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DE2748107A1 - Differenzdruckbegrenzungsventil - Google Patents

Differenzdruckbegrenzungsventil

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DE2748107A1
DE2748107A1 DE19772748107 DE2748107A DE2748107A1 DE 2748107 A1 DE2748107 A1 DE 2748107A1 DE 19772748107 DE19772748107 DE 19772748107 DE 2748107 A DE2748107 A DE 2748107A DE 2748107 A1 DE2748107 A1 DE 2748107A1
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pressure limiting
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DE2748107C2 (de
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Gerhard Ing Grad Hintz
Guenter Ing Grad Keller
Andreas Ing Grad Pohl
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Carl Schenck AG
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Carl Schenck AG
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    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

Die Erfindung betrifft ein Dlfferenzdruokbegrenzungsventil mit einem DruokmittelanschlUsse« Ventilbohrungen und einen Ventilsitz aufweisenden Ventilgehäuse sowie einem kegelförmigen« mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden und axial im Ventilgehäuse verschiebbaren Ventilkörper.
Druckbegrenzungsventile (überdruckventile, Sioherhe itsventile, Abschaltventile usw.) sind Ventile« die bei überschreiten eines bestimmten Druckes einen Austrittsquerschnitt öffnen und damit verhindern« daß der Druck« Insbesondere in einem hydraulischen System« einen festgelegten Höchstwert überschreitet. Differenzdruckbegrenzungsventile sollen in gleicher Weise eine Druckdifferenz« beispielsweise zwischen den Kammern eines Arbeitszylinders begrenzen.
Bei bekannten Dlfferenzdruckbegrenzungsventllen ist die Begrenzung des Differenzdruckes auf den Wert Null« insbesondere bei Ventilen mit großen Durchflüssen« ungenügend gelöst« da die Ventilflachen der verwendeten Ventile nicht gleich sind. Dies ist u. a. auch darauf zurückzuführen« daß zur Differenzdruckbegrenzung eine Vorsteuerstufe und eine Hauptstufe benötigt wird. Sohon zum Ansprechen der Vorsteuerstufe ist ein Differenzdruck erforderlich. In der Hauptsteuerstufe vorhandene Drosseln erzeugen einen zusätzlichen Differenzdruck« sodaß sich zwangsläufig unerwünschte AnsprechdifferenzdrUoke ergeben. Wenn solche Differenzdruckbegrenzungsventile beispielsweise an den Belastungszylindern von Prüfelnrlohtungen verwendet werden« können Einsohaltetöße an den untersuchten Proben auftreten« die die Probe beschädigen oder das Prüfergebnis beeinflussen.
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-H-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung 1st es, ein Differenzdruckbegrenzungsventil zu schaffen, das einerseits eine Differenzdruckbegrenzung auf den Wert Null oder nahe Null zuläßt, andererseits Jedoch auch die Einstellung großer Differenzdrücke, beispielsweise bis 3oo bar ermöglicht und das auch für große Durchflüsse geeignet ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Differenzdruckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Ventilkörper auf beiden Seiten Lagerzapfen aufweist, daß die Lagerzapfen in Bohrungen des Ventilgehäuses axialbeweglioh gelagert sind und daß die Stirnfläche des dem Ventilsitz gegenüberliegenden Lagerzapfens mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist.
Ein Differenzdruokbegrenzungsventil nach der Erfindung weist eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf und besitzt gleichzeitig einen weiten, praktisch von Null ausgehenden Einstellbereich für den Differenzdruck. DarUberhlnaus läßt es große Durchflüsse zu. Der Ansprechdifferenzdruck kann hierbei durch Beaufschlagung der Stirnfläche des dem Ventilsitz gegenüberliegenden Lagerzapfens mit Druckmittel erzeugt und eingestellt werden.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird darin gesehen, daß die Lagerzapfen des Ventilkörpers hydrostatisch gelagert sind. Die hydrostatische Lagerung verringert die Reibungskräfte bei Axialbewegung des Ventilkörpers, wodurch sioh eine besonders gute Einstellempfindlichkeit ergibt. Wenn die beiden Lagerzapfen geringfügig unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei die Durchmesser so gewählt sind, daß die wirksamen Querschnittsflächen des Ventilkörpers auf beiden Seiten des Ventilsitzes gleich sind, ist es möglioh, den mit dem erfindungsgemäßen Ventil einstellbaren Differenzdruck praktisch auf den Wert Null zu begrenzen.
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Durch eine In Ausgestaltung der Erfindung zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse angeordnete Schließfeder, die den Ventilkörper auf den Ventilsitz drückt« ist eine Fixierung des Ventilkörpers la Ventilgehäuse möglich. Wenn die Schließfeder einstellbar 1st« besteht die Möglichkeit, die Differenzdruckeinstellung auch mit Hilfe der Schließfeder vorzunehmen.
Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ergibt sich bei einer Anordnung zur Differenzdruckbegrenzung bei doppelt wirkenden Arbeite- oder Belastungszylindern mit einem Differenzdruckbegrenzungsventll der erf indungsgemäßen Art dadurch, daß ein weiteres Differenzdruokbegrenzungsventil vorgesehen ist, das entgegengesetzt zum ersten Ventil wirkt. Hierdurch können beispielsweise im Belastungszylinder einer Prüfeinrichtung Differenzdrüoke In beiden Kammern des Belastungszylinders begrenzt bzw. eingestellt werden* Auf diese Weise werden sowohl unerwünschte Zug- als auch Druokbelastungen der Probe vermieden.
Die Erfindung wird nachstehend an Aueführungsbeispielen in den Zeichnungen sohematisoh dargestellt und näher erläutert. Es zeigern
Flg. 1 einen Axialsohnltt durch ein Differenzdruckbegrenzungsventll für einen hydraulischen Belastungszylinder,
Flg. 2 Blockschaltbild einer Anordnung zur Differenzdruokbegrenzung mit zwei In entgegengesetzter Richtung wirkenden Dlfferenzdruckbegrenzungsventilen.
Das in Flg. 1 dargestellte Differenzdruckbegrenzungsventil weist
und/
ein Ventilgehäuse 1 einen kegelförmigen Ventilkörper 2 mit Lagerzapfen 3, jj1 auf. Die Lagerzapfen J>, 3* sind in Lagerbohrungen 4, 41 des"Ventilgehäuses 1 gelagert.*
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Der Ventilkörper 3 liegt am Ventilsitz 5 des Ventilgehäuses 1 an. Durch eine Schließfeder 6 kann der Ventilkörper 2 bei nicht beaufschlagtem Ventil in der dargestellten Schließstellung gehalten werden.
Die Lagerung der Lagerzapfen 3, 31 in den Lagerbohrungen 4, 41 ist als hydrostatische Lagerung ausgebildet. Das Druckmittel für die Lager wird über Zuführungskanäle 7 aus dem Innenraum 91 des Ventilgehäuses Lagertaschen 8 zugeführt und gelangt von hier zu den Lagerstellen.
Das Ventilgehäuse weist ZufUhrungsbohrungen Io, 11 auf« über die die Innenräume 9, 91 des Gehäuses mit dem zu schützenden hydraulischen System, z. B. einem Belastungszylinder« verbunden sind. Flg. 1 zeigt einen hydraulischen Belastungszylinder 3o mit einem Kolben 31 und einer Kolbenstange 32. Die beiden Zylinderkamroem 33« 34 des Belastungszylinders 3o werden von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle über ein Servoventil 35 und die Zuf Uhrungsbohrungen 36, 36* mit Druckmittel versorgt. Der Druck in den Zylinderkammern des Belastungszylinders wird durch das Servoventil 35 gesteuert. Durch entsprechenden Druck in den Zylinderkammern 33, 34 können über den Kolben 31 und die Kolbenstange 32 auf die schematisch dargestellte Probe 37 Zugkräfte, Druckkräfte oder Wechsellasten, wie durch Doppelpfeil in der Zeichnung angedeutet, aufgebracht werden.
Beim Einschalten des hydraulischen Systems kann z. B. durch Nullpunktfehler des Servoventils 35 ein Differenzdruck in den Zylinderkammern des BelastungsZylinders 3o entstehen und infolge des hohen Systemdrucks einen unerwünschten Belastungsstoß an der Probe 37 erzeugen. Durch Ansohluß eines Differenzdruckbegrenzungsventils wird eine solche Belastung vermieden.
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Zur Vermeidung von Einschaltstößen wird der Ventilkörper 2 des Ventils mit möglichst kleiner Kraft, z. B. nur durch die geringe Kraft der Schließfeder 6, auf den Ventilsitz 5 gedrückt. Wenn Jetzt In der Zylinderkammer 33 des Belastungszylinders 3o ein höherer Druck entsteht als in der Zyllxiderkammer 34, wirkt dieser Differenzdruck über die Zuführungsleitung Io und den Innenraum 9 des Ventilgehäuses 1 auch auf den Ventilkörper 2. Der Ventilkörper wird vom Ventilsitz 5 abgehoben und schließt die beiden Zylinderkaunern 33, 34 über den Innenraum 91 und die Zuführungsleitung 11 kurz. Auf diese Weise kann sich kein Differenzdruck In den Zylinderkammern aufbauen und daher auch keine Kraft an der Kolbenstange bzw. der Probe wirksam werden. Die Ansprechempfindlichkeit des Ventils wird durch die hydrostatische Lagerung 7* 8 des Ventilkörpers 2 an den Lagerzapfen 3, 31 erhöht. Hydrostatische Lagerungen sind dem Fachmann bekannt, sodaß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.
Wenn in der Zylinderkammer 34 ein höherer Druck entsteht als In der Kammer 33* 1st die in Pig. I dargestellte Anordnung nicht wirksam, da In diesem Fall der Ventilkörper 2 mit einer aus dem Differenzdruok zwischen den Zylinderkammern 33« 34 bzw. den Innenräumen 9, 9! resultierenden Kraft zusätzlich auf den Ventilsitz 5 gedrückt wird. Daher wird bei Belastungszylindern eine Anordnung nach Flg. 2 verwendet, bei der die beiden Differenzdruokventlle 1 so geschaltet bzw. angeordnet sind, daß sie in entgegengesetzter Richtung wirken und damit Einschaltstoße auf die am Zylinder 3o angeschlossene Probe in Zug- und in Druckriohtung vermieden werden.
Eine Anordnung nach Flg. 2 würde jedoch verhindern, daß vom Belastungszylinder 3o Kräfte auf die Probe 37 aufgebracht werden, wenn nicht die Ventile beispielsweise durch besondere Absperreinrichtungen nach dem Einschalten des Systemdruoks wieder vom Belastungszylinder abgeschaltet würden. Bei den erfindungsgemäßen Ventilen sind solche Absperreinrichtungen nicht erf order Höh.
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Die Stirnfläche 12 des Lagerzapfens 3! (Flg. 1) kann über die Zuführungsleitung 13 und eine Kammer 14 zusätzlich mit Druckmittel (hydraulisch, pneumatisch) beaufschlagt werden. Dadurch wird am Ventilkörper 2 eine Vorbelastung erzeugt» die bewirkt, daß das Ventil erst bei einem bestimmten Differenzdruck zwischen den Zylinderkammern 33, 34 des Belastungszylinders 3o bzw. der Innenräume 9, 91 des Ventils öffnet. Der Steuerdruck in der Kammer 14 kann beispielsweise durch eine Stelleinrichtung 15 eingestellt werden. Bei entsprechender Abstimmung der Stirnfläche des Lagerzapfens 3' und der wirksamen Querschnittsflächen des Ventilkörpers 2"kann der gewünschte Differenzdruck in einem sehr weiten Bereich praktisch von Null aus eingestellt werden. Damit kann das Ventil z. B. auch als überlastschutz für die Probe oder den Belastungszylinder verwendet werden. Bei kleinen Differenzdrucken kann auch die Schließfeder 6 zur Druckeinstellung benützt werden. An den mit R bezeichneten Stellen des Ventilkörpers 1 können Rücklaufleitungen für das Lecköl vorgesehen werden.
Die verschiedenen Funktionen des erfindungsgemäßen Differenzdruckbegrenzungsventils können von Hand oder elektrisch vorgegeben bzw. eingestellt werden. Hierbei kann das gleiche Ventil in der beschriebenen Weise unterschiedlich eingesetzt werden. In Verbindung mit Belastungszylindern ist das Ventil beispielsweise zur Verhinderung von Einschaltstößen, zur Differenzdruckeinstellung sowie als Uberlastsohutzventil für die Probe und den Belastungszylinder verwendbar.
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Claims (6)

  1. 597 D
    CARL SCHEMCK AQ ? 7 A R 1 Ω 7
    18.Ιο.1977 */**o IU/
    Differenzdruokbegrenzungsventil
    Patentansprüche
    IJ Dlfferenzdruokbegrenzungsventil mit einem Druckmlttelanschlüsse, Ventilbohrungen und einen Ventilsitz aufweisenden Ventilgehäuse sowie einen kegelförmigen, mit dem Ventilsitz zu8ajonenwirkenden und axial im Ventilgehäuse verschiebbaren Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) auf beiden Seiten Lagerzapfen (3, 31 ) aufweist» dafl die Lagerzapfen (j5, 31) In Bohrungen (4, 41) des Ventilgehäuses (1) axialbeweglich gelagert sind und daß die Stirnfläche (12) des dem Ventilsitz (5) gegenüberliegenden Lagerzapfens (31) mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist.
  2. 2. Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen (3, 31) hydrostatisch gelagert sind.
  3. 3. Differenzdruckbegrenzungeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerzapfen (3, 31) unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei die Durchmesser so gewählt sind, daß die wirksamen Quersohnlttsflächen des Ventilkörpers (2) auf beiden Selten des Ventilsitzes (5) gleich 8Ind.
  4. 4. Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruoh 1» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilkörper (2) oder Lagerzapfen (?') und Ventilgehäuse (1) eine Schließfeder (6) angeordnet ist, die den Ventilkörper (2) auf den Ventilsitz (5) drückt.
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    - 2 -
  5. 5. Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (6) einstellbar ist.
  6. 6. Anordnung zur Differenzdruckbegrenzung bei doppelt wirkenden Arbeite- oder Belastungszylindern, nit einen Differenzdruckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Differenzdruckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das entgegengesetzt zum ersten Ventil wirkt.
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