DE809630C - UEberdruckventil fuer Kolbenpumpen und Wasserkraftkolbenmaschinen mit Schiebersteuerung - Google Patents

UEberdruckventil fuer Kolbenpumpen und Wasserkraftkolbenmaschinen mit Schiebersteuerung

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DE809630C
DE809630C DEP4493A DEP0004493A DE809630C DE 809630 C DE809630 C DE 809630C DE P4493 A DEP4493 A DE P4493A DE P0004493 A DEP0004493 A DE P0004493A DE 809630 C DE809630 C DE 809630C
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Germany
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piston
valve
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relief valve
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DEP4493A
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English (en)
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Kurt Dr-Ing Schoene
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24Bypassing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Safety Valves (AREA)

Description

  • Uberdruckventil für Kolbenpumpen und Wasserkraftkolbenmaschinen mit Schiebersteuerung Bei den Kolbenpumpen mit Schiebersteuerung, in denen der den Kolben umgebende Schieber den Hubraum bereits vor Beendigung des Druckhubes abschließt, muß Vorsorge getroffen werden, daß übermäßige Druckanschwellungen im Hubraum, hervorgerufen durch das vorzeitige Schließen des Druckkanals während des Druckhubes, vermieden werden. Das Entstehen eines unzulässig hohen Überdruckes kann verhindert werden durch Hilfsventile, sogenannte Überdruckventile, die entweder in der feststehenden Wandung des Hubraumes oder in der Schieberwandung oder im Kolben oder an allen drei Stellen gleichzeitig angeordnet sind, und die dem vom Kolben verdrängten Wasser einen Ausweg freigeben nach dem Saug- oder Druckraum der Pumpe.
  • Am zweckmäßigsten werden die Überdruckventile zwischen Hub- und Saugraum der Pumpe angeordnet, weil dann der volle Druckunterschied zwischen Druck-und Saugraum für die Erzeugung der Spaltgeschwindigkeit ausgenutzt wird, nur verhältnismäßig kleine Durchflußquerschnitte auszuführen sind und reichlich Zeit für das Schließen des Ventils zur Verfügung steht.
  • Die Überdruckventile arbeiten, ähnlich wie die Pumpenventile, dauernd, d. h. öffnen und schließen einmal während jeder Umdrehung der Kurbel, aber unter anderen Bedingungen. Das Pumpenventil öffnet und schließt, wenn der Kolben die Totlagen erreicht hat, also unter dem Einfluß sehr geringer Kolbengeschwindigkeiten, und ist so durch Federn belastet, daß in jeder Stellung des Ventils nahezu Gleichgewicht zwischen den hydraulischen und Federkräften besteht und nur geringe Kräfte für die Beschleunigung des Ventils vorhanden sind, die keine gefährlichen, zu schneller Abnutzung führenden Geschwindigkeiten des Ventils erzeugen können.
  • Das Überdruckventil dagegen muß so stark durch Federn oder sonstwie belastet sein, daß es während der ersten Hälfte des Kolbenhubes durch den Förderdruck des Hubraumes nicht geöffnet werden kann. Es soll erst geöffnet werden in der zweiten Hälfte des Kolbenhubes durch den Überdruck, der im Hubraum durch das vorzeitige Abschließen des Druckkanals mittels des Schiebers bei beträchtlicher Kolbengeschwindigkeit entsteht. Angenäherte Gleichheit zwischen hydraulischen und Federkräften ist dann nicht vorhanden; es muß vielmehr ein bedeutender Überschuß an hydraulischer Kraft über die Federkraft auf das Ventil ausgeübt werden, damit dasselbe in sehr kurzer Zeit seinen vollen Hub erreicht. Hiernach ist es zweckmäßig, daß die Federkraft schwach ist, damit ein geringer hydraulischer Überdruck erforderlich ist für die schnelle Öffnung des Ventils. Unmittelbar nach der vollen Öffnung des Überdruckventils sinkt infolge der Eröffnung des Saugkanals durch den Schieber der Überdruck des Hubraumes auf die Saugspannung; es besteht dann kein Gleichgewicht zwischen hydraulischen und Federkräften an dem Ventil, sondern ein um so größerer Überschuß an Federkraft, je stärker dieselbe ist. Da diese überschüssige Federkraft das Ventil viel mehr beschleunigt, als für den rechtzeitigen Abschluß erforderlich ist und dadurch die Haltbarkeit des Ventils gefährdet wird, muß auch aus diesem Grunde die Federbelastung des Überdruckventils möglichst schwach gehalten werden.
