DE4032420C2 - Hydraulisches Sicherheitsventil - Google Patents
Hydraulisches SicherheitsventilInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Sicher
heitsventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes hydraulisches Sicherheitsventil ist
aus der DE 28 33 971 bekanntgeworden. Es weist ein Ven
tilgehäuse auf mit einem einen Verbraucher mit einem
Steuergerät direkt verbindenden Durchgang, in dem ein
Rückschlagventil angeordnet ist. Ein Steuerschieber im
Gehäuse weist einen Ventilabschnitt auf, der in einer
Verbindung zwischen den Abschnitten des Durchgangs beider
seits des Rückschlagventils angeordnet ist und der in
Schließrichtung des Ventils von einer Feder und in Öffnungs
richtung von einem Vorsteuerkolben verstellt wird,
von dem eine Wirkfläche mit einem Steuerdruck beaufschlagt
ist.
Auf die herrschende Strömung, welche das Rückschlagventil,
zum Beispiel bei einer Senkbewegung der Kolbenzylinderein
heit, umgeht, wirkt auch ein Staudruck, der den Steuer
schieber in Schließrichtung beeinflußt. Wird dieser
Staudruck zum Beispiel aufgrund eines Bruches auf der
Steuergeräteseite erniedrigt oder geht gar gegen Null,
wird der Steuerschieber weiter in Öffnungsstellung ver
stellt, so daß sich ein noch größerer Drosselquerschnitt
ergibt. Ein größerer Drosselquerschnitt führt naturgemäß
zu einer erhöhten Absenkgeschwindigkeit der Kolbenzylin
dereinheit.
Aus der CH 658 102 ist ein Sicherheitsventil bekanntgewor
den, bei dem die Stellung des Steuerkolbens den Drossel
querschnitt und somit die Absenkgeschwindigkeit bestimmt.
Der Drosselquerschnitt stellt sich durch den am Steuerkol
ben anstehenden Differenzdruck ein. Dieser Differenzdruck
ist seinerseits abhängig vom Druckabfall an einem Kolben,
der als Strömungsmesser arbeitet. Mit steigender Strömung
vergrößert sich selbsttätig die Durchflußöffnung an einem
Konus des Kolbens im Drosselbereich, so daß sich die
Druckdifferenz proportional mit der Strömung erhöht und
dadurch auch die Durchflußöffnung am Drosselkolben des
Drosselventils proportional zur Druckdifferenz geöffnet
wird. Bei einem Bruch in der Hubleitung tritt bei einem
Absenkvorgang ein vergrößertes Druckgefälle an der Steuer
kante des Drosselkolbens und damit eine stärkere Strömung
auf. Dies hat eine Erhöhung der Absenkgeschwindigkeit in
Bewegungsrichtung zur Folge. Diese Absenkgeschwindigkeit
gerät jedoch nicht außer Kontrolle, sondern bleibt steuer
bar, weil bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit an der
Steuerkante erhöhte Axialkräfte auf den Drosselkolben im
Schließsinne wirken und die Strömung infolge des hieraus
resultierenden Selbstregeleffektes drosseln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches
Sicherheitsventil der eingangs genannten Art zwischen
einem Verbraucher, insbesondere einer Kolbenzylinderanord
nung, und einem Steuergerät zu schaffen, bei dem auch im
Falle eines Bruches der einzigen Verbindungsleitung ins
besondere beim Absenken der Kolbenzylinderanordnung keine
nennenswerte Änderung des Durchströmquerschnitts des
Sicherheitsventils erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil ist ein Kom
pensationsraum des Vorsteuerkolbens über einen Verbindungs
kanal im Gehäuse mit dem Druck des steuergeräteseitigen
Abschnitts des Durchgangs in Öffnungsrichtung des Steuer
schiebers beaufschlagt.
Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil wird der
Steuerdruck, der auf den Steuerkolben wirkt und der den
Steuerschieber bzw. das zugehörige Ventilglied in die Öff
nungsstellung verstellt, aus zwei Komponenten gebildet.
