EP0197467B1

EP0197467B1 - Leckfreies Brems-Sperrventil

Info

Publication number: EP0197467B1
Application number: EP19860104323
Authority: EP
Inventors: Hubert Häussler
Original assignee: Beringer-Hydraulik AG
Current assignee: Beringer-Hydraulik AG
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1992-01-29
Anticipated expiration: 2006-03-27
Also published as: DK146986A; JPS61274103A; EP0197467A2; EP0197467A3; DK166040B; US4727792A; DK146986D0; DK166040C; DE3683666D1; JPH0613881B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch steuerbares, leckfreies Brems-Sperrventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Ventil ist bekannt. Es wird insbesondere zur Leitungsbruchsicherung verwandt und vorzugsweise direkt an einen Arbeitszylinder angeflanscht. Derartige Sicherheitsventile sind nach DIN 24093 beim Hebezeugbetrieb von Hydraulikbaggern vorgeschrieben, damit beispielsweise bei einem Leitungsbruch kein unkontrolliertes Absinken des Auslegers oder dgl. eintritt. Damit die Leitungsbruchsicherung selbsttätig wirkt, besitzt das Brems-Sperrventil ein Rückschlagventil, das die Durchflußverbindung zwischen dem Arbeitszylinder und einem Schaltventil, durch welches der Arbeitszylinder mit einer Hydraulikpumpe und einem Vorratstank für das Hydraulikmedium verbindbar ist, im Hub- und Senkbetrieb sofort schließt.
Die hydraulische Steuerung eines solchen Brems-Sperrventils und dessen Funktion ist beispielsweise in der CH-A-543 028 (Beb 72/3) beschrieben.
Ein bekanntes weiteres Brems-Sperrventil besitzt einen in einem Ventilgehäuse axial verschiebbar gelagerten hohlen Steuerschieber, in dem das Rückschlagventil angeordnet ist, sowie ein parallel geschaltetes zweites Schließglied, welches durch den Stößel eines Vorsteuerkolbens betätigbar ist. Bei der bekannten Anordnung werden der Steuerkolben und der zweite, im Strömungsweg hintereinander geschaltete Steuerkolben durch den gleichen Steuerdruck einer Vorsteuereinrichtung beaufschlagt.
Das aus der DE-A-32 39 930, bekannte Brems-Sperrventil, das zur leckfreien Abdichtung der Durchflußbohrungen im Ventilgehäuse ein zweites vorgesteuertes Schließglied aufweist, benötigt zum leckfreien Abdichten des Hydraulikmediums vom Verbraucheranschluß her infolge der zusätzlichen Funktionselemente und Steuerleitungen einen hohen baulichen Aufwand, der sich auch in einem erhöhten Platzbedarf für die Unterbringung der Bauteile niederschlägt.
Wesentliche Funktionen eines hydraulisch steuerbaren Brems-Sperrventils sind somit:

a) durch ein im Strömungsweg angeordnetes Rückschlagventil im Hub- oder Aufwärtsbetrieb das Abfallen der Last bei einem Rohrbruch zu verhindern;
b) durch ein hydraulisch steuerbares Drosselventil im Senk- oder Abwärtsbetrieb auch bei einem Rohrbruch eine kontrollierte Abwärtsfahrt zu ermöglichen;
c) durch ein leckfreies Sperrventil ein langsames, unkontrolliertes Absenken der Last im Stillstand zu verhindern.

Durch die EP-A-7 712 wurde ein Brems-Sperrventil mit nur einem Steuerkolben bekannt, bei dem Drosselung und Absperrung in einem Sitzventil zusammengefaßt sind. Der der Ventilfeder entgegengerichtete Lastdruck macht eine starke Ventilfeder erforderlich, um das Sitzventil gegen den maximalen Lastdruck sicher schließen zu können. Bei Federbruch muß die Last ungebremst absacken. Die vorgesehene Einbeziehung der Federkammer in die Ventilfunktion macht das Verhalten des Brems-Sperrventils von dem jeweiligen Betriebszustand abhängig.
Ein in der FR-A-2 214 848 beschriebenes Brems-Sperrventil zeigt einen Aufbau, bei dem alle Ventilfunktionen in ein an der einen Seite durch den eingesetzten Ventilkegel und auf der anderen Seite durch einen Stopfen verschlossenes, auf der ganzen Länge mit radialen Öffnungen versehenes Drosselrohr verlegt sind, das den Ventildurchfluß in beiden Fließrichtungen steuert. Dadurch wird zwar ein bei Hubbetrieb wirksames Rückschlagventil überflüssig, dafür wird Jedoch für die Lastabsenkung ein besonderer Betätigungskolben erforderlich. Da er bei Lastabsenken das Ventil gegen den Lastdruck und die Kraft der Ventilfeder aufsteuert, weist er eine erhebliche Größe auf.
