EP0505866B1

EP0505866B1 - Ventil mit vorgebbarer konstanter Schliesskraft

Info

Publication number: EP0505866B1
Application number: EP92104464A
Authority: EP
Inventors: Rüdiger Dipl.-Ing. Jung
Original assignee: Flutec Fluidtechnische Geraete GmbH
Current assignee: Flutec Fluidtechnische Geraete GmbH
Priority date: 1991-03-23
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2012-03-16
Also published as: ATE124758T1; EP0505866A1; DE59202773D1; DE4109680A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Der Fachwelt sind hydraulisch entlastbare Druckbegrenzungsventile mit Druckbegrenzungsfunktion bekannt. Diese bekannten Ventile sind beispielsweise von der Firma KOPPEN + LETHEM erhältlich und öffnen selbsttätig, sobald die Schließkraft des Ventiles bei, zunehmendem Lastdruck an dem zweiten Anschluß ihren vorgebbaren 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. Diese Eigenschaft kann zum ungewollten Öffnen der dahingehenden Ventile führen, so daß deren Einsatz aus sicherheitstechnischen Gründen in bestimmten Bereichen bedenklich ist, beispielsweise für Hebebühnen, sowie für Hubeinrichtungen, die heb-, kipp-, schwenkbar od.dgl. sein können.
Bei einer weiteren gattungsfremden Art von Ventilen, die in der Fachwelt unter der Bezeichnung "hydraulisch entsperrbare Rückschlagventile" bekannt sind, wie sie beispielsweise von der Firma Mannesmann Rexroth erhältlich sind und die eine sog. 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 Verformungen und damit einhergehend geänderte Dichtgeometrien und Undichtigkeiten auftreten. Diese Art der bekannten Ventile kann insbesondere bei sehr hohen, in der Praxis durchaus auftretenden Lastdrücken an dem zweiten Anschluß des Ventiles derart versagen, daß sie nicht mehr dichtend schließen, so daß deren Einsatz, insbesondere bei Hebebühnen und Hubeinrichtungen, aus sicherheitstechnischer Sicht heraus ebenfalls bedenklich ist.
Durch die DE-OS 33 05 282 ist ein gattungsfremdes "Lasthalteventil" oder "Overcenterventil" für hydraulische Anlagen bekannt mit zwei Kolben, die jeweils unter der Einwirkung eines Kraftspeichers stehen, mit mehreren Anschlüssen, wobei mit Zunahme des Lastdruckes das bekannte Ventil diesen Druck auf einem vorgebbaren Höchstwert konstant hält; mithin eine Druckbegrenzungsfunktion ausübt. Auch bei dieser Art von Ventilen kann es zum ungewollten Öffnen und damit zu einem Versagen derselben im Betrieb kommen.
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 Senkbrems-Ventile, Lasthalteventile oder Sperr-Q-Meter bezeichnet. Liegen dann bei dem 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 aneinanderzuhalten sucht, zu einem vorzeitigen Öffnen.
Bei gattungsgemäßen Senkbrems-Sperrventilen gemäß der DE-U-8 623 832 und der DE-U-8 702 521 ist zwar bereits vorgeschlagen worden, den Verfahrweg des zweiten Kolbens, der auch als Rückschlagkolben bezeichnet wird, mittels eines Anschlages zu begrenzen; da jedoch auch hier der jeweils erste Kolben im Bereich des zweiten Anschlusses eine druckwirksame Fläche in Form eines Absatzes bzw. einer konisch sich verjüngenden Mantelfläche besitzt, ist mit den gattungsgemäßen Bremsventilen ebenfalls nur eine den Stand der Technik bildende Überdruckfunktion bei Ventilen verwirklicht, bei der bei auftretendem Überdruck oder Überbelastung der als Differentialkolben ausgebildete erste Kolben entgegen der Federkraft in seine öffnende Stellung bewegt wird, so daß mit diesen bekannten Senkbrems-Ventilen das Konstanthalten des Höchstwertes der Schließkraft mit zunehmendem, an dem zweiten Anschluß herrschenden Lastdruck nicht möglich ist.
Sofern das gattungsfremde bekannte "hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil" als Senkbrems-Sperrventil aufgebaut ist, erfolgt nach dem Öffnen der dort vorgesehenen Vorsteuerstufe mittels einem der beiden Kolben ein hundertprozentiger Druckausgleich an demselben. Zum eigentlichen 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.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, bei dem mit Sicherheit ein ungewolltes Öffnen ausgeschlossen ist und bei dem keine Undichtigkeiten auftreten.
Diese Aufgabe löst ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruches 1. Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Ventil der erste Kolben aufgrund einer geschlossenen, gleichförmig verlaufenden Mantelfläche über keine druckwirksame Fläche im Bereich des zweiten Anschlusses verfügt, sondern vielmehr ausschließlich an einer anderen Stelle, die von einem anderen Anschluß her druckbeaufschlagbar ist, ist eine 100%ige Lastdruck-Unabhängigkeit bereits während des Öffnungsvorganges selbst gegeben und nicht, wie bei den bekannten gattungsgemäßen Ventilen, erst nach dem Öffnen. Hierdurch ist ein selbsttätiges ungewolltes Öffnen des Ventiles nicht mehr möglich. Ferner wird das Ventil auch nicht mehr in einer Art und Weise belastet, die zu einem Versagen führt. Damit ist das erfindungsgemäße Ventil besonders in Anwendungsbereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen einsetzbar und es genügt in jeder Hinsicht den Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaft für Fahrzeughaltungen "Hebebühnen VBG 14" bzw. "Luftfahrt VBG 78".
Sofern das erfindungsgemäße Ventil mit einem weiteren dritten Anschluß X versehen ist, dessen Druck entgegen der Kraftwirkung des Kraftspeichers des ersten Kolbens auf diesen einwirkt, ist ein Senkbrems-Sperrventil ausgebildet, das schon bei einen relativ geringen Lastdruck an dem zweiten Anschluß den 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.
Ferner ist eine Dämpfungseinrichtung nicht notwendig und am dritten Anschluß muß keine Kraft zur Überwindung des Vorsteuerdruckes aufgebaut werden. Bei dem erfindungsgemäßen 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 Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiles, wobei der Inhalt des mit "Z" bezeichneten Kreises in Blickrichtung auf die Figur gesehen links unten in vergrößerter Darstellung wiedergegeben 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 Druckbegrenzungsfunktion,
III gleich dem eines hydraulisch entlastbaren Druckbegrenzungsventils mit Druckbegrenzungsfunktion ist.