Zum einen wirkt der übliche an sich bekannte Steuerdruck,
der aus einer vorgegebenen Steuerdruckquelle kommt. Sum
mierend tritt hinzu der Druck, der steuergeräteseitig
ansteht und über einen Verbindungskanal mit einem Kompen
sationsraum des Vorsteuerkolbens verbunden ist. Im Falle
eines Leitungsbruchs wird diese Steuerkomponente niedrig
oder zu Null, so daß der Gesamtsteuerdruck am Vorsteuer
kolben und damit am Steuerschieber reduziert wird, um den
Drosselquerschnitt zu verringern. Diese wird indessen
nicht verringert, weil im Falle eines Leitungsbruches der
Druckabfall größer wird und die Tendenz hat, die Drossel
in Öffnungsrichtung zu beaufschlagen.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Sicherheits
ventils nach der Erfindung für eine Kolbenzylinder
einheit.
Fig. 2 zeigt die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Si
cherheitsventils.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Ventil nach Fig. 2
entlang der Linie III-III.
Fig. 4 zeigt eine Einzelheit des Sicherheitsventils ent
sprechend der Schnittlinie III-III nach Fig. 2.
In Fig. 1 ist das Sicherheitsventil 1 zwischen dem Ar
beitsgerät 2 (einer Zylinderkolben-Vorrichtung) und einem
Steuergerät 3 gezeigt. Das Sicherheitsventil kann eng am
Arbeitsgerät 2 angeordnet sein. Zwischen dem Sicherheits
ventil 1 und dem Steuergerät ist im allgemeinen eine län
gere Rohr- und Verbindungsleitung 4 als Zu- und Rücklauflei
tung angeordnet.
Der Arbeitsraum 5 des Arbeitsgerätes steht über eine Ver
bindungsleitung 6 mit dem Sicherheitsventil 1 in Verbin
dung. Der über dem Kolben befindliche Raum 7 steht über
eine Tankrückleitung 8 mit dem Steuergerät in Verbindung,
weil der Raum 7 entleert werden muß, wenn der Raum 5 durch
Druckmittel gefüllt wird.
Im Sicherheitsventil 1 ist ein durchgehender Durchgang 9
mit einem Rückschlagventil 10 vorgesehen, das zum Arbeits
gerät 2 hin öffnet. Zwischen diesem federbelasteten Rück
schlagventil 10 und einem Arbeitsgeräte-Anschluß 11 sind
von dem Durchgang 9 zwei Leitungen abgezweigt. Eine Lei
tung 12 enthält ein sog. sekundäres Überdruckventil 13 und
ist an eine Tanknebenverbindung 14 angeschlossen. Hierbei
handelt es sich im obigen Sinne um eine Ableitung unterge
ordneter Bedeutung, die auch nur geringe Kosten verursacht.
Die andere Leitung 15 führt in einen Vorsteuerschieber 16.
Dieser Vorsteuerschieber hat zwei Funktionsfelder 17, 18.
Das eine Funktionsfeld 17 stellt eine Sperre der anderen
Leitung 15 bzw. der so bezeichneten Verbindung dar, wäh
rend das Funktionsfeld 18 einen, insbesondere gedrosselten
Durchgang zuläßt, der über einen Anschluß 19 zu der Ver
bindungsleitung 4 führt, und zwar über eine Verbindung (Durchgang) 9
an der Seite des Rückschlagventils 10, die dem Steuergerät
3 zugekehrt ist. Der gedrosselte Durchgang kann in der ge
zeichneten Weise einstellbar sein.
Die Einstellung des Vorsteuerschiebers 16 hängt vom Vor
steuerdruck ab, der über einen Vorsteueranschluß 20 und
eine entsprechende Verbindung 21 zu einer Vorsteuerkolben
anordnung 22 führt. Dieser wirkt am anderen Ende des Vor
steuerschiebers 16 eine Kraft entgegen, die beispielsweise
durch eine Feder 23 aufgebracht werden kann, die in einem
an sich geschlossenen Gegenkraft- oder Federraum 24 ange
ordnet ist. Durch diesen geschlossenen Raum ergibt sich
bereits die Möglichkeit einer Kompensation. Dieser Raum 24
steht durch eine Abzweigleitung 25 mit dem Anschluß 19 in
Verbindung, der gleichzeitig über eine Teilverbindung 26
mit einem Anschluß 27 der Vorsteuerschieberanordnung zu
sammengeschlossen ist, über welche die andere Leitung 15
gesteuert wird.