Bei dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisch steuerbares Brems-Sperrventil in kompakter Bauweise zu schaffen, bei dem unter Vermeidung der dem Stand der Technik eigenen Mängel die zuvor aufgeführten Funktionen in nur einem Steuerkolben integriert sind, bei dem die absolut leckfreie Abdichtung der Durchlaßverbindungen gewährleistet ist und welches durch eine geringe Anzahl von Funktionselementen baulich derart einfach gestaltet ist, daß es sich zum unmittelbaren Einbau in oder Anbau an den Verbraucher eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebene Merkmalskombination gelöst. Dabei zeichnet sich das leckfreie Brems-Sperrventil nach der Erfindung insbesondere dadurch aus, daß die Sitzfunktion und die Steuerfunktion in den Steuerkolben integriert ist, wobei gewährleistet bleibt, daß die die Abdichtung bewirkende Steuerfeder ausreicht, um den Steuerkolben gegen die an dem Ventilkegel wirkenden, hydraulischen Kräfte zu schließen, andererseits aber schwach genug ausgelegt werden kann, um durch die auf der Steuerstirnfläche des Steuerkolbens wirksamen Druckkräfte überwunden zu werden. Gegen eine Bauweise des gesteuerten Rückschlagventils, bei dem der Steuerkolben die Funktion des leckfreien Sitzventils zusätzlich zu seiner Drosselfunktion ausübt, bestand in der Fachwelt ein Vorurteil, weshalb im allgemeinen mehrere Ventile mit den verschiedenen Funktionen in Serie hintereinander geschaltet wurden (z.B. DE-A-3239 930).
Die Ringfläche des Schließgliedes, beispielsweise Ventilkegels am Steuerkolben ist groß genug ausgelegt, daß einerseits große Flächenpressungen und ein Verklemmen oder Verkanten des Steuerkolbens in der Längsbohrung des Ventilgehäuses vermieden werden. Andererseits ist die Ringfläche so klein, daß auch bei maximal zulässigem Lastdruck die Federkraft größer als die hydraulische Kraft an der Ringfläche ist, so daß stets eine für das leckagefreie Schließen ausreichende Schließkraft übrig bleibt. Die Federkraft wiederum ist nach oben begrenzt durch die maximal aufbringbare Steuerkraft, die der Steuerdruck auf die wirksame Steuerkolbenfläche ausübt. Die Durchmesserdifferenz an der Ringfläche des Ventilkegels beträgt daher vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm. Die auf den Steuerkolben wirkende, im Federraum eingespannte Feder ist so ausgelegt, daß selbst bei maximal zulässigem Druck an der Ringfläche des Steuerkolbens die hydraulische Axialkraft kleiner ist als die am Steuerkolben wirkende, entgegengerichtete Federkraft. Hierdurch bleibt selbst bei dem zulässigen Höchstdruck der Steuerkolben in der Schließstellung angedrückt und die Durchflußverbindung bleibt abgesperrt. Dagegen läßt sich der Lastdruck am Verbraucher durch Beaufschlagung des Steuerkolbens mit dem Steuerdruck auf einen gewünschten niedrigeren Wert kontrolliert absteuern.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 3 kann in besonders vorteilhafter Weise erreicht werden, daß der Ventilsitz, für den im allgemeinen bevorzugt ein härtbarer Werkstoff verwendet wird, in einer Buchse aus einem geeigneten, oberflächenhärtbaren Werkstoff ausgebildet werden kann, welche in die entsprechende Bohrung des Ventilgehäuses auswechselbar eingesetzt, insbesondere eingeschraubt wird. Die Buchse ist dabei nicht geteilt und schließt sämtliche Funktionselemente des Ventils einschließlich des an den Steuerkolben angeschlossenen Federraumes in Patronenbauweise ein und wird als gesamte Baueinheit dichtend in das Ventilgehäuse eingebracht. Hierdurch wird vermieden, daß das gesamte Ventilgehäuse aus einem entsprechenden härtbaren Werkstoff hergestellt werden oder andere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um einen gehärteten Ventilsitz im Ventilgehäuse vorzusehen.
Es sei erwähnt, daß es alternativ auch möglich ist, die Ringfläche des Schließgliedes am Steuerkolben zu härten und die Buchse und den Ventilsitz aus weicherem Werkstoff herzustellen.
Das Brems-Sperrventil wird durch die in den weiteren abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale in vorteilhafter Weise fortgebildet. Dabei wird insbesondere auf Anspruch 8 und 9 hingewiesen, durch deren Merkmale eine zusätzliche Sicherungsfunktion bei einem Federbruch erreicht wird.
