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Die vorliegende Erfindung betrifft ein entsperrbares Rückschlagventil mit einem Ventilsitzteil, welches einen Ventilsitz mit einer Ventilöffnung aufweist, und einem Ventilschließkörper, der von einer Ventilfeder gegen den Ventilsitz gehalten wird und die Ventilöffnung in einer Sperrrichtung verschließt.
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Rückschlagventile kommen in einer Vielzahl hydraulischer Anwendungen zum Einsatz, unter anderem als Lasthalteventile, um den Lastdruck eines angeschlossenen Verbrauchers zu halten und ein Rückfließen von Hydraulikflüssigkeit zum Tank zu verhindern. Rückschlagventile können entsperrbar ausgeführt sein, beispielsweise um einen angeschlossenen Verbraucher bei Außerbetriebnahme durch Öffnen des Rückschlagventils drucklos zu schalten. Hierbei muss der im Rückschlagventil enthaltene Ventilschließkörper gegen die Kraft des anliegenden Lastdrucks vom Ventilsitz angehoben werden. Je nach Größe der Ventilöffnung und des anliegenden Lastdrucks werden hierzu recht hohe Kräfte benötigt.
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Aus der
DE 20 2018 101 656 U1 ist ein entsperrbares Rückschlagventil für Pneumatikanwendungen bekannt, das. Das Ventil ist über einen Steuereingang pneumatisch entsperrbar, wobei der Steuerdruck etwa 0,4-fachem Betriebsdruck (6-15 bar) entspricht. Alternativ ist ein manuelles Entsperren durch Druck auf das freie Ende eines Betätigungsstößels möglich. Die manuelle Entsperrfunktion für hierbei nicht druckunterstützt.
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Die
DE 197 54 242 A1 beschreibt ein hydraulisches Sperrventil, welches über einen Entsperrkolben hydraulisch entsperrt werden kann. Ein tiefenverstellbarer Stutzen bildet dabei einen Anschlag für das Ventilglied, der dessen Verstellweg begrenzt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, ein entsperrbares Rückschlagventil anzugeben, bei dem die zum Entsperren erforderlichen Kräfte reduziert sind und welches insbesondere handbetätigt entsperrt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Die Aufgabe wird hinsichtlich einer Hydraulikschaltung mit einem erfindungsgemäßen Rückschlagventil auch gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8.
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Bei einem Rückschlagventil der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß ein handbetätigbarer Steuerkolben vorgesehen, der in einer Kolbenaufnahme längsbeweglich aufgenommen ist und an einem Ende einen Stempel aufweist, der gegen den Ventilschließkörper verstellbar ist, um diesen gegen die Kraft der Ventilfeder (Schließfeder) in eine vom Ventilsitz abgehobene Öffnungsstellung zu bringen. Der Steuerkolben weist hierbei einen vorzugsweise ringförmigen Absatz auf, der eine in Richtung des Stempels hydraulisch wirksame Fläche aufweist, die über eine in die Kolbenaufnahme mündende Hydraulikverbindung druckbeaufschlagbar ist, um eine der Federkraft der Ventilfeder entgegen gerichtete, also in Öffnungsrichtung wirkende Kraft zu erzeugen. Das Flächenverhältnis zwischen der hydraulisch wirksamen Ringfläche und der Querschnittsfläche der Ventilöffnung ist so gewählt, dass unabhängig vom anstehenden Lastdruck eine Kraftresultierende in Schließrichtung wirkt. Das Flächenverhältnis ist daher so gewählt, dass die hydraulische Kraft auf die Ringfläche geringer ist, als die Summe der Federkraft und der hydraulischen Kraft auf den Ventilschließkörper. Eine Möglichkeit besteht somit darin, dass die hydraulisch wirksame Ringfläche gleich groß oder kleiner als die Querschnittsfläche der Ventilöffnung ist. Bei einer starken Feder wäre aber ggf. sogar eine größere Ringfläche möglich. Statt einer Ringfläche kann selbstverständlich auch ein nicht ringförmiger Absatz realisiert werden, für dessen Flächenverhältnis dieselben Überlegungen gelten.