Der Federraum 24 ist durch eine Parallelleitung 28 mit
einem sekundären Vorsteuerkolben 29 verbunden, um bei
einer Änderung der Druckverhältnisse aufgrund eines Druck
abfalls in der Verbindungsleitung 4 eine entsprechende
Druckänderung in der Kompensation bei 29 durchzuführen.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch die wesentlichen Teile des
Sicherheitsventils gezeigt. Dabei sind erkennbar der Ar
beitsgeräteanschluß 11 und ein Steuergeräteanschluß (Abschnitt) 30, an
dem die Verbindungsleitung 4 angeschlossen ist. Zwi
schen diesen beiden Anschlüssen befindet sich der Durch
gang 9, in der das Rückschlagventil 10 vorgesehen ist. Für
dessen durch eine Feder 31 angedrückten Ventilkopf 32 ist
durch einen nach innen gerichteten Vorsprung 33 an einer
Stufenfläche 34 ein Sitz gebildet.
Mit diesem Sitz kommt eine kegelförmige Fläche 35 des ke
gelförmigen Ventilkopfes 32 in Verbindung. Das Rückschlag
ventil hat einen Ventilschaft 36, der in einer in dem
Durchgang 9 festgelegten Führung 37 geführt ist, an wel
cher zugleich einerseits die Feder 31 abgestützt ist, die
andererseits an einem einstellbaren Widerlager 38 an einem
Ventilschaft 36 abgestützt ist.
Die Verbindung wird von einem Steuerschieber 40 durchsetzt,
welcher Teil der insgesamt mit 16 bezeichneten Vorsteuer
schieberanordnung ist. Diese steht einerseits allseitig
auslenkbar über eine Kugelabstützung 41 mit einem Vor
steuerkolben 42 in Verbindung, welcher allgemein in Fig. 1
mit 22 bezeichnet ist. Dieser Vorsteuerkolben ist in einem
Vorsteuerraum 43 verschiebbar gelagert. Dieser Vorsteuer
raum 43 steht mit dem Vorsteueranschluß 20 in Verbindung,
so daß dadurch in Abhängigkeit vom Vorsteuerdruck eine
Verlagerung des Vorsteuerkolbens 42 und damit auch des
Steuerschiebers 40 möglich ist.
Im Vorsteuerkolben 42 ist eine Ausnehmung (Bohrung) 44 angeordnet.
In dieser Ausnehmung ist ein Kompensationskolben 45 beweg
bar. Dieser Kompensationskolben 45 ist mittels Stiftver
bindung 46 mit einer Einstellschraube 47 verbunden, die
aus dem Gehäuse 48 des Sicherheitsventils bzw. des Ab
schnittes des Sicherheitsventils mit dem Vorsteuerkolben
herausgeführt ist. Damit läßt sich die Einstellung des
Kompensationskolbens 45 im Vorsteuerraum 43 ermöglichen.
Der Kompensationskolben 45 geht nicht bis zum Ende der
Ausnehmung 44, so daß ein Kompensationsraum 49 verbleibt,
der auch als Hilfssteuerraum des Vorsteuerkolbens 42 be
zeichnet werden kann. Dieser Kompensationsraum steht im
Zusammenhang mit dem in Fig. 1 mit 29 bezeichneten sekun
dären Vorsteuerkolben.
In den Kompensationsraum 49, in welchem sich ein Anschlag
stutzen 50 des Kompensationskolbens 45 erstreckt, münden
Radialbohrungen (Diagonalbohrungen) 51 durch den Vorsteuerkolben 42. Diese
Bohrungen enden an der Außenseite des Vorsteuerkolbens 42
in einem Ringraum (Umfangsnut) 52. Dieser überlappt sich mit einer in
neren Umfangsausnehmung 53 des Gehäuses 48. Die Überlap
pung ist so groß, daß eine Verbindung zwischen dem Ring
raum 52 und der Umfangsausnehmung 53 immer erhalten bleibt.
An diese Umfangsausnehmung 53 schließt sich im Gehäuse 48
die in Fig. 1 mit 28 bezeichnete Parallelleitung (in Fig.
3 mit 54 bezeichneter Verbindungskanal) an und sie steht
über den Durchgang 55 mit dem Steuergeräteanschluß 30 in
Verbindung. Dieser Anschluß ist in Fig. 1 mit 19 bezeich
net.