Durch die besondere Art der Schraubenfeder gemäß Anspruch 9 wird vermieden, daß beim Bruch einer der Federn die der Bruchstelle benachbarten Federwindungen ineinander geschoben werden. Da davon auszugehen ist, daß ein gleichzeitiger Bruch von zwei oder mehreren Federn nicht zu befürchten ist, kann durch die vorgeschlagene Maßnahme erreicht werden, daß beim Bruch einer einzelnen Feder noch eine vorbestimmbare Kraft erhalten bleibt, die den Steuerkolben hindert, die Durchflußverbindung am Steuerkolben plötzlich freizugeben. Diese vorbestimmbare Kraft sollte vorzugsweise größer sein als die bei maximalem Lastdruck an der Ringfläche wirksame hydraulische Kraft.
Hinsichtlich der Entlastung des Federraumes bestehen verschiedene Möglichkeiten:
Der Federraum kann durch einen in die Buchse oder das Ventilgehäuse eingeschraubten und gesicherten Stopfen hermetisch abgeschlossen sein und ggf. unter einem geringeren Druck als der Atmosphärendruck stehen. Für diesen Fall muß sichergestellt werden, daß der Steuerkolben in seiner Längsbohrung absolut leckfrei gegenüber dem Federraum geführt ist. Dies wird durch mindestens eine Radialdichtung, vorzugsweise Zwillingsdichtung nach Anspruch 10 erreicht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Federraum unter Atmosphärendruck steht und eine entsprechende Entlüftungsbohrung aufweist. Für diesen Fall wird vorgeschlagen, die im Federraum angeordneten Funktionselemente aus einem korrosionsfesten Werkstoff herzustellen, da bei entsprechenden Einsatzbedingungen des Brems-Sperrventils ein Feuchtigkeitsniederschlag im Federraum nicht auszuschließen ist. Zweckmäßigerweise wird dabei im Beieich der Entlüftungsbohrung ein Luftfilter vorgesehen, um das Eindringen von Verunreinigungen in den Federraum zu verhindern. Schließlich ist es auch möglich, den hermetisch verschlossenen Federraum mit dem Wegeventilanschluß zu verbinden, und zwar durch einen Kanal, der im Ventilgehäuse und in der Buchse verläuft, so daß je nach Schaltung des Ventils der Federraum mit der Druckquelle oder dem Tank verbunden ist. Endlich kann der Federraum auch über eine separate Leitung an dem Vorratsbehälter für das Druckmittel angeschlossen sein. Hierdurch wird vermieden, daß durch Leckage in den Federraum gelangendes Druckmittel zum Aufbau eines Staudruckes führt, der das Verhalten des Brems-Sperrventils von dem jeweiligen Betriebszustand, insbesondere Durchfluß abhängig macht. Das Lecköl wird dabei sofort in den drucklosen Tank abgeleitet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: den Längsschnitt eines Brems-Sperrventils gemäß der Erfindung;
Fig. 2: das hydraulische Schaltbild des Ventils nach Fig. 1;
Fig. 3: ein schematisch dargestelltes Brems-Sperrventil mit angeschlossenem Verbraucher, die in eine Steuerschaltung eingeschlossen sind.

Das in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellte Brems-Sperrventil 1 nach dieser Erfindung besteht aus einem Ventilgehäuse 2 mit einer im Durchmesser mehrfach abgestuften Sacklochbohrung 3, in welche in axialem Abstand Querbohrungen 4 und 5, vorzugsweise im rechten Winkel, einmünden, an die der hydraulische Verbraucher 46 (Fig. 3) einerseits und ein Wegeventil 43 (Fig. 3) andererseits angeschlossen werden. Das Ventilgehäuse 2 ist so aufgebaut, daß es mit seinem Verbraucheranschluß 4 unmittelbar an einen hydraulischen Arbeitszylinder oder dgl. anschließbar ist, während die Querbohrung 5 durch Rohr- oder Schlauchleitung zu einem Wegeventil führt, durch welches das Brems-Sperrventil 1 entweder mit einer hydraulischen Druckquelle, beispielsweise einer Pumpe 41 (Fig. 3) oder dgl., oder mit einem Vorratsbehälter 40 (Fig. 3) verbindbar ist. Am Grund der Sacklochbohrung 3 mündet dazu noch eine weitere, im Durchmesser abgesetzte Querbohrung (Steueranschluß) 6, in welche ein Filterelement 7 eingeschoben ist. Die Querbohrung 6 ist für den Anschluß einer Steuerleitung 50 (Fig. 3) zur Aufgabe eines Steuerdruckes auf die Stirnseite des Steuerkolbens 8 des Brems-Sperrventils 1 vorgesehen.