  • Aus diesen Überlegungen folgt, daß das gewöhnliche Ring- oder Tellerventil als Überdruckventil ungeeignet ist, da die den Sitzquerschnitt überdeckende Ventilfläche dem Flüssigkeitsdruck des Hubraumes eine viel zu große Angriffsfläche bietet und zur Anbringung viel zu starker Federn zwingt. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Überdruckventil, daß bei beliebig geringer Federkraft gegen den normalen Förderdruck im Hubraum sicher abdichtet, schnell öffnet, rechtzeitig und mit mäßiger Geschwindigkeit schließt, recht leicht ist und in beliebiger Größe ausgeführt werden kann.
  • Die Erfindung soll an Hand der Abb. i und 2 beschrieben werden. i ist die Wandung zwischen Hub-und Saugraum der Pumpe. Das Ventil besteht aus dem kolbenförmigen Teil 2 mit dem schwächeren zylindrischen Ansatz 3. Der Kolben 2 gleitet abgedichtet in der Laufbüchse4 und gibt- beim Anheben Schlitzes in der Laufbüchse 4 frei, an die sich Kanäle 6 in dem Ventilgehäuse 7 anschließen. Der Ansatz 3 gleitet abgedichtet in dem Deckel 8, der das Ventilgehäuse 7 gegen den Saugraum abschließt. Mit dem Ventilsitz 9 ist durch radiale Rippen io ein Gehäuse ii verbunden, das in Verbindung mit dem ringförmigen Ansatz 12 an dem Kolbenkörper 2 und dem Ventil 13 als Flüssigkeitsbremse für das schließende Ventil dient. 14 ist ein Federteller, welcher die Kraft der Feder 15 auf den Zylinder 3 und damit auf den Kolben 2 überträgt. Die Flüssigkeitsbremse kann auch an dem Federteller 14 angebracht werden. Feder 15 wird von der Brille 16 angepreßt, die von den Schrauben 17 gegen den Deckel 8 und das Gehäuse 7 gezogen wird.
  • Die Wirkung des beschriebenen Überdruckventils ist folgende. Die Feder 15 ist so bemessen, daß der Förderdruck in der ersten Hälfte des Kolbenhubes, der nur auf die Fläche des kleinen Kolbens 3 und einen Teil der ringförmigen Sitzfläche des Kolbens 2 wirkt, da in dem scheibenförmigen Teil des Kolbens 2 Ausgleichöffnungen 18 vorgesehen sind, das Ventil nicht anheben kann. Durch die Wahl des Durchmessers des Kolbens 3 wird die Stärke der Feder 15 bestimmt. Durch den Überdruck auf Kolben 3 in der zweiten Hälfte des Druckhubes des Kolbens beim vorzeitigen Schließen des Druckkanals durch den Schieber wird die Feder 15 zusammengedrückt und werden die Schlitze 5 und 6 freigegeben, so daß unter dem Einfluß der Druckdifferenz im Hub- und Saugraum das vom Kolben verdrängte Wasser in den Saugraum entweichen kann. Unmittelbar nach dem Abschluß des Druckkanals öffnet der Schieber den Saugkanal, so daß auf den Kolben 3 in beiden Richtungen die Saugspannung wirkt und der Kolbendruck auf die Feder 15 plötzlich aufhört. Die ganze Federkraft beschleunigt nunmehr das Ventil 2 und schleudert es gegen den Sitz g. Für den Abschluß des Ventils steht reichlich Zeit, nämlich bis zum Ende des nächsten Saughubes, zur Verfügung. Um die Abschlußgeschwindigkeit des Ventils zu verringern, ist die Flüssigkeitsbremse vorgesehen mit dem Gehäuse ii, dessen Rand mit Drosselschlitzen i9 versehen ist. Das Ventil 13 sorgt dafür, daß das Öffnen des Ventils durch die Bremse nicht behindert wird.