Dieser Steuergeräteanschluß 19 steht zugleich über eine
auch in Fig. 3 mit 25 bezeichnete Abzweigleitung mit dem
Gegendruckraum (Federraum) 24 in Verbindung, in welcher die Gegenkraft
in Form einer Feder 56 aufgebracht ist. Ein die maximale
Zusammendrückung begrenzendes Widerlager 57 ist durch eine
nach außen geführte Einstellschraube 58 einstellbar.
Die Abzweigleitung 25 führt gemäß Fig. 3 durch eine nach
außen verschlossene Seitenbohrung 59 und einen Fortsatz 60
in einen Federraum 24. Die Seitenbohrung 59, die mit der
Federseite des Rückschlagventils in Verbindung steht, hat
eine Querbohrung 61 als Anschluß für die Leitung 12 in
Fig. 1 für das Überdruckventil 13.
Die Feder 56, die auch in Fig. 1 mit diesem Bezugszeichen
bezeichnet ist, drückt über eine kardanisch allseitig aus
lenkbare Abstützung (Widerlager) 62 auf das Ende des Steuerschiebers
40, an welchem ein Ventilkopf 63 angeordnet ist. Dieser
hat einen kegelförmigen Ventilabschnitt 64, bis zu welchem
Regelnuten oder Einfräsungen 65, die um den Umfang des
Vorsteuerschiebers 40 verteilt sind, führen.
Dadurch ist einerseits beim Abheben des Ventilkopfes 63
aufgrund des kegelförmigen Ventilabschnittes 64 und auf
grund der Regel- oder Einfräsungen 65 eine außerordent
liche feinfühlige Regelung möglich.
Der Vorsteuerschieber 40, der im Gehäuse 66 des Sicher
heitsventils in zylindrischen Durchgängen 67, 68 beider
seits des Durchgangs 9 geführt ist, hat geringeren Durch
messer als der Durchgang. Innerhalb des Durchgangs hat er
jedoch auch noch eine Einbeziehung 69, welche zwei Druck
stufen 70, 71 bildet. Durch den sich dadurch ergebenden
Gegendruck im Bereich der Ausbohrung wird eine Neutrali
sierung der Druckeinwirkung auf den Vorsteuerschieber 40
erreicht.
Wenn nun am Steuergeräteanschluß 30, d. h. in der Zu- und
Rücklaufleitung eine Druckänderung entsteht, wirkt diese
unmittelbar einerseits in den Kompensationsraum 49 des
Vorsteuerkolbens 42 und damit unabhängig vom Vorsteuer
druck auf eine Seite des Vorsteuerkolbens 42 und anderer
seits durch 25 in den Gegendruck-Federraum 24, so daß eine
Verstellung des Vorsteuerschiebers 16 aufgrund einer sol
chen Druckänderung in der Verbindungsleitung (Zu- und Rücklaufleitung)
4 vermieden wird.
Fig. 2 zeigt zur Erläuterung eine Draufsicht auf das im
ganzen mit 73 bezeichnete Gehäuse des Sicherheitsventils,
das aus mehreren Abschnitten bestehen kann. An einem Ende
ist die Einstellschraube 58 und am anderen Ende die Ein
stellschraube 47 herausgeführt. Erkennbar sind der Vor
steueranschluß 20 sowie der Steuergeräteanschluß 30. An
die Querbohrung 61 ist das Überdruckventil 13 angeschlos
sen, dessen Gehäuse in Fig. 2 mit 74 bezeichnet ist und
gemäß Fig. 4 in dem Durchgang 9 an der zum Arbeitsgeräte
anschluß liegenden Seite des Rückschlagventils 10 eine
Querbohrung 61 zum Anschluß des Überdruckventils aufweist.
Die Gehäuse sind in geeigneter Weise verbunden. An dem
Überdruckventil 13, 74 mündet der Tankanschluß 76, an den
die Tanknebenverbindung 14 (Fig. 1) angeschlossen ist.
Die in Fig. 3 mit 83 bezeichnete Querbohrung ist nach
außen abgeschlossen und stellt lediglich eine Verbindung
zwischen den Räumen der Abzweigleitung 25 und Fortsatz 60
um Anschluß in den Gegendruck- bzw. Federraum 24 dar.
