DE4416955A1

DE4416955A1 - Relief valve

Info

Publication number: DE4416955A1
Application number: DE19944416955
Authority: DE
Inventors: Ulrich Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: KELLER, ULRICH, 39179 BARLEBEN, DE
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1994-12-01

Abstract

Technical problem: In fluid-controlled machine assemblies, connecting lines must often be switched within a very short period. This can occur, for example, when assemblies are overloaded or there is a sudden requirement for emergency braking. Existing valves still have relatively high piston masses which reduce the opening time. Solution According to the invention, this problem is solved by virtue of the fact that the guide element 4 of the valve piston 2 is a tubular section with apertures 11, in particular holes, which are exposed by the opening movement of the valve piston and thus open the connection between the space 6 under pressure and the outlet 7. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schnellschaltendes Ventil zum Entlasten eines unter Druck stehenden Raumes oder dem schnellen Beaufschlagen eines Raumes mit Systemdruck. Bei fluidisch gesteuerten Maschinenbaugruppen tritt oft der Fall ein, daß in kürzester Zeit Verbindungsleitungen geschaltet werden müssen. Der Fall kann beispielsweise bei Überlastung von Baugruppen oder plötzlich erforderlichen Notbremsungen eintreten.The invention relates to a fast-switching valve for relieving a room under pressure or the rapid loading of a room with system pressure. This is often the case with fluidically controlled machine assemblies a that connecting lines must be switched in the shortest possible time. The case can be required, for example, in the event of overloading of assemblies or suddenly Emergency braking occurs.

Für die Lösung dieser Aufgabe ist in DE 20 51 401 ein Ventil beschrieben, bei welchem im Ausgangszustand der Ventilkolben mit magnetischer Kraft gegen den Öffnungsdruck des Fluides zugehalten wird. Bei Überschreitung der magnetischen Zuhaltekraft durch den Öffnungsdruck löst sich der Ventilkolben von seinem Sitz. Infolge des raschen Nachlassens der magnetischen Kräfte beim Hub des Ventilkolbens steht schnell eine relativ große Beschleunigung für den Ventilkolben an, wodurch der Öffnungsvorgang verkürzt wird. Von Nachteil ist hier jedoch, daß von einer elektronischen Steuerung kein Befehl zur Ventilöffnung (beispielsweise nach Ansprechen eines Sensors) gegeben werden kann. Weiterhin sind die mit Dauermagneten erzielbaren Haltekräfte gering, so daß das Ventil bezüglich seiner Maximaldrücke eingeschränkt ist.To solve this problem, a valve is described in DE 20 51 401, at which in the initial state, the valve piston with magnetic force against the Opening pressure of the fluid is kept closed. If the magnetic is exceeded Locking force due to the opening pressure releases the valve piston from its seat. As a result of the rapid decrease in magnetic forces when the Valve piston quickly becomes a relatively large acceleration for the valve piston which shortens the opening process. The disadvantage here, however, is that no command from an electronic control to open the valve (for example after a sensor has responded). Furthermore, with Permanent magnets achievable holding forces low, so that the valve with respect to its Maximum pressures is restricted.

Aus DE 42 18 334 A1 ist ein Ventil bekannt, bei welchem die Hubbewegung des Ventilkolbens durch Beaufschlagung seiner Stirnseite mit Druck schlagartig ausgelöst wird. Mit Hilfe der oft hohen Drücke in der Hydraulik (beispielsweise über 200 Bar) lassen sich damit bereits relativ kleine Öffnungszeiten realisieren.From DE 42 18 334 A1 a valve is known in which the stroke movement of the Valve piston suddenly by applying pressure to its end face is triggered. With the help of the often high pressures in the hydraulics (e.g. over 200 bar) can be used to realize relatively small opening times.

Im Bereich geringerer Drücke, beispielsweise 60 Bar bei Kupplungen, tritt jedoch das Problem auf, daß die Drücke um den Faktor 3 bis 8 geringer sind, als es für ein ausreichend schnelles Öffnen des Ventiles erforderlich wäre. Die Öffnungszeit des Ventilkolbens vergrößert sich damit sehr stark und das aufgezeigte Ventil ist für viele Anwendungen zu langsam.However, in the range of lower pressures, for example 60 bar for couplings the problem that the pressures are a factor of 3 to 8 lower than for a sufficiently quick opening of the valve would be required. The opening time of the This increases the valve piston very much and the valve shown is for many Applications too slow.