In die Sacklochbohrung 3 des Ventilgehäuses ist ein Anschlußstopfen 9 mit einem nicht näher bezeichneten Dichtring in einer Umfangsnut und auf seiner dem Steueranschluß 6 zugewandten Stirnseite eingesetzt. Dieser Anschlußstopfen 9 hat zwei axiale Druckmitteldurchgänge, von denen jeweils einer für eine bestimmte Strömungsrichtung vorgesehen sind und durch ein zugeordnetes Rückschlagventil 10a/b für entgegengesetzte Strömungsrichtungen gesperrt ist. Vor den Rückschlagventilen 10a/b befindet sich jeweils eine Drossel 11a/b zur Dämpfung von Schwingungen.
Axial am Anschlußstopfen 9 abgestützt ist in die Sacklochbohrung 3 eine im Durchmesser entsprechend abgestufte, nicht geteilte Buchse 12 mit Gewinde 13 eingeschraubt, in der alle wesentlichen Funktionselemente des Brems-Sperrventils 1 patronenförmig aufgenommen sind. Die Buchse 12 ist an ihrem aus dem Ventilgehäuse 2 herausragenden Ende durch eine mit einer Mutter 14 gekonterten Verschlußschraube 15 axial verschlossen.
Auf der äußeren Mantelfläche der Buchse 12 ist im Bereich des Verbraucheranschlusses 4 ein Ringkanal 16 vorgesehen, der zur Schaffung einer Durchflußverbindung durch eine Querbohrung 17 mit einem Ringkanal 18 auf der inneren Mantelfläche der Buchse 12 verbunden ist. Im Bereich des Wegeventilanschlusses 5 ist eine entsprechende Durchflußverbindung hergestellt, jedoch ergibt sich hier ein dem Ringkanal 16 entsprechender Ringkanal 19 durch die Durchmesserverringerung der Buchse 12 und die axial versetzte, radiale Stufe 20 der Sacklochbohrung 3 des Ventilgehäuses 2. Die Ringkanäle 16 und 19 sind gegeneinander sowie gegen das Gewinde 13 und den Anschlußstopfen 9 durch nicht näher bezeichnete und durch in mit axialem Abstand angeordnete Ringnuten eingesetzte Radialdichtungen hydraulisch getrennt.
Die Buchse 12 hat auf ihrer inneren Mantelfläche in axialer Richtung ebenfalls mehrere Stufen ihrer Längsbohrung 21a bis 21b, wobei im Bereich 21a mit dem größten Innen- und Außendurchmesser der Buchse 12 der Federraum 22 ausgebildet ist. In dem Federraum 22 sind zwei koaxial ineinander angeordnete Steuerfedern 23a und 23b zwischen einem Federteller 24 und der Verschlußschraube 15 eingespannt. Die Steuerfedern 23 sind vorzugsweise Schraubenfedern, die aus Federdraht mit im Querschnitt rechteckigem oder quadratischem Querschnitt gewickelt sind, damit bei einem eventuellen Federbruch verhindert wird, daß die Windungen an der Bruchstelle ineinandergeschoben werden. Die Federn 23 sind durch axiale Einstellung an der Verschlußschraube 15 so vorgespannt, daß die Federkraft bei maximal zugelassenem Druck am Verbraucheranschluß 4 die hydraulische Axialkraft überwiegt, die an der Ringfläche 8.1 des Ventilsitzes für den Steuerkolben 8 auftritt. In den Längsbohrungen 21c und 21d ist der Steuerkolben 8 axial verschieblich gelagert. Dieser ist als Stufenkolben ausgebildet und ist an seiner Stufe erfindungsgemäß mit der vorzugsweise konischen Ringfläche 8.1 ausgestattet, die mit einem entsprechenden Ventilsitz an der Buchse 12 zusammenwirkt.
Der Steuerkolben 8 ist auf seiner Außenmantelfläche mit gegenüber der Längsbohrung 21 enger Fertigungstoleranz hergestellt. Die Oberfläche ist geschliffen und mindestens im Bereich der Ringfläche 8.1 wegen seiner Funktion und konstruktiven Ausbildung als Schließglied gehärtet, insbesondere oberflächengehärtet.
In seinem Inneren ist der Steuerkolben 8 mit einer Sacklochbohrung 25 ausgestattet, die durch mehrere in axialem Abstand angeordnete Querbohrungen 26 und 27 sowie 28 bis 30 mit der äußeren Mantelfläche des Steuerkolbens verbunden ist. Dabei liegt die Querbohrung 26 im Bereich der Ringkanäle 16 und 18 der Buchse 12 und im Bereich des Verbraucheranschlusses 4 des Ventilgehäuses. Entsprechend liegt die Querbohrung 27 im Bereich des Ringkanals 19 und des Wegeventilanschlusses 5. Die übrigen Querbohrungen 28 bis 30 liegen in axialer Richtung zwischen den Querbohrungen 26 und 27 und haben unterschiedliche Durchflußquerschnitte, und zwar mit wachsendem Abstand von der Ventil-Ringfläche 8.1 des Steuerkolbens 8 größere Querschnitte.