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Vorzugsweise ist der Steuerkolben dichtend in der Kolbenaufnahme aufgenommen, sodass das Rückschlagventil in Summe sitzdicht ist. Je nach Anwendung kann jedoch zum Tank hin auch eine gewisse Leckage ähnlich einem Schieberventil erlaubt werden.
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Die zur Kolbenaufnahme führende Hydraulikverbindung kann insbesondere mit dem Lasthalteanschluss des Rückschlagventils verbunden sein. Somit liegt an der dem Ventilsitz abgewandten Seite des Ventilschließkörpers derselbe Druck an, wie an der Ringfläche des Steuerkolbens. Da die Ringfläche des Steuerkolbens kleiner gewählt ist als die Querschnittsfläche der Ventilöffnung, entsteht eine Kraftresultierende, die in Richtung der Federkraft der Ventilfeder wirkt, sodass das Ventil nicht selbsttätig öffnet. Die über die Ringfläche des Steuerkolbens aufgebaute hydraulische Gegenkraft vermindert jedoch die zum Entsperren des Rückschlagventils aufzubringende Kraft erheblich, sodass auch bei höheren Drücken, wie sie in vielen hydraulischen Anwendungen, beispielsweise bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder hydraulischen Arbeitsmaschinen, vorkommen, eine Entsperrung des Rückschlagventils von Hand möglich ist, indem über den Steuerkolben der Ventilschließkörper vom Ventilsitz abgehoben wird. Durch die vorliegende Erfindung lässt sich somit mit geringem technischen Aufwand ein von Hand entsperrbares Rückschlagventil realisieren.
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Das Ventilsitzteil kann hierbei Teil eines Ventilgehäuses sein oder dichtend in ein als separates Bauteil ausgeführtes Ventilgehäuse eingesetzt sein.
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Ebenso kann die Kolbenaufnahme in einem Ventilgehäuse ausgebildet sein. Daneben ist es auch möglich, das Rückschlagventil als Einbauteil für einen Ventilblock vorzusehen. In diesem Fall kann die Kolbenaufnahme in einem das Rückschlagventil aufnehmenden Ventilblock ausgeformt sein. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn bei der Montage der Kolben zuerst in den Ventilblock eingeführt wird und anschließend das Ventil, welches dann gleichzeitig als Verschluss der Ventilkavität dient. Hierdurch lässt sich die Zahl der benötigten Komponenten und damit die Komplexität geringhalten.
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Um ein handbetätigbares Ventil zu schaffen, ist es insbesondere vorgesehen, dass der Steuerkolben an seinem dem Stempel abgewandten Ende aus der Kolbenaufnahme herausragt und gegenüber dieser gedichtet ist. Somit kann die Betätigung direkt über den Steuerkolben erfolgen, der zu diesem Zweck an seinem freien Ende ein Bedienelement wie etwa einen Handknauf aufweisen kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rückschlagventil einen in Sperrrichtung wirksamen Lasthalteanschluss und einen in Öffnungsrichtung wirksamen Druckladeanschluss auf bzw. ist mit solchen verbunden. Hierbei kann die in die Kolbenaufnahme mündende Hydraulikverbindung direkt mit dem Lasthalteanschluss hydraulisch verbunden sein. Der Druck am Lasthalteanschluss liegt somit auch an der hydraulisch wirksamen Fläche des Steuerkolbens an und vermindert so die zum Entsperren des Rückschlagventils aufzubringende Kraft. Das Rückschlagventil kann insbesondere für hydraulische Lastdrücke von über 100 bar ausgelegt sein, wie sie typischerweise bei hydraulischen Anbaugeräten für landwirtschaftliche Maschinen verwendet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Rückschlagventil als Lasthalteventil in einer Hydraulikschaltung verwendet, welche einen an den Lasthalteanschluss angeschlossenen hydraulischen Verbraucher und eine an den Druckladeanschluss angeschlossene Druckquelle aufweist.
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Hierbei kann bevorzugt ein zu dem Rückschlagventil parallel geschaltetes, vorzugsweise einstellbares Druckbegrenzungsventil eingesetzt werden, mit dem der Druck am Lasthalteanschluss eingestellt werden kann. Bevorzugt liegt der Einstellbereich des Druckbegrenzungsventils zwischen 10 und 200 bar, weiter bevorzugt zwischen 20 und 140 bar. Je nach Anwendung kann somit ein konstanter Druck über das Druckbegrenzungsventil eingestellt werden, der vom Rückschlagventil gehalten wird.
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Soll der am Lasthalteanschluss angeschlossene hydraulische Verbraucher zudem eine Federungsfunktion erhalten, so kann bevorzugt mit dem Lasthalteanschluss ein Druckspeicher hydraulisch verbunden werden, insbesondere ein hydropneumatischer Druckspeicher etwa wie ein Membranspeicher oder ein Kolbenspeicher.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigt:
- 1 einen Schnitt durch ein in einen Ventilblock eingesetztes Rückschlagventil mit Steuerkolben zum Entsperren desselben,
- 2 einen detaillierteren Schnitt durch das in 1 verwendete Rückschlagventil,
- 3 eine isometrische Darstellung eines Ventilblocks mit eingesetztem Rückschlagventil,
- 4 eine Explosionszeichnung des Ventilblocks aus 3 und
- 5 einen Hydraulikplan des Ventilblocks aus 3.
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In 1 ist ein Schnitt durch einen Ventilblock 10 in einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Ventilblock 10 dient als Steuerblock für ein hydraulisches Anbaugerät zur Verwendung mit einer landwirtschaftlichen Zugmaschine. In eine in dem Ventilblock 10 ausgeformte Ventilkavität 11 ist ein entsperrbares Rückschlagventil 20 eingesetzt, welches anhand von 2 nachfolgend näher erläutert wird. Die Ventilkavität kann über eine in der Schnittebene nicht sichtbare Anschlussbohrung mit einem Hydraulikanschluss für einen hydraulischen Verbraucher wie etwa einen Hydraulikzylinder verbunden werden. Eine senkrecht zur Schnittebene verlaufende Anschlussbohrung 19 kann etwa mit einer externen Druckquelle verbunden werden, über die der am Hydraulikanschluss angeschlossene Verbraucher über das Rückschlagventil 20 mit Druck beaufschlagt werden kann.
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Die Entsperrfunktion des Rückschlagventils 20 wird durch einen Steuerkolben 12 realisiert, der in eine Aufnahme 13 in axialer Verlängerung der Ventilkavität 11 eingesetzt ist und in der Aufnahme 13 in axialer Richtung längsbeweglich gelagert ist. Der Steuerkolben 12 weist an seinem dem Rückschlagventil 20 zugewandten Ende einen Stempel 14 auf, der in eine Öffnung des Rückschlagventils 20 eingreift und durch axiale Betätigung einen Ventilschließkörper des Rückschlagventils 20 in eine Öffnungsstellung zurückdrängen kann.
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Über eine erste Dichtung 15 ist der Steuerkolben 12 innerhalb der Kolbenaufnahme 13 gedichtet. Das vom Rückschlagventil 20 abgewandte Ende des Steuerkolbens 12 weist einen verminderten Durchmesser auf und ragt in der Art einer Kolbenstange aus dem Ventilblock 10 heraus. An der Austrittsöffnung ist der Steuerkolben über eine zweite Dichtung 16 gedichtet. Ein Abstreifer 16a verhindert das Eindringen von Schmutz bei einer Betätigung des Steuerkolbens 12. An seinem aus dem Ventilblock 10 herausragenden Ende trägt der Steuerkolben 12 einen Handbedienknauf 17.
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Der Steuerkolben 12 besitzt in seinem in der Aufnahme 13 beweglichen Bereich einen ringförmigen Absatz 18, an dem der Außendurchmesser des Steuerkolbens 12 sich in einer Stufe verringert. Dieser Absatz bildet eine hydraulisch wirksame Fläche, die über eine Hydraulikverbindung 18a mit Druck beaufschlagt werden kann. Somit wird auf den Steuerkolben 12 eine Kraft in axialer Richtung ausgeübt, die in Richtung des Rückschlagventils 20 wirkt. Die Hydraulikverbindung 18a ist über einen Fluidkanal 18b im Ventilblock 10 mit dem in der Ventilkavität 11 herrschenden Druckpotential verbunden.
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Das Rückschlagventil 20, welches in 1 lediglich als kompaktes Bauteil gezeigt ist, ist in 2 näher dargestellt. Es besitzt ein Ventilsitzteil 21 mit einem Ventilsitz 21a, der eine Ventilöffnung 22 umgibt. Innerhalb des Ventilsitzteils 21 befindet sich ein Ventilschließkörper 23, der von einer Ventilfeder 24 gegen den Ventilsitz 21a gehalten wird. Die Ventilfeder 24 wird durch eine auf das Ventilsitzteil 21 aufgeschraubte Kappe 25 gehalten. Die Kappe 25 hat ein Außengewinde 26, mit dem das Rückschlagventil 20 in die Ventilkavität 11 im Ventilblock 10 eingeschraubt ist. Dichtungen 27a und 27b dichten das Rückschlagventil in der Kavität 11 ab. Oberhalb des Ventilsitzes 21a ist in radialer Richtung eine Bohrung 28 in dem Ventilsitzteil ausgebildet, durch die in Öffnungsrichtung des Rückschlagventils Hydraulikflüssigkeit fließen kann. Wird an der Ventilöffnung 22 ein Druck angelegt, der die Kraft der Rückstellfeder 24 überwindet und den Ventilschließkörper 23 vom Ventilsitz 21a abhebt, so kann Hydraulikflüssigkeit durch die Ventilöffnung 22 zur radialen Bohrung 28 strömen und von dort weiter in einen im Ventilblock 10 ausgebildeten Fluidkanal. Im Gegensatz hierzu wirkt ein Druck an der Bohrung 28 auf den Ventilschließkörper und hält diesen gegen den Ventilsitz 21a in Schließstellung, sodass von der Bohrung 28 keine Hydraulikflüssigkeit zurück zu der Ventilöffnung 22 fließen kann. Zum Entsperren des Rückschlagventils muss somit nicht nur die (verhältnismäßig geringe) Kraft der Ventilfeder 24, sondern auch der auf dem Ventilschließkörper 23 lastende Lastdruck bzw. die von diesem über die Querschnittsfläche der Ventilöffnung 22 ausgeübte Kraft überwunden werden.
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Der Stempel 14 des Steuerkolbens 12 greift durch die Ventilöffnung 22, ohne diese zu verschließen, in eine endseitige Ausnehmung des Ventilschließkörpers und kann gegen den Ventilschließkörper 23 verstellt werden, um diesen gegen die Kraft der Ventilfeder 24 und die von einem hydraulischen Druckpotenzial an der Bohrung 28 auf den Ventilschließkörper 23 ausgeübte Kraft von Ventilsitz 21a abzuheben und in eine Öffnungsstellung zu bewegen. Somit wird das Rückschlagventil durch Betätigung des Steuerkolbens 12 entsperrt, sodass Hydraulikflüssigkeit durch die Bohrung 28 und die Ventilöffnung 22 zurück in Richtung eines Tanks fließen kann.
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Die Kraft, die zum Entsperren des Rückschlagventils aufgebracht werden muss, setzt sich aus der auf den Handknauf 17 ausgeübten Kraft und der über die hydraulisch wirksame Ringfläche des Absatzes 18 auf den Steuerkolben ausgeübten hydraulischen Kraft zusammen. Hierzu ist über den im Ventilblock 10 ausgebildeten Fluidkanal 18b die in die Kolbenaufnahme 13 einmündende Hydraulikverbindung 18a mit dem Druckpotenzial an der Radialbohrung 28 verbunden. Somit wirkt auf den Absatz 18 derselbe Druck wie auf den Ventilschließkörper 23. Da die hydraulisch wirksame Fläche des Absatzes 18 etwas kleiner gewählt ist als die Querschnittsfläche der Ventilöffnung 22 wirkt immer noch eine Kraftresultierende auf den Ventilschließkörper, die diesen zusätzlich zu der Federkraft der Ventilfeder 24 gegen den Ventilsitz 21a erhält, sodass das Rückschlagventil 20 nicht selbsttätig öffnen kann. Jedoch ist die Kraft, die bei Handbetätigung über den Handknauf 17 ausgeübt werden muss, wesentlich reduziert. Somit kann das Rückschlagventil auch bei hohen anliegenden Druckpotenzialen von 130 bar oder höher noch von Hand entsperrt werden.
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In 3 ist eine Anwendung des Rückschlagventils 20 und des Ventilblocks 10 gezeigt. In dem Ventilblock 10 ist in die in 1 gezeigte Kavität 11 das Rückschlagventil 20 eingeschraubt. Auf der vom Rückschlagventil 20 abgewandten Seite ragt der Steuerkolben 12 aus dem Ventilblock 10 heraus und ist mit dem Handknauf 17 versehen. In eine weitere Ventilkavität ist ein Druckbegrenzungsventil 31 eingesetzt, welches mit einem Handrad 32 versehen ist, über welches der Öffnungsdruck eingestellt werden kann, bei dem das Druckbegrenzungsventil 31 öffnet. An seiner Unterseite weist der Ventilblock 10 einen Anschluss 33 für eine Druckquelle und einen Hydraulikanschluss 34 für einen hydraulischen Verbraucher wie etwa einen Hydraulikzylinder auf. Außerdem befinden sich an dem Ventilblock 10 noch ein Membranspeicher 35 und ein Manometer 36.
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In der Explosionszeichnung in 4 ist zu sehen, dass in die Ventilkavität 11 zunächst der Steuerkolben 12 eingeführt wird und anschließend das Rückschlagventil 20 eingeschraubt wird. Dessen Kappe 25 verschließt dabei gleichzeitig die Ventilkavität 11 fluiddicht.
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In 5 ist das hydraulische Schaltbild des Ventilblocks 10 gezeigt. Der Tankanschluss 33 führt über einen Fluidkanal zu dem Rückschlagventil 20, und zwar zu dessen von der Ventilöffnung 22 gebildeten Druckladeanschluss. Auf der anderen Seite, verbunden mit der Radialbohrung 28, befindet sich der Lasthalteanschluss des Rückschlagventils 20, von welchem ein Fluidkanal zu dem Hydraulikanschluss 34 führt, an dem ein hydraulischer Verbraucher angeschlossen wird. Außerdem ist der Membranspeicher 35 ebenfalls mit dem Lasthalteanschluss verbunden, sodass sich für den angeschlossenen Verbraucher eine hydropneumatische Federungsfunktion ergibt. Parallel zu dem Rückschlagventil ist das Druckbegrenzungsventil 31 geschaltet, welches bei einem einstellbaren Maximaldruck öffnet, sodass Hydraulikflüssigkeit wieder zurück zum Anschluss 33 und von dort zu einem Tank strömen kann, solange, bis der Überdruck abgebaut ist. Somit wird durch die Hydraulikschaltung im Ventilblock 10 der Druck am Anschluss 34 für einen Verbraucher auf einen einstellbaren Wert geregelt. In diesem Fall dient die Schaltung für ein Anbaugerät einer landwirtschaftlichen Zugmaschine. Wird diese abgestellt, so kann die Schaltung drucklos geschaltet werden, indem über den Handknauf 17 das Rückschlagventil entsperrt wird, sodass der Druck am Anschluss 34 in Richtung Anschluss 33 zu einem Tank hin entlastet werden kann.