Ausschlaggebend für die Öffnungszeit eines hydraulisch geschalteten Ventiles ist allgemein die von Beginn des Schaltsignals an herrschende Beschleunigung am Ventilkolben. Die wirksame Beschleunigung für den Ventilkolben ist hierbei proportional zum wirksamen Druck sowie der Masse pro Fläche, die sich oberhalb der druckbeaufschlagten Stirnfläche befindet. Die Öffnungszeit von Ventilen, die durch schnelle Gleichgewichtsänderung an der Stirnfläche geschaltet werden, ist weiterhin abhängig vom Verhältnis zwischen dem vom Vorsteuerventil zugeführten Ölstrom und der mit diesem Ölstrom beaufschlagten Fläche. Ursache ist die geringe Einströmgeschwindigkeit unter die Kolbenstirnseite vom seitlich liegenden Druckraum während der ersten Zeit der Kolbenöffnung.The decisive factor for the opening time of a hydraulically switched valve is generally the acceleration prevailing from the start of the switching signal on Valve piston. The effective acceleration for the valve piston is here proportional to the effective pressure as well as the mass per area, which is above the pressurized face. The opening time of valves that is switched by rapid change in equilibrium on the end face continues to depend on the ratio between that supplied by the pilot valve Oil flow and the area exposed to this oil flow. The cause is the minor Inflow velocity under the piston face from the side Pressure chamber during the first time the piston is opened.

Damit sinkt die Öffnungszeit eines derartigen Ventilkolbens bei zunehmender Kolbenlänge, verringertem Ölstrom des Vorsteuerventiles, zunehmender Kolbendichte und geringer werdendem Druck. Die Öffnungszeit steigt wiederum mit der Größe der vom Druck zu beaufschlagenden Stirnfläche des Ventilkolbens.The opening time of such a valve piston thus decreases with increasing Piston length, reduced oil flow of the pilot valve, increasing Piston density and decreasing pressure. The opening time increases with it the size of the end face of the valve piston to be pressurized.

Es muß daher eine Lösung gefunden werden, die es ermöglicht, die zu beschleunigenden Massen auf ein Minimum zu reduzieren sowie gleichzeitig die vom Vorsteuerventil zu beaufschlagende Fläche zu verringern oder aber den vom Vorsteuerventil abgegebenen Volumenstrom zu vergrößern, beispielsweise mit mehrstufigen Vorsteuerventilen.A solution must therefore be found which makes it possible to to reduce accelerating masses to a minimum as well as the to reduce the area to be acted upon by the pilot valve or that of To increase the pilot flow volume output, for example with multi-stage pilot valves.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Reduzierung der Kolbenmasse dadurch gelöst, daß das Führungselement 4 des Ventilkolbens 2 ein rohrförmiger Abschnitt mit eingebrachten Durchbrüchen 11, insbesondere Bohrungen, ist, die durch die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 2 freigegeben werden, wobei das Führungselement 4 sowohl fest im Gehäuse 1 sitzt und der Ventilkolben während seiner Öffnungsbewegung am Führungselement 4 entlang gleitet oder aber das Führungselement mit dem Ventilkolben fest verbunden ist.According to the invention, the task of reducing the piston mass is achieved in that the guide element 4 of the valve piston 2 is a tubular section with openings 11 , in particular bores, which are released by the opening movement of the valve piston 2 , the guide element 4 being both fixed in the housing 1 is seated and the valve piston slides along the guide element 4 during its opening movement or the guide element is firmly connected to the valve piston.

Embodiments

Fig. 1 beschreibt eine erfindungsgemäße Ausführung des Ventiles, bei welchem gemäß Anspruch 3 das Führungselement 4 mit dem Ventilkolben 2 fest verbunden ist und beim Öffnen zur Führung des Ventilkolbens dient. Im Ausgangszustand sitzt der Ventilkolben auf dem Ventilsitz 13 und trennt damit den unter Druck stehenden Raum 6 von der Abflußöffnung 7, die mit dem Tank oder einen mit Druck zu beaufschlagenden Raum verbunden ist. Durch Schalten des Vorsteuerventiles 9 wird die an der Stirnseite des Ventilkolbens 2 gelegene Schaltfläche 8 mit Druck beaufschlagt und damit wird gleichzeitig das Kräftegleichgewicht am Ventilkolben 2 verändert. Das so veränderte Kräftegleichgewicht bewirkt ein Abheben des Ventilkolbens von seinem Sitz und initiiert über das nachfolgende Einfließen von Öl aus dem unter Druck stehenden Raum 6 unter die Kolbenstirnfläche die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens. Während der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens werden die Durchbrüche 11 freigegeben, so daß zwischen dem unter Druck stehenden Raum 6 und dem Abfluß 7 Fluid fließen kann. Infolge der erfindungsgemäßen kurzen und damit sehr leichten Ausbildung des Ventilkolbens 2 werden auch bei geringeren Drücken von beispielsweise 60 Bar noch ausreichend schnelle Öffnungszeiten erzielt. Bei Erreichen des Dämpfungsraumes 10 durch die obere Stirnseite des Ventilkolbens 2 wird der Ventilkolben abgebremst und erreicht seine obere Lage. Nach erfolgter Druckentlastung des unter Druck stehenden Raumes 6 schiebt die Feder 3 den Ventilkolben wieder auf seinen Sitz 13 und die Ausgangslage ist wieder hergestellt. Fig. 1 describes an embodiment of the valve according to the invention, in which, according to claim 3, the guide element 4 is fixed to the valve piston 2 and serves to guide the valve piston when opened. In the initial state, the valve piston sits on the valve seat 13 and thus separates the pressurized space 6 from the drain opening 7 , which is connected to the tank or a space to be pressurized. By switching the pilot valve 9 , the button 8 located on the end face of the valve piston 2 is pressurized and, at the same time, the force balance on the valve piston 2 is changed. The balance of forces thus changed causes the valve piston to lift off its seat and initiates the opening movement of the valve piston via the subsequent inflow of oil from the pressurized space 6 under the piston end face. During the opening movement of the valve piston, the openings 11 are released so that fluid can flow between the pressurized space 6 and the drain 7 . As a result of the short and therefore very light design of the valve piston 2 according to the invention, sufficiently fast opening times are still achieved even at lower pressures, for example 60 bar. When the damping chamber 10 is reached through the upper end face of the valve piston 2 , the valve piston is braked and reaches its upper position. After pressure relief of the pressurized space 6, the spring 3 pushes the valve piston back into its seat 13 and the starting position is restored.