Die Sacklochbohrung 25 im Inneren des Steuerkolbens 8 ist im Durchmesser abgesetzt und bildet an ihrer Stufe eine Sitzfläche 31 für das Schließglied 32 eines Rückschlagventils, das durch eine Schließfeder 33 gegen seine Sitzfläche 31 angepreßt wird. Die Schließfeder 33 ist durch eine Stützschraube 34 vorgespannt, die in die axial offene Stirnseite des Steuerkolbens 8 eingeschraubt ist. Gegen eine kalottenförmige Ausnehmung in der Stirnfläche der Stützschraube 34 liegt der Federteller 24 mit dem darin stirnseitig angebrachten Kugelkörper 35 an und wird durch die Federkraft der Steuerfedern 23a/b angepreßt. Das Schließglied 32 hat eine Querbohrung 36, so daß sein Innenraum vom Druck am Verbraucheranschluß 4 des Ventilgehäuses 2 beaufschlagt ist.
Zur Vermeidung von Leckagen zwischen dem Umfang des Steuerkolbens 8 und dem Federraum 22 ist zwischen dem Ringraum 18 am Innenumfang der Buchse 12 und dem Bereich 21b der Längsbohrung 21 eine als Zwillingsdichtung ausgebildete Radialdichtung 37 eingesetzt. Diese verhindert den Durchtritt von Druckmittel in den Federraum und in diesem einen Druckaufbau, der das Verhalten des Ventils von dem jeweiligen Betriebszustand, insbesondere durchflußabhängig macht.
In Fig. 2 ist ein hydraulisches Schaltbild des Brems-Sperrventils gemäß Fig. 1 dargestellt.
Fig. 3 zeigt das Brems-Sperrventil 1 in stark schematisierter Darstellung mit dem hydraulischen Verbraucher 46, insbesondere einer Zylinder-Kolben-Einheit an einem Bagger, einem hydraulischen Aufzug oder dgl. und eine geeignete Steuerschaltung zur Betätigung des Verbrauchers 46. Dabei wurden bei dem Brems-Sperrventil 1 für gleichartige Bauteile der Fig. 1 entsprechende Bezugsziffern verwendet. Neben den bereits beschriebenen Funktionselementen ist hier der Federraum 22 durch Entlüftungsbohrung 38 im Verschlußstopfen 15 des Ventilgehäuses 2 be- und entlüftet. In der angeschlossenen Leitung zum Tank 40 ist ein Filter 39 angeordnet.
An dem oberen Anschluß des Verbrauchers 46 ist die Senkleitung 45, am unteren Anschluß die Hubleitung 47, 48 unter Zwischenschaltung des Brems-Sperrventils 1 befestigt. Bei direktem Anschluß des Verbraucheranschlusses 4 am Verbraucher 46 entfällt selbstverständlich der Leitungsabschnitt 47 der Hubleitung. Senkleitung 45 und Hubleitung 48 sind über ein Vierwegeventil 43 mit der Hydraulikpumpe 41 und durch Rücklaufleitung 49 mit dem Tank 40 verbunden, wobei das Gesamtsystem durch ein einstellbares Überdruckventil 42 gegen Überlastung gesichert ist. Von der Senkleitung 45 ist in einem Knotenpunkt noch die Steuerleitung 50 abgezweigt, die zum Steueranschluß 6 des Brems-Sperrventils führt. In der Neutralstellung des Vierwegeventils 43 sind die Pumpenleitung und die Tankleitung 49 intern durch Leitung 44 verbunden, so daß ein druckloser Umlauf erfolgt.
Hinsichtlich der Funktion des Brems-Sperrventils 1 ist zu erwähnen, daß beim Anliegen eines ausreichend hohen Druckes am Wegeventilanschluß 5 (Wegeventil 43 nach rechts verstellt) die hydraulische Kraft das Rückschlagventil 31 bis 33 von der Sitzfläche 31 abhebt und den Weg zur Querbohrung 26 des Steuerkolbens 8 bzw. zum am Verbraucheranschluß 4 unmittelbar oder durch einen Doppelschraubnippel angeschlossenen Arbeitszylinder 46 freigibt. In der entgegengesetzten Strömungsrichtung wirkt das Rückschlagventil im Absperrsinn und verschließt den Durchfluß durch die Axialbohrung bzw. den Innenraum 25 des Steuerkolbens 8. Zum gesteuerten Vermindern des Druckes im Arbeitszylinder 46 (Senkbetrieb, Wegeventil 43 nach links verstellt) wird das Brems-Sperrventil 1 über Steuerleitung 50 und Steueranschluß 6 mit einem Steuerdruck (Pumpendruck) beaufschlagt, der auf die Stirnseite des Steuerkolbens 8 wirkt und diesen entgegen der Kraft der Steuerfeder(n) 23 axial so weit verschiebt, daß dessen Ventilkegel 8.1 von seinem Ventilsitz (stark vergrößert dargestellt) abgehoben wird. Je nach Größe des aufgegebenen Steuerdruckes wird der Steuerkolben 8 axial verschoben, und über die Querbohrungen 28 bis 30 und die Axialbohrung 25 wird die Verbindung zum Wegeventilanschluß 5 und über diesen zum Vorratsbehälter für das Druckmittel hergestellt, so daß die Last am Verbraucher 46 mit der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit abgesenkt wird.