Es wird darauf hingewiesen, daß 84 ein Anschluß für ein
Meßgerät, insbesondere ein Druckmeßgerät ist.
Gemäß Fig. 4 ist das Überdruckventil 13 im Schnitt mit
seinem Gehäuse 74 und einem Anschluß 75 gezeigt. Dieses
Überdruckventil hat einen Tankanschluß 76.
Es ist erkennbar, daß die Leitung 12 in Fig. 1 einer Quer
bohrung 61 entspricht, welche in einen Gegendruckraum 81
des Überdruckventils mündet.
Der Tankanschluß 76 zur Tanknebenverbindung schließt sich an
einen Raum mit einer Feder 77 an, die einen Durchgänge
aufweisenden Federteller 78 an ein kegelförmiges Wider
lager 79 drückt, welches seinerseits mit einem Ansatz in
einer festgelegten Führungsausbohrung 80 verschiebbar ist.
Dabei wird eine Gegendruckstufe im Gegendruckraum 81 ge
bildet, welche durch den Druck beaufschlagbar ist, der
durch den Anschluß 75 einwirkt. Unter diesen Abhängigkei
ten ist ein Ventilkörper 85 in bezug zu seinem Sitz beweg
bar.
Eine Öffnung bei 83 ist verschlossen. Solche Überdruck
ventile sind im Prinzip bekannt.
Es versteht sich, daß alle Schieber oder Kolben bzw.
Schäfte mit Ringdichtungen versehen sind, so daß sie in
ihren insbesondere zylindrischen Räumen weitestgehend ab
gedichtet geführt sind. Einbezogen werden, wo es für
zweckmäßig gehalten wird, auch übliche Leckanschlüsse.
Claims (7)
1. Hydraulisches Sicherheitsventil mit einem Ventilgehäuse
mit einem einen Verbraucher mit einem Steuergerät di
rekt verbindenden Durchgang, in dem ein Rückschlagven
til angeordnet ist, einem Vorsteuerschieber im Gehäuse,
der einen Ventilabschnitt aufweist, der in einer Ver
bindung zwischen den Abschnitten des Durchgangs beider
seitig des Rückschlagventils angeordnet ist und der in
Schließrichtung des Ventilglieds von einer Feder und in
Öffnungsrichtung von einem Vorsteuerkolben verstellt
wird, von dem eine Wirkfläche mit einem Steuerdruck
beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Kompensationsraum (49) des Vorsteuerkolbens (42) über einen
Verbindungskanal (54, 55) im Gehäuse (48) mit dem Druck
des steuergeräteseitigen Abschnitts (30) des Durchgangs
(9) in Öffnungsrichtung des Steuerschiebers (40) beauf
schlagt ist.
2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein Kompensationskolben (45) in einer Bohrung
(44) des Vorsteuerkolbens (42) angeordnet ist und mit
dem Vorsteuerkolben (42) den Kompensationsraum (49) bil
det.
3. Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Durchmesser des Kompensationskolbens (45)
gleich dem Durchmesser des Vorsteuerschiebers (16) ist.
4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß eine Überkompensation vorge
sehen ist.
5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß der Kompensationskolben (45)
in dem Gehäuse (48) einstellbar festgelegt ist.
6. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben (42)
wenigstens eine Diagonalbohrung (51) aufweist, welche
in den Kompensationsraum (49) mündet und an der Außen
seite des Vorsteuerkolbens (42) in einer Umfangsnut
(52) endet, deren Breite bezüglich des Vorsteuerkolbens (42)
so bemessen ist, daß unabhängig von der Stellung des
Vorsteuerkolbens (42) eine Überlappung mit einer entspre
chenden Umfangsnut (52) im Gehäuse (48) vorhanden ist, an
welche der Verbindungskanal (54, 55) angeschlossen ist.
7. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerschieber (16) an
den Enden kardanisch, d. h. allseitig auslenkbar an
einem Widerlager (62) der Feder (56) und andererseits
am Vorsteuerkolben (42) abgestützt ist.
Priority Applications (1)
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DE19904032420 DE4032420C2 (de) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | Hydraulisches Sicherheitsventil |
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