortsatz 60 um Anschluß in den Gegendruck- bzw. Federraum 24 dar.

Es wird darauf hingewiesen, daß 84 ein Anschluß für ein Meßgerät, insbesondere ein Druckmeßgerät ist.

Gemäß Fig. 4 ist das Überdruckventil 13 im Schnitt mit seinem Gehäuse 74 und einem Anschluß 75 gezeigt. Dieses Überdruckventil hat einen Tankanschluß 76.

Es ist erkennbar, daß die Leitung 12 in Fig. 1 einer Quer­ bohrung 61 entspricht, welche in einen Gegendruckraum 81 des Überdruckventils mündet.

Der Tankanschluß 76 zur Tanknebenverbindung schließt sich an einen Raum mit einer Feder 77 an, die einen Durchgänge aufweisenden Federteller 78 an ein kegelförmiges Wider­ lager 79 drückt, welches seinerseits mit einem Ansatz in einer festgelegten Führungsausbohrung 80 verschiebbar ist. Dabei wird eine Gegendruckstufe im Gegendruckraum 81 ge­ bildet, welche durch den Druck beaufschlagbar ist, der durch den Anschluß 75 einwirkt. Unter diesen Abhängigkei­ ten ist ein Ventilkörper 85 in bezug zu seinem Sitz beweg­ bar.

Eine Öffnung bei 83 ist verschlossen. Solche Überdruck­ ventile sind im Prinzip bekannt.

Es versteht sich, daß alle Schieber oder Kolben bzw. Schäfte mit Ringdichtungen versehen sind, so daß sie in ihren insbesondere zylindrischen Räumen weitestgehend ab­ gedichtet geführt sind. Einbezogen werden, wo es für zweckmäßig gehalten wird, auch übliche Leckanschlüsse.

Claims (7)

1. Hydraulisches Sicherheitsventil mit einem Ventilgehäuse mit einem einen Verbraucher mit einem Steuergerät di­ rekt verbindenden Durchgang, in dem ein Rückschlagven­ til angeordnet ist, einem Vorsteuerschieber im Gehäuse, der einen Ventilabschnitt aufweist, der in einer Ver­ bindung zwischen den Abschnitten des Durchgangs beider­ seitig des Rückschlagventils angeordnet ist und der in Schließrichtung des Ventilglieds von einer Feder und in Öffnungsrichtung von einem Vorsteuerkolben verstellt wird, von dem eine Wirkfläche mit einem Steuerdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompensationsraum (49) des Vorsteuerkolbens (42) über einen Verbindungskanal (54, 55) im Gehäuse (48) mit dem Druck des steuergeräteseitigen Abschnitts (30) des Durchgangs (9) in Öffnungsrichtung des Steuerschiebers (40) beauf­ schlagt ist.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Kompensationskolben (45) in einer Bohrung (44) des Vorsteuerkolbens (42) angeordnet ist und mit dem Vorsteuerkolben (42) den Kompensationsraum (49) bil­ det.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser des Kompensationskolbens (45) gleich dem Durchmesser des Vorsteuerschiebers (16) ist.

4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Überkompensation vorge­ sehen ist.

5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kompensationskolben (45) in dem Gehäuse (48) einstellbar festgelegt ist.

6. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben (42) wenigstens eine Diagonalbohrung (51) aufweist, welche in den Kompensationsraum (49) mündet und an der Außen­ seite des Vorsteuerkolbens (42) in einer Umfangsnut (52) endet, deren Breite bezüglich des Vorsteuerkolbens (42) so bemessen ist, daß unabhängig von der Stellung des Vorsteuerkolbens (42) eine Überlappung mit einer entspre­ chenden Umfangsnut (52) im Gehäuse (48) vorhanden ist, an welche der Verbindungskanal (54, 55) angeschlossen ist.

7. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerschieber (16) an den Enden kardanisch, d. h. allseitig auslenkbar an einem Widerlager (62) der Feder (56) und andererseits am Vorsteuerkolben (42) abgestützt ist.