  • Das beschriebene Überdruckventil gleicht einem Tellerventil insofern, als beide eine ringförmige Sitzfläche haben, ist aber für den vorliegenden Zweck viel geeigneter. Beim Tellerventil wirkt der Flüssigkeitsdruck des Hubraumes, dem die Federkraft das Gleichgewicht halten muß, auf die ganze von der Sitzfläche umschlossene Kreisfläche, beim Überdruckventil(Abb. i) dagegen nur auf die Fläche des Kolbens 3 und einen Teil der schmalen ringförmigen Sitzfläche des Kolbens 2, so daß eine viel schwächere Feder genügt, um das Ventil geschlossen zu halten. Beim Tellerventil schließt sich die kreisförmige Druckfläche unmittelbar an die Sitzfläche an; das hat zur Folge, daß der Druck auf die Kreisfläche sinkt, sobald die Flüssigkeit mit großer Geschwindigkeit durch den Ventilspalt ausströmt, so daß die Gefahr besteht, daß das Ventil sofort nach dem Anheben wieder zuschlägt und flattert. Bei dem Überdruckventil liegt die Druckfläche auf den Kolben 3 so weit von der Sitzfläche und dem Ventilspalt entfernt, daß sie hydraulisch durch die Spaltgeschwindigkeit nicht beeinflußt wird, so daß das Ventil sich stetig hebt und schnell seinen vollen Hub erreicht. Die Breite der Sitzfläche kann bei dem Überdruckventil schmaler ausgeführt werden als bei dem Tellerventil wegen der schwächeren Feder- und hydraulischen Belastung und geringeren Abschlußgeschwindigkeit. Entsprechend ist auch der Ventileröffnungsüberdruck bei dem Überdruckventil kleiner als beim Tellerventil.
  • Das Überdruckventil kann mit beliebig großen Abmessungen, d. h. äußerem Durchmesser des Kolbens 2 ausgeführt werden, ohne daß Federn mit übermäßig starken Abmessungen erforderlich werden.
  • Nachteilig ist beim Überdruckventil, daß an den Gleitflächen des großen und kleinen Kolbens Dichtungen in Form von Stulpen, Dichtungsringen oder Ventilsitzen vorhanden sein müssen, die bremsend wirken und beim Tellerventil fehlen.
  • Das beschriebene Überdruckventil bietet auch große Vorteile bei Anordnung in Wasserkraftkolbenmaschinen mit Schiebersteuerung.
  • Statt die Überdruckventile in der Wandung des Pumpenkörpers zwischen Saug- und Druckraum anzuordnen, kann man dieselben auch im Pumpenkolben anordnen. Dadurch wird der Pumpenkörper vereinfacht, und die Ventile lassen sich bequemer ein- und ausbauen.
