DE4109680A1 - Ventil mit vorgebbarer konstanter schliesskraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit mindestens zwei Kolben, die unter der Einwirkung mindestens eines Kraftspeichers stehen, der die Kolben aneinanderzuhalten sucht, und mit mindestens zwei fluidführenden Anschlüssen, von denen der erste Anschluß mit einem Tank verbindbar ist, wobei mit Zu­ nahme des an dem zweiten Anschluß herrschenden Lastdruckes die Schließkraft des Ventiles bis auf einen vorgebbaren Höchstwert ansteigt.

Ein gattungsgleiches Ventil ist der Fachwelt unter der Be­ zeichnung "hydraulisch entlastbares Druckbegrenzungsventil mit Druckbegrenzungsfunktion" bekannt. Diese bekannten Ventile öffnen selbsttätig, sobald die Schließkraft des Ventiles bei zunehmendem Lastdruck an dem zweiten Anschluß ihren vor­ gebbaren Höchstwert erreicht hat.

Mit weiter stetig zunehmendem Lastdruck an dem zweiten Anschluß, bei dem das Ventil öffnet, nimmt die auch als Dichtkraft bezeichnete Schließkraft linear bis auf den Wert Null ab. Aufgrund dieser Eigenschaft sind dahingehende Ventile aus sicherheitstechnischen Gründen in bestimmten Bereichen nicht einsetzbar, beispielsweise für Hebebühnen, sowie für Hubein­ richtungen, die heb-, kipp-, schwenkbar od. dgl. sein können, und die die Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossen­ schaft für Fahrzeughaltungen "Hebebühnen VBG 14" bzw. "Luft­ fahrt VBG 78" erfüllen sollen.

Bei einer gattungsfremden Art von Ventilen, die in der Fachwelt unter der Bezeichnung "hydraulisch entsperrbare Rückschlagven­ tile" bekannt sind und die eine sogenannte Vorsteuerstufe aufweisen können, bewirkt eine stetige Zunahme des Lastdruckes an dem zweiten Anschluß eine linear zunehmende Schließkraft. Dies führt zu hohen Kantenbelastungen, insbesondere bei den beiden aneinandergehaltenen Kolben, so daß mechanische Verfor­ mungen und damit einhergehend geänderte Dichtgeometrien und Undichtigkelten auftreten. Diese Art der bekannten Ventile erfüllt die oben angegebenen Unfallverhütungsvorschriften, obwohl bei sehr hohen in der Praxis durchaus auftretenden Lastdrücken an dem zweiten Anschluß das Ventil versagt und nicht mehr dichtend schließt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, das den durch die Unfallverhütungsvorschriften "Hebebühnen VBG 14" und "Luftfahrt VBG 78" festgelegten Anforderungen genügt und bei dem mit Sicherheit ein Versagen ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe löst ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Ventil Mittel vorgesehen sind, die den Höchstwert der Schließkraft mit weiterer Zunahme des an dem zweiten Anschluß herrschenden Lastdruckes konstant halten, ist zum einen ein selbsttätiges ungewolltes Öffnen nicht mehr möglich und zum anderen wird das Ventil auch nicht mehr in einer Art und Weise belastet, die zu seinem Versagen führt. Damit ist das erfindungsgemäße Ventil besonders in Anwendungsbereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen ein­ setzbar.

Alle bisher genannten Ventile, sofern sie über einen dritten Anschluß verfügen, der auch als Steueranschluß bezeichnet wird, sind zu sog. Senkbrems-Sperrventilen ausbaubar bzw. diesen zuzuordnen. Diese Ventile werden von der Fachwelt auch als Senkbremsventile, Lasthalteventile oder Sperr-Q-Meter bezeichnet. Liegen dann bei dem erstgenannten bekannten, als Senkbrems-Sperrventil dienenden Ventil der zum Höchstwert der Schließkraft zugehörige Einstelldruck und der an dem zweiten Anschluß herrschende tatsächliche Lastdruck sehr eng beieinander, genügt bereits ein geringer Staudruck an dem dritten Anschluß, um das Ventil ungewollt zu öffnen. Ebenso führt eine Reduzierung der Kraft des Kraftspeichers: meist in Form einer einstellbaren Feder, der die Kolben anein­ anderzuhalten sucht, zu einem vorzeitigen Öffnen.