In der Neutralstellung des Wegeventils 43 (dargestellte Mittelstellung), in der ein druckloser Umlauf des Hydraulikmittels erfolgt, steht am Steueranschluß 6 ein sehr geringer Druck an, der geringfügig über dem Druck des Tanks 40 liegt. Daher drückt die Feder 23 den Steuerkolben 8 mit dem Ventilkegel 8.1 fest auf seinen Sitz im Gehäuse bzw. in der Buchse 12, während das Rückschlagventil 31-33 den Rücklauf vom Verbraucher 46 sperrt. Da das Brems-Sperrventil leckfrei dichtet, ist gewährleistet, daß die Last an ihrem augenblicklichen Platz verharrt und nicht absinkt. Bei einem Bruch der Leitung 48 im Hubbetrieb - Verbraucher 46 unmittelbar am Verbraucheranschluß 4 befestigt - strömt das von der Pumpe gelieferte Hydraulikmedium aus, ohne die Last anzuheben. Das geschlossene Rückschlagventil 31-33 verhindert außerdem das Absinken der Last am Verbraucher 46.
Im Senkbetrieb bewirkt ein Rohrbruch der Leitung 45 einen Abfall des Steuerdrucks in Leitung 50 und somit ein Schließen des Brems-Sperrventils 1 am Ventilkegel 8.1 und seinem Sitz durch Feder 23. Ein Rohrbruch in Leitung 48 bedingt ein Ausströmen von Hydraulikmedium im Rücklauf zum drucklosen Tank 40, ohne daß die Absinkgeschwindigkeit sich erhöht. Durch Umstellung des Wegeventils 43 in die Neutral-Stellung und Abstellen der Pumpe 41 kann die gebrochene Leitung dann einfach ausgewechselt werden, ohne daß weiteres Hydraulikmedium wegströmt.
Der Steuerkolben ist mithin als Stufenkolben ausgebildet. Er hat einen axialen Bereich mit großem Querschnitt und großem Durchmesser und einen axialen Bereich mit kleinerem Querschnitt und kleinerem Durchmesser. Beide Bereiche des Steuerkolbens sind in entsprechend ausgebildeten Bereichen des Zylinders dichtend geführt. Infolge der Differenz der Durchmesser entsteht an Kolben und Zylinder eine Stufe zwischen dem Bereich mit großem Durchmesser und entsprechend großem Querschnitt und dem Bereich mit kleinerem Durchmesser und entsprechend kleinerem Querschnitt. Diese Stufe bildet am Kolben und am Zylinder jeweils in Achsrichtung weisende Ringflächen 8.1. Diese Ringflächen sind erfindungsgemäß als Sitzventil ausgebildet. Die Ringfläche des Zylinders liegt auf der Unterkante des Ringkanals 18, die dem Wegeventilanschluß 5 des Zylinders zugewandt ist. Die entsprechend ausgebildete Ringfläche am Steuerkolben 8 liegt in der Schließstellung als Sitzventil auf der Ringfläche des Zylinders. Erfindungsgemäß ist dabei jedoch die Differenz des großen Durchmessers des Steuerkolbens zu dem kleinen Durchmesser des Steuerkolbens sehr gering. Die Differenz beträgt in der Praxis weniger als 1/10 des kleinen Durchmessers. Dadurch ist die hydraulisch wirksame Ringfläche 8.1, die an dem Steuerkolben 8 im Bereich des Ringkanals 18 entsteht, kleiner als 1/20 der Steuerfläche 51 des Steuerkolbens 8, die über Steuerleitung 50 druckbeaufschlagt wird. Als hydraulisch wirksame Ringfläche wird hier die Differenz zwischen dem Kolbenquerschnitt mit großem Durchmesser (große Kolbenstufe) und dem Kolbenquerschnitt mit kleinem Durchmesser (kleine Kolbenstufe) bezeichnet. Der Kolbenquerschnitt mit kleinem Durchmesser ist gleich der Steuerfläche 51 des Kolbens. Dadurch wird folgendes erreicht: Beim Absenken des Verbrauchers 46 wird die Senkleitung 45 durch Verbindung mit Pumpe 41 druckbeaufschlagt. Der Ventilsitz 8.1 am Steuerkolben 8 bleibt so lange geschlossen, bis die Druckkräfte an der Steuerfläche 51 des Steuerkolbens 8, auf die der Druck der Senkleitung 45 über Steuerleitung 50 wirkt, die Federkraft 23 überwiegt. Wenn die Druckkräfte die Federkraft überwiegen, wird der Steuerkolben 8 angehoben und durch die Querbohrungen 28, 29 des Steuerkolbens und das Kolbeninnere eine Verbindung zwischen der Hubleitung 47 mit Verbraucheranschluß 4 und der Hubleitung 48 mit Wegeventilanschluß 5 hergestellt. Der Steuerkolben 8 steuert also den Durchlaß der