  • Abb. 3 und 4 zeigen ein Beispiel für den Einbau der Überdruckventile in den Pumpenkolben. Die Ventilachse muß senkrecht zur Kolbenachse angeordnet werden, da sonst infolge der hohen Drehzahlen, mit denen die Pumpen betrieben werden, die Trägheitskräfte bei den ständigen starken Beschleunigungen und Verzögerungen des Kolbens zur Verwendung von übermäßig starken Federn zwingen würden. 2o ist der Kolbenkörper, mit dem die Kolbenstange 21 verschraubt ist. 22 und 23 sind die beiden Ventilkolben, die mit den kleineren Steuerkolben 24 und 25 verbunden sind, welche mittels der Federteller 26 und 27 durch die gemeinsame Ventilfeder 28 belastet sind. 29 und 30 sind die Flüssigkeitsbremsen von der nach Abb. i und 2 beschriebenen Bauart. Die Ventile sind in einem zweiteiligen Gehäuse 31 und 32 untergebracht. Das Innere der beiden Kolbenventile 22 und 23 steht durch Kanäle 33 und 34 mit den Hubräumen der Pumpe zu beiden Seiten des Kolbens in Verbindung. 35 ist eine Zwischenwand senkrecht zur Kolbenachse, welche die beiden Zuleitungskanäle 33 und 34 voneinander trennt. 36 und 37 sind Sicherheitsventile, die verhindern, daß sich in dem Federgehäuse mit Wirkung auf die Stirnflächen der Kolben 24 und 25 ein die Saugspannung übersteigender Druck ausbildet, da in einem der Kanäle 33 oder 34 stets Saugspannung herrscht.
  • Die Wirkung der beiden Überdruckventile in dem Kolben ist folgende. Bei der Bewegung des Kolbens nach links öffnet gegen Ende des Hubes infolge des entstehenden Überdruckes, der auf den Kolben 24 wirkt, der Ventilkolben 22, und die Flüssigkeit strömt durch den Sammelkanal 38 und den Kanal 34 auf die rechte Kolbenseite über, wo Unterdruck herrscht. Nach dem Schließen des Druckkanals durch den Schieber und dem Öffnen des Saugkanals schließt die Feder 28 das Ventil, wobei die Schlußbewegung durch die Bremse 29 verzögert wird. Das Ventil im Kolben arbeitet unter ungünstigeren Bedingungen aas das Ventil in der Gehäusewand, da es bereits am Ende des Druckhubes, während dessen es öffnet, geschlossen sein muß, weil im Augenblick der Kolbenumkehr im Kanal 34 und 38 die Saugspannung auf die Druckspannung ansteigt. In gleicher Weise wirkt das Ventil 23, das nach dem Öffnen infolge des Überdruckes im rechten Hubraum eine Verbindung herstellt zwischen den Kanälen 39 und 34, so daß Flüssigkeit, die durch Kanal 34 eintritt, durch 39 nach dem linken Hubraum abfließen kann.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Überdruckventil für Kolbenpumpen und Wasserkraftkolbenmaschinen mit Schiebersteuerung, bei dem der den Kolben umgebende Schieber den Druckkanal bereits vorBeendigung des Kolbenhubes abschließt, dadurchgekennzeichnet, daß inder Wandung (i) des Hubraumes ein ringförmiger Kolbenkörper (2) nahe seiner Sitzfläche Schlitze (5) seiner Führungsbüchse (4), in der er abgedichtet geführt wird, nach dem Saugraum zu freigibt und mit einem Steuerkolben (3) von kleinerem Durchmesser durch eine Scheibe mit Entlastungslöchern (18) verbunden ist, der durch den Ventilgehäusedeckel (8) abgedichtet hindurchgeführt ist, und der mittels eines Ventiltellers (14) durch eine Feder (15) belastet wird, die das Ventil gegen den normalen Förderdruck geschlossen hält und bei Überdruck im Hubraum öffnen läßt.
  2. 2. Überdruckventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ventilkolben (2) oder dem Federteller (14) eine Flüssigkeitsbremse (ii, 12, 13, i9) bekannter Bauart verbunden ist, welche die Ventilbewegung beim Schließen verlangsamt.
  3. 3. Überdruckventil nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ventile (22, 23) im Pumpenkolben (20) mit Achsen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens entgegengesetzt gerichtet und mit gemeinsamer Feder in einem geteilten Gehäuse (3I, 32) so angeordnet sind, daß beim Öffnen des einen Ventils durch den Überdruck die Flüssigkeit von der Druck- nach der Saugseite des Kolbens überströmt.
DEP4493A 1948-10-02 1948-10-02 UEberdruckventil fuer Kolbenpumpen und Wasserkraftkolbenmaschinen mit Schiebersteuerung Expired DE809630C (de)

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