Fig. 2 beschreibt eine erfindungsgemäße Ausführung des Ventiles, bei welchem gemäß Anspruch 2 das Führungselement 4 mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist und der Ventilkolben 2 während seiner Öffnungsbewegung am Führungselement 4 entlang gleitet. Im Ausgangszustand sitzt der Ventilkolben auf dem Ventilsitz 13. Durch Schalten des Vorsteuerventiles 9 wird die an der Stirnseite des Ventilkolbens gelegene Schaltfläche 8 mit Druck beaufschlagt und bewirkt damit ein Abheben des Ventilkolbens. Während der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 2 werden die Durchbrüche 11 freigegeben. Mit der Möglichkeit einer Führung des Ventilkolbens an seiner inneren Zylinderwandung ist es möglich, den Ventilkolben 2 sehr kurz zu gestalten. Mit der so reduzierten Masse wird eine erhebliche Verbesserung des Öffnungsverhaltens des Ventiles erzielt. Bei der dargestellten Ausführungsform des Ventiles ist der Ventilkolben 2 zum Gehäuse 1 mittels einer Spaltdichtung 15 abgedichtet. Während der Öffnungsbewegung muß daher Öl aus dem Federraum 16 zu Tank hin über den Anschluß 14 ausgestoßen werden. Vorteilhaft ist dabei die mögliche Endlagendämpfung des Ventilkolbens mit Hilfe des ausgeführten Dämpfungsraumes 10. Nachteilig ist jedoch die hierdurch verringerte Öffnungszeit, so daß es bei gewünschten kürzesten Öffnungszeiten sinnvoll ist, den Federraum 16 ölfrei zu halten und eine entsprechende Abdichtung vorzusehen. Fig. 2 illustrates an embodiment of the valve according to the invention, wherein according to claim 2, the guide member 4 is fixedly connected to the housing 1 and the valve piston 2 slides during its opening movement on the guide element 4 along. In the initial state, the valve piston sits on the valve seat 13 . By switching the pilot valve 9 , the button 8 located on the end face of the valve piston is pressurized and thus causes the valve piston to lift off. The openings 11 are released during the opening movement of the valve piston 2 . With the possibility of guiding the valve piston on its inner cylinder wall, it is possible to make the valve piston 2 very short. With the mass reduced in this way, a significant improvement in the opening behavior of the valve is achieved. In the illustrated embodiment of the valve, the valve piston 2 is sealed off from the housing 1 by means of a gap seal 15 . During the opening movement, oil must therefore be expelled from the spring chamber 16 to the tank via the connection 14 . The possible end position damping of the valve piston with the aid of the damping space 10 is advantageous. However, the resulting reduced opening time is disadvantageous, so that it is expedient to keep the spring chamber 16 oil-free and to provide an appropriate seal if the shortest opening times are desired.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Ventilkolben
3 Feder
4 Führungselement
5 Dichtung
6 Unter Druck stehender Raum, Zufluß
7 Abfluß
8 Schaltfläche
9 Vorsteuerventil
10 Dämpfungsraum
11 Durchbruch
12 Ringeinsatz
13 Ventilsitz
14 Separater Tankanschluß
15 Spaltdichtung
16 Federraum 1 housing
2 valve pistons
3 spring
4 guide element
5 seal
6 Pressurized room, inflow
7 drain
8 button
9 pilot valve
10 damping space
11 breakthrough
12 ring insert
13 valve seat
14 Separate tank connection
15 gap seal
16 spring chamber

Claims

1. Valve for quickly relieving a pressurized space, the valve piston of which is switched by changing the equilibrium on the end face and the opening movement of which is then supported by fluid flowing in laterally under the end face of the valve piston, characterized in that the guide element ( 4 ) of the valve piston ( 2 ) is a tubular section with openings ( 11 ), in particular bores, which are released by the opening movement of the valve piston and thus release the connection between the pressurized space ( 6 ) and the drain ( 7 ).

2. Valve according to claim 1, characterized in that the guide element ( 4 ) sits firmly in the housing ( 1 ) and the valve piston ( 2 ) slides along its opening movement on the guide element ( 4 ).

3. Valve according to claim 1, characterized in that the guide element ( 4 ) with the valve piston ( 2 ) is fixedly connected and serves to open the guide of the valve piston.