Hubleitung 47, 48 beim Senkbetrieb in Abhängigkeit von dem Druck in der Senkleitung 45. Wenn nunmehr der Senkbetrieb beendet wird, so muß gewährleistet sein, daß der Verbraucher 46 infolge von Leckagen nicht unbeabsichtigt und unkontrolliert weiter absinkt. Das wird dadurch erreicht, daß die Feder 23 den Steuerkolben 8 gegen den Ventilsitz 8.1 drückt. Dabei hat man sich jedoch vor Augen zu führen, daß in der Hubleitung 47 nach wie vor der Verbraucherdruck, der der Last des Verbrauchers 46 proportional ist, ansteht. Dieser Verbraucherdruck übt bei geöffnetem Steuerkolben 8 eine Kraft auf die Ringfläche 8.1 des Steuerkolbens 8 aus, die gegen die Federkraft 23 gerichtet ist. Da die Ringfläche 8.1 am Steuerkolben jedoch sehr klein ist und in einem sehr kleinen Verhältnis zur Steuerfläche 51 an dem Steuerkolben 8 steht, ist gewährleistet, daß eine verhältnismäßig geringe Federkraft 23 ausreicht, die hydraulischen Kräfte an der Ringfläche 8.1 zu überwinden und ein sicheres Schließen des Ventilsitzes 8.1 zu gewährleisten.
Durch diese verhältnismäßig schwache Auslegung der Feder 23 ist andererseits dafür gesorgt, daß auch die an der Steuerfläche 51 gegen die Federkraft 23 wirkenden Druckkräfte bei Senkbetrieb entsprechend niedrig sein können.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1: Brems-Sperrventil
2: Ventilgehäuse
3: Sacklochbohrung
4: Querbohrung, Verbraucheranschluß
5: Querbohrung, Wegeventilanschluß
6: Querbohrung, Steueranschluß
7: Filterelement
8: Steuerkolben
8.1: Ringfläche, Ventilkegel
9: Anschlußstopfen
10a: Rückschlagventil
10b: Rückschlagventil
11a: Drossel
11b: Drossel
12: Buchse
13: Gewinde
14: Mutter
15: Verschlußschraube
16: Ringkanal
17: Querbohrung
18: Ringkanal
19: Ringkanal
20: Stufe
21a bis 21d: radiale Stufe der Längsbohrung
22: Federraum
23a/b: Steuerfeder
24: Federteller
25: Sacklochbohrung
26 bis 30: Querbohrungen
31: Sitzfläche
32: Schließglied
33: Schließfeder
34: Stützschraube
35: Kugelkörper
36: Querbohrung im Schließglied
37: Zwillingsdichtung
38: Entlüftungsbohrung
39: Filter
40: Tank
41: Pumpe
42: Überdruckventil
43: Vierwegeventil
44: Verbindung
45: Leitung, Senkleitung
46: Zylinder/Kolben Aggregat, Verbraucher
47: Leitung, Hubleitung
48: Leitung, Hubleitung
49: Rücklauf-, Tankleitung
50: Steuerleitung
51: Steuerfläche

Claims

Hydraulisch steuerbares, leckfreies Brems-Sperrventil (1) mit einem hohlen Steuerkolben (8), einem Rückschlagventil (31-33) sowie einem Verbraucheranschluß (4), einem Wegeventilanschluß (5) und einem Steueranschluß (6); wobei die eine Stirnfläche (51) des Steuerkolbens (8)vom Steuerdruck, z.B. dem Druck in einer Senkleitung (45) eines Verbrauchers (46), beaufschlagbar ist;
der Steuerkolben (8) auf der gegenüberliegenden Kolbenseite durch eine Steuerfeder (23) belastet und in Schließstellung gedrückt ist;
der Steuerkolben (8) Radialbohrungen (26, 27) aufweist, über die in der Schließstellung des Steuerkolbens (8) der Wegeventilanschluß (5) über das Kolbeninnere (25) mit dem Verbraucheranschluß (4) verbunden ist;
das Rückschlagventil (31-33) im Innenraum (25) des Kolbens (8) angeordnet ist und den Durchfluß von dem Wegeventilanschluß (5) zu dem Verbraucheranschluß (4) freigibt und die umgekehrte Durchflußrichtung sperrt; und zwischen dem Rückschlagventil (31-33) und dem Wegeventilanschluß (5) bzw. der damit in Verbindung stehenden Radialbohrung (27) im Steuerkolben (8) Querbohrungen (28, 29, 30) als Steuerbohrungen zur gedrosselten Verbindung des Verbraucheranschlusses (4) mit dem Wegeventilanschluß (5) in der Öffnungsstellung des Steuerkolbens (8) vorgesehen sind; und mit einem Sitzventil (8.1) zum leckfreien Absperren des Durchflusses vom Verbraucheranschluß (4) zum Wegeventilanschluß (5) bei absinkendem Steuerdruck,
mit den kennzeichnenden Merkmalen:
das Sitzventil (8.1) ist dadurch gebildet, daß der Steuerkolben (8) als Stufenkolben mit einem großen und einem kleineren Durchmesser ausgebildet und in einem entsprechend ausgebildeten, zweistufigen Zylinder (Buchse 12) im Bereich beider Durchmesserstufen mit enger Fertigungstoleranz geführt ist,
und daß die Ringflächen, die an Zylinder (12) und Steuerkolben (8) im Übergang zwischen dem Bereich mit kleinerem Durchmesser und dem Bereich mit größerem Durchmesser entstehen, als Ventilsitzflächen ausgebildet und
in axialer Richtung zwischen dem Verbraucheranschluß (4) und den Querbohrungen (28, 29) des Steuerkolbens (8) angeordnet sind;
die hydraulisch wirksame Ringfläche (8.1) an dem Steuerkolben (8), die die Differenz zwischen dem großen und dem kleinen Kolbenquerschnitt ist, ist kleiner als 1/20 der vom Steuerdruck beaufschlagbaren kleineren Stirnfläche (51) des Steuerkolbens (8).
Brems-Sperrventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis der Sitzfläche des Sitzventils (8.1) zur druckbeaufschlagten Stirnfläche des Steuerkolbens (8) größer ist als 1/40 und insbesondere etwa gleich 1/30 ist.
Brems-Sperrventil nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilsitz an einer einteiligen Buchse (12) ausgebildet ist, in der der Steuerkolben (8) und ein sich daran axial anschließender Federraum (22) eingeschlossen ist.
Brems-Sperrventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (12) mit den darin eingeschlossenen Funktionselementen in eine im Durchmesser abgestufte Sacklochbohrung (3) eines Ventilgehäuses (2) auswechselbar eingesetzt, insbesondere eingeschraubt ist (Gewinde 13).
Brems-Sperrventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Grund der Sacklochbohrung (3) des Ventilgehäuses (2) ein Anschlußstopfen (9) mit Drosselstelle (11a/b) und Rückschlagventil (10a/b) für den hydraulischen Anschluß des Steuerkanals (6) dichtend eingebracht ist.
Brems-Sperrventil nach den Ansprüchen 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (12) an dem Anschlußstopfen (9) axial abgestützt ist.
Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (12) im Bereich des Verbraucher- (4) und Wegeventilanschlusses (5) des Ventilgehäuses (2) und in deren axialem Abstand am Innen- und Außenumfang zugeordnete, durch radiale Durchflußbohrungen (17, ...) verbundene Ringkanäle (16, 18, 19 ...) aufweist, die mit den radialen Durchflußbohrungen (26, 27) des Steuerkolbens (8) in dessen Schließstellung kommunizieren,
und daß die Druckmitteldurchgänge durch Radialdichtringe gegeneinander sowie gegen den Anschlußstopfen (9) und das Gewinde (13) der Sacklochbohrung (3) oder dgl. im Ventilgehäuse (2) abgedichtet sind.
Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Federraum (22) mindestens zwei koaxial ineinander liegende Steuerfedern (23a/b) zwischen einem Federteller (24) und einer axial einstellbaren Verschlußschraube (15) eingespannt sind.
Brems-Sperrventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerfedern (23a/b) aus Federdraht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt schraubenlinienförmig gewickelt sind,
und daß der Abstand der Federwindungen im vorgespannten Zustand der Steuerfedern (23a/b) kleiner ist als die im Querschnitt und in Längsrichtung gesehene Längsseite des Federdrahtquerschnitts.
Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkolben (8) an seinem Umfang durch mindestens eine Radialdichtung (37) gegen den Federraum (22) abgedichtet ist.
Brems-Sperrventil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (22) hermetisch verschlossen ist.
Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (22) eine Entlüftungsbohrung (38) aufweist.
Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Ventilgehäuse (2) ein Kanal verläuft, durch den der Federraum (22) mit dem Wegeventilanschluß (5) verbunden ist.
Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (22) unmittelbar mit dem Vorratsbehälter (40) für das Druckmittel verbunden ist.