Sofern das gattungsfremde bekannte Ventil als Senkbrems-Sperr­ ventil aufgebaut ist, erfolgt nach dem Öffnen der dort vor­ gesehenen Vorsteuerstufe mittels einem der beiden Kolben ein hundertprozentiger Druckausgleich an demselben. Zum ei­ gentlichen Öffnen der Vorsteuerstufe ist aber ein erhöhter, von der Geometrie der Vorsteuerstufe abhängiger Druck in dem dritten Anschluß (Steueranschluß) notwendig. Hierzu ist bei diesen bekannten Ventilen eine Steuerdruckbedämpfung durch eine Düsenanordnung vorgesehen, die bereits aufgrund des benötigten Dämpfungsvolumens zu groß aufbauenden Ventilen führt.

Sofern das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 3 und 7 als Senkbrems-Sperrventil ausgebildet ist, ist schon bei einem relativ geringen Lastdruck an dem zweiten Anschluß der Höchstwert der Schließ- oder Dichtkraft erreicht, und zwar bei vergleichbaren Bedingungen grundsätzlich vor dem gattungsgleichen bekannten Ventil, das erst bei einem höheren Lastdruck am zweiten Anschluß diesen Höchstwert der Schließkraft erreicht.

Da bei dem erfindungsgemäßen Ventil im Gegensatz zu dem gat­ tungsfremden bekannten Ventil der erste Kolben im Bereich des zweiten Anschlusses keine druckwirksame Fläche besitzt, sondern vielmehr an einem Stelle die von dem dritten Anschluß her druckbeaufschlagbar ist, ist eine hundertprozentige Lastdruck-Un­ abhängigkeit bereits während des Öffnungsvorganges selbst gegeben und nicht, wie bei dem bekannten Ventil, erst nach dem Öffnen. Ferner ist eine Dämpfungseinrichtung nicht notwen­ dig und am dritten Anschluß muß keine Kraft zur Überwindung des Vorsteuerdruckes aufgebaut werden. Bei dem erfindungsge­ mäßen Ventil als Senkbrems-Sperrventil wirkt der im dritten Anschluß anstehende Steuerdruck vielmehr allein gegen den Kraftspeicher des ersten Kolbens und erlaubt somit ein weiches, schlagfreies Aufsteuern des Ventiles, wobei gleichzeitig eine kompakte Bauweise erreicht ist.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Lehre anhand zweier Ausführungsbeispiele des Ventiles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Ventiles, wobei der Inhalt des mit "Z" bezeichneten Kreises in Blickrichtung auf die Figur gesehen links unten in vergrößerter Darstellung wiedergege­ ben ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiles;

Fig. 3 den in Newton angegebenen Schließkraftverlauf über dem in Bar angegebenen Lastdruck von drei voneinander verschiedenen Ventilen, wobei das Schaltverhalten in Kurve I gleich dem des erfindungsgemäßen Ventiles, II gleich dem eines hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventiles ohne Druckbegrenzungsfunk­ tion, III gleich dem eines hydraulisch entlastbaren Druckbegrenzungsventils mit Druckbegrenzungs­ funktion ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Ventiles betrifft ein sogenanntes Senkbrems-Sperrventil. Das Ventil weist einen Ventilkörper 1 mit einem Außengewinde auf, mittels dem sich das Ventil in ein hierfür vorgesehenes Ventilgehäuse (nicht dargestellt) einschrauben läßt. Innerhalb des Ventilkörpers 1 ist längsverschiebbar ein Kolben 2, der im folgenden als Regelkolben bezeichnet wird, geführt. In den Ventilkörper 1 ist ferner endseitig ein Verschlußteil 3 eingeschraubt. Zwischen dem Verschlußteil 3 und dem Regelkol­ ben 2 ist ein Federteller 4 angeordnet, der sich auf dem Regelkolben 2 abstützt. Ein weiterer Federteller 5 ist inner­ halb des Verschlußteiles 3 angeordnet. In dem Regelkolben 2 ist ein Bolzen 6 geführt, der an seinem dem Federteller 4 entgegengesetzten Ende einen Kolben 7 aufweist, der im folgen­ den als Rückschlagkolben bezeichnet ist. Zum Herstellen dieser Verbindung greift der Bolzen 6 mit einem Gewindeteil in den Rückschlagkolben 7 ein. An dem dem Rückschlagkolben 7 gegen­ überliegenden Ende des Ventiles durchgreift ein Gewindestift 8 das Verschlußteil 3 und ist mit seinem einen Ende in Anlage mit dem Federteller 5. Sein anderes Ende steht aus dem Ver­ schlußteil 3 frei hervor und weist eine Sechskantmutter 9 auf, mittels der sich der Gewindestift in seiner verstellbaren Lage festlegen läßt.

Zwischen den beiden Federtellern 4 und 5 ist ein Kraftspei­ cher in Form einer zylindrischen Druckfeder 10 angeordnet, die über den Federteller 4 den Regelkolben 2 in Anlage mit dem Rückschlagkolben 7 zu halten sucht. Ein weiterer Kraft­ speicher in Form einer zylindrischen Druckfeder 11 ist zwischen dem Kopf des Bolzens 6 und einer nach innen stehenden Anlage­ fläche des Regelkolbens 2 angeordnet. Auch diese zweite Druck­ feder 11 hat mit ihrer Kraftwirkung die Neigung, über den Bolzen 6 die beiden Kolben 2 und 7 aneinanderzuhalten. Ein Sprengring 12 am freien Ende des Ventilkörpers 1 sichert den Rückschlagkolben 7 vor dem Herausfallen. Die beiden O-Rin­ ge 13,14 und der O-Ring 15 dichten den Ventilkörper 1 an der Stelle des Anschlusses A bzw. gegenüber dem Regelkolben 2 im Bereich des Federtellers 4 ab. Stützringe 16 und 17 bilden hierbei eine Auflagefläche für die beiden O-Ringe 13 und 14. Ein weiterer Stützring 18 mit O-Ring 19, die zwischen dem Regelkolben 2 und dem Ventilkörper 1 angeordnet sind und die im Bereich zwischen den beiden Anschlüssen A,B liegen, dichten diese beiden Anschlüsse gegeneinander ab. Ein weiteres Paar, bestehend aus Stützring 20 und O-Ring 21, ist in einer Ringnut des Federtellers 5 eingelassen und dichtet das Innere des Ventiles gegenüber der Umgebung ab. Zwei Dichtringe 22 und 23 übernehmen die Abdichtung an der Stelle der Verbindung von Ventilkörper 1 mit Verschlußteil 3 bzw. von Ventilkör­ per 1 mit dem Gehäuse (nicht dargestellt), in das das Ventil einsetzbar ist.

Der Anschluß A ist über fluiddurchlässige Durchgänge im Ventil­ körper 1 sowie im Regelkolben 2 mit dem Inneren desselben, in dem der Bolzen 6 geführt ist, verbunden. Der Anschluß B ist über fluidführende Durchgänge im Ventilkörper 1 mit dem Inneren des Regelkolbens 2 und damit mit dem Anschluß A ver­ bindbar.

Der in B anstehende Druck des Fluids steht auch an der offenen Seite 24 des Ventiles an, die den Sprengring 12 aufweist, und wirkt auf die der offenen Seite 24 zugekehrte Wirkfläche 35 des Rückschlagkolbens 7 ein. Neben dem ersten Anschluß A, der in Abhängigkeit von einem Wegeventil (nicht dargestellt) mit einem Tank (nicht dargestellt) verbindbar ist, und dem zweiten Anschluß B, der an einen Verbraucher (nicht darge­ stellt) anschließbar ist, weist das Ventil einen dritten Anschluß X auf, wobei der dort anstehende (Steuer-) Druck entgegen der Kraftwirkung der ersten Druckfeder 10 auf den Regelkolben 2 einwirkt, der hierfür eine stufenweise abgesetzte Fläche 25 aufweist. Ferner weist der Regelkolben 2 eine vom Druck des Anschlusses A beaufschlagbare Fläche auf.

Die Mittel, die vorgesehen sind, um den Höchstwert der Schließ­ kraft mit weiterer Zunahme des an dem zweiten Anschluß B herrschenden Lastdruckes konstant zu halten, sind aus einer im Bereich dieses zweiten Anschlusses B geschlossenen, gleich­ förmig verlaufenden Mantelfläche 27 gebildet sowie aus einem Anschlag 28, mittels dem der Verfahrweg des Rückschlagkol­ bens 7 begrenzbar ist. Der Anschlag 28 als Teil des Ventil­ körpers 1 ist zwischen dem Rückschlagkolben 7 und der zwischen den Anschlüssen A und B liegenden Trennstelle 29 des Ventil­ körpers 1 angeordnet. Die Mantelfläche 27 selbst ist aus einer durchgehenden glatten Zylinderfläche gebildet, die durch die Trennstelle 29 geführt längsverfahrbar ist. Wie insbesondere die in Blickrichtung auf Fig. 1 gesehen links unten dargestellte Vergrößerung "Z" zeigt, ist der Rückschlag­ kolben 7 mit einer konisch ausgebildeten Ringfläche 30 verse­ hen, die dem Regelkolben 2 zugewandt ist. Die zylindrische Mantelfläche 27 ist unter Bildung eines dichtenden Sitzes 31 in Anlage mit dieser konisch ausgebildeten Ringfläche 30 bringbar. Für den Erhalt des dichtenden Sitzes 31 in Form einer Sitzkante ist die Unterseite des Regelkolbens 2 abge­ schrägt, bildet also mithin nach innen gewandt ebenfalls eine konische Ringfläche 32 aus, die mit der konischen Ring­ fläche 30 des Rückschlagkolbens 7 einen spitzen Winkel ein­ schließt. Der Rückschlagkolben 7 bildet eine Art Napf aus, der entlang seines Außenumfanges von der Wandung des Ventil­ körpers 1 geführt ist und in dessen Inneres mittels dem Regel­ kolben 2 eingreifbar ist. An seiner dem Regelkolben 2 zuge­ kehrten Oberseite weist der Rückschlagkolben 7 eine Anschlag­ fläche 33 auf, die in Anlage mit dem Anschlag 28 bringbar ist.

Im Bereich des druckbeaufschlagbaren zweiten Anschlusses B weist also der Regelkolben 2 keine öffnungswirksame(n) Flä­ che(n) auf. Druckbeaufschlagbar ist aber die Fläche 25 im Bereich des dritten Anschlusses X, der als Steueranschluß dient. Regelkolben 2 sowie Rückschlagkolben 7 werden mittels den beiden als Kraftspeicher dienenden Druckfedern 10 und 11 aneinandergedrückt und ermöglichen somit eine leckölfreie Absperrung des Verbrauchers am Anschluß B. Die Kraft, mit der Rückschlagventilkolben 7 und Regelkolben 2 aneinanderge­ halten werden, ist die sogenannte Schließ- oder Dichtkraft des Ventiles. Erhöht sich der Lastdruck am zweiten Anschluß B, bewegt sich die aus Rückschlagkolben 7 und Regelkolben 2 bestehende Einheit gegen die einstellbare Druckfeder 10, was so lange zu einer Zunahme der Schließkraft führt, bis der Rückschlagventilkolben 7 seinen Hubanschlag erreicht hat, was einem Anlegen der Anschlagfläche 33 an den Anschlag 28 gleich kommt. Dies entspricht dem in Fig. 3 gezeigten linearen Anstieg der Schließkraft F_S über dem zunehmenden Lastdruck p für die mit I wiedergegebene Kurve. Ein weiterer Lastdruck­ anstieg p am zweiten Anschluß B bewirkt nun keine Veränderung der Dichtkraft mehr und die Schließkraft bleibt konstant. Zum Vergleich sind in Fig. 3 die Schließkraftverläufe noch für ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil ohne Druck­ begrenzungsfunktion mit II und für ein hydraulisch entlastbares Druckbegrenzungsventil mit III angegeben.

Bei der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform handelt es sich um ein Rückschlagventil, das einen entsprechenden Schließkraftverlauf wie in Fig. 3 unter 1 angegeben aufweist. Hierbei sind baugleiche Teile, wie sie für das Ventil in Fig. 1 verwendet wurden, mit denselben, aber um 100 erhöhten Bezugsziffern wiedergegeben. Ferner ist der Ventilkörper 101 mit dem Verschlußteil 103 einstückig ausgebildet und in das Ventilgehäuse 136 eingesetzt. Der Regelkolben 102 der zweiten Ausführungsform weist an seiner dem Rückschlagkolben 107 zugekehrten Seite keine konische Ringfläche auf, sondern schließt eben verlaufend ab. Über eine Längsbohrung 137 ist das Innere des Regelkolbens 102 mit dem Inneren des Ventilkör­ pers 101 fluidführend verbunden, in dem die Druckfeder 110 angeordnet ist.

Bei einer Ausbildung von Rückschlagventilen gemäß der Fig. 2 ist sichergestellt, daß trotz zunehmendem Lastdruck im zweiten Anschluß B die Schließkraft nicht stetig zunimmt, wie dies in Fig. 3 unter II für ein bekanntes hydraulisch entsperrba­ res Rückschlagventil wiedergegeben ist. Es läßt sich dann also auch bei Rückschlagventilen eine genau vorgebbare Schließ­ kraft einstellen und über den ansteigenden Lastdruckverlauf konstant halten, so daß es im Bereich des Sitzes 131 nicht zu hohen Kantenbelastungen und damit einhergehenden veränderten Dichtgeometrien und Undichtigkeiten kommt. Damit der im zweiten Anschluß B anstehende Druck bei dieser Ventilform auf die Wirkfläche 135 des Rückschlagkolbens 107 einwirken kann, ist eine Bohrung 134 im Ventilkörper 101 angebracht. Mithin läßt sich durch die Ausbildung von Rückschlagventilen gemäß der erfindungsgemäßen Lehre eine absolut sichere Funktion gewährleisten.

Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich nur auf die Angabe von Merkmalen, die für die beispiels­ weise Verkörperung der Erfindung wesentlich sind. Soweit daher Merkmale in der Beschreibung und in der Zeich­ nung offenbart und in den Ansprüchen nicht genannt sind, dienen sie erforderlichenfalls auch zur Bestimmung des Gegen­ standes der Erfindung.

Claims (8)

1. Ventil mit mindestens zwei Kolben (2, 7; 102, 107) die unter der Einwirkung mindestens eines Kraftspeichers (10, 11; 110, 111) stehen, der die Kolben aneinanderzuhalten sucht, und mit mindestens zwei fluidführenden Anschlüssen (AB) von denen der erste Anschluß (A) mit einem Tank verbindbar ist, wobei mit Zunahme des an dem zweiten Anschluß (B) herrschenden Lastdruckes die Schließkraft des Ventiles bis auf einen vorgebbaren Höchstwert ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Höchst­ wert der Schließkraft mit weiterer Zunahme des an dem zweiten Anschluß (B) herrschenden Lastdruckes konstant halten.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Anschlüssen (A, B) wirkende erste Kolben (2, 102) zumindest teilweise diese Mittel aufweist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel gebildet sind

• - aus einer im Bereich des zweiten Anschlusses (B) ge­ schlossenen, gleichförmig verlaufenden Mantelfläche (27; 127) am Außenumfang des ersten Kolbens (2; 102) und
• - aus einem Anschlag (28; 128), mittels dem der Verfahrweg des zweiten Kolbens (7; 107) begrenzbar ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (27; 127) aus einer Zylinderfläche gebildet ist und daß der erste Kolben (2; 102) mindestens eine wirk­ same, vom Druck des ersten Anschlusses (A) beaufschlagbare Fläche aufweist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Kolben (7; 107) mindestens eine wirksame, vom Druck des zweiten Anschlusses (B) beauf­ schlagbare Fläche (35; 135) aufweist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Kolben (2, 7; 102, 107) von einem Kraft­ speicher (10; 110 bzw. 11; 111) beaufschlagbar ist, deren Wirkrichtung einander entgegengesetzt ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein dritter Anschluß (X) vorgesehen ist, dessen Druck entgegen der Kraftwirkung des Kraftspeichers (10) des ersten Kolbens (2) auf diesen einwirkt.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Kolben (7; 107) mit einer konisch ausgebildeten Ringfläche (30; 130) unter Bildung eines dichtenden. Sitzes (31; 131) in Anlage mit der Mantelfläche (27; 127) des ersten Kolbens (2; 102) bringbar ist.