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Umsteuerventil für Förderaggregate mit wechselnder Drehrichtung Die
Erfindung bezieht sich auf ein Umsteuerventil für Förderaggregate mit wechselnder
Drehrichtung, das einen aus zwei durch eine Kolbenstange miteinander verbundenen
Kolben bestehenden Doppelkolben aufweist, der in einer zylindrischen Führung verschiebbar
gelagert ist, die im Bereich zwischen den beiden Kolben einen Anschluß für den Eintritt
des Druckmittels und an jedem Ende je einen mit dem Förderaggregat zu verbindenden
Anschluß sowie einen Anschluß für den Austritt des Druckmittels aufweist, wobei
der Abstand der Kolben und die Anordnung der Anschlüsse so gewählt sind, daß in
beiden Endstellungen des Doppelkolbens innerhalb seiner Führung jeweils nur einer
der Anschlüsse für das Förderaggregat zwischen den beiden Kolben liegt.
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Derartige Umsteuerventile bewirken, daß trotz Wechsels der Drehrichtung,
z. B. einer rotierenden Verdrängerpumpe, die Förderrichtung stets gleich bleibt.
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Die bekannten Umsteuerventile dieser Art haben den Nachteil, daß sie
sich bei Änderung der Drehrichtung des Förderaggregates nicht selbsttätig umstellen.
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Es sind zwar Ventilsysteme bekannt, die trotz wechselnder Drehrichtung
des Förderaggregates eine gleichbleibende Förderrichtung gewährleisten. Diese Ventilsysteme,
z. B. ein nach dem Hub-Druck-Prinzip arbeitendes Mehrfachkolbensystem oder ein Kugelventilsystem
mit mehreren Kugelsitzen, setzen sich aus zahlreichen Teilen zusammen und sind fertigungstechnisch
sehr aufwendig. Sie bieten überdies nicht die Möglichkeit, neben ihrer Funktion
als Umsteuerungsaggregat gleichzeitig auch als überdruckventil zu wirken.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Aufbau einfaches, zuverlässig
arbeitendes Umsteuerventil zu schaffen, das sich selbsttätig umstellt.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Umsteuerventil der eingangs
beschriebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden jenseits des Bereiches
zwischen den beiden Anschlüssen liegenden Ventilendräume mit mindestens einem Anschluß
für den Austritt des Druckmittels verbunden sind und mit je einer Zwischenwand versehen
sind, gegen welche einer der Kolben in seiner Endstellung dichtend zur Anlage kommt
und dabei den Raum in der Kolbenführung und zwischen den Kolben vom übrigen Ventilinnenraum
abschließt, wobei die Anschlüsse für das Förderaggregat so gegenüber den Kolben
dimensioniert und angeordnet sind, daß in beiden Endstellungen des Doppelkolbens
der außerhalb des Bereiches zwischen den Kolben liegende Anschluß für das Förderaggregat
mit dem benachbarten Ventilendraum Verbindung hat.
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Dadurch, daß die beiden Kolben in ihren Endstellungen jeweils auf
verschieden großen Flächen vom Druckmittel beaufschlagt werden und die vom Druckmittel
auf die beiden Kolben ausgeübten Kräfte sich nicht aufheben, hält die Kraftresultierende
den Doppelkolben in einer der Pumpendrehrichtung entsprechenden Stellung. Bei Umkehrung
der Pumpendrehrichtung wendet sich die Resultierende aus den vom Druckmittel auf
die Flächen des Doppelkolbens wirkenden Kräfte, so daß sich der Doppelkolben selbsttätig
in die der neuen Pumpendrehrichtung entsprechenden Stellung umstellt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, dieses neue Umsteuerventil