Die in Fig.1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen 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 Regelkolben 2 ist ein Federteller 4 angeordnet, der sich auf dem Regelkolben 2 abstützt. Ein weiterer Federteller 5 ist innerhalb 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 folgenden 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 gegenüberliegenden 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 Verschlußteil 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 Kraftspeicher 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 Kraftspeicher in Form einer zylindrischen Druckfeder 11 ist zwischen dem Kopf des Bolzens 6 und einer nach innen stehenden Anlagefläche des Regelkolbens 2 angeordnet. Auch diese zweite Druckfeder 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-Ringe 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 Ventilkörper 1 mit dem Gehäuse (nicht dargestellt), in das das Ventil einsetzbar ist.
Der Anschluß A ist über fluiddurchlässige Durchgänge im Ventilkörper 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 verbindbar.
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 dargestellt) 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 Schließkraft mit weiterer Zunahme des an dem zweiten Anschluß B herrschenden Lastdruckes konstant zu halten, sind aus einer im Bereich dieses zweiten Anschlusses B geschlossenen, gleichförmig verlaufenden Mantelfläche 27 gebildet sowie aus einem Anschlag 28, mittels dem der Verfahrweg des Rückschlagkolbens 7 begrenzbar ist. Der Anschlag 28 als Teil des Ventilkörpers 1 ist zwischen dem Rückschlagkolben 7 und der zwischen den Anschlüssen A und B liegenden Trennstelle 29 des Ventilkörpers 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 Rückschlagkolben 7 mit einer konisch ausgebildeten Ringfläche 30 versehen, 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 abgeschrägt, bildet also mithin nach innen gewandt ebenfalls eine konische Ringfläche 32 aus, die mit der konischen Ringfläche 30 des Rückschlagkolbens 7 einen spitzen Winkel einschließt. Der Rückschlagkolben 7 bildet eine Art Napf aus, der entlang seines Außenumfanges von der Wandung des Ventilkörpers 1 geführt ist und in dessen Inneres mittels dem Regelkolben 2 eingreifbar ist. An seiner dem Regelkolben 2 zugekehrten Oberseite weist der Rückschlagkolben 7 eine Anschlagfläche 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) Fläche(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 dar Rückschlagventilkolben 7 und Regelkolben 2 aneinandergehalten 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 Lastdruckanstieg 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 Druckbegrenzungsfunktion 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 I 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 Ventilkörpers 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 entsperrbares Rückschlagventil wiedergegeben ist. Es läßt sich dann also auch bei Rückschlagventilen eine genau vorgebbare Schließkraft 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 beispielsweise Verkörperung der Erfindung wesentlich sind.
Soweit daher Merkmale in der Beschreibung und in der Zeichnung offenbart und in den Ansprüchen nicht genannt sind, dienen sie erforderlichenfalls auch zur Bestimmung des Gegenstandes der Erfindung.

Claims

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 (A,B), 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 und wobei der Verfahrweg des zweiten Kolbens (7;107) mittels eines Anschlages (28;128) begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer im Bereich des zweiten Anschlusses (B) geschlossenen, gleichförmig verlaufenden Mantelfläche (27;127) am Außenumfang des ersten Kolbens (2;102) der Höchstwert der Schließkraft mit weiterer Zunahme des an dem zweiten Anschluß (B) herrschenden Lastdruckes konstant gehalten ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (27;127) aus einer Zylinderfläche gebildet ist und daß der erste Kolben (2;102) mindestens eine wirksame, vom Druck des ersten Anschlusses (A) beaufschlegbare Fläche aufweist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (7;107) mindestens eine wirksame, vom Druck des zweiten Anschlusses (B) beaufschlagbare Fläche (35;135) aufweist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (2,7;102,107) von einem Kraftspeicher (10;110 bzw. 11;111) beaufschlagbar ist, deren Wirkrichtung einander entgegengesetzt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Anschluß (X) vorgesehen ist, dessen Druck entgegen der Kraftwirkung des Kraftspeichers (10) des ersten Kolbens (2) auf diesen einwirkt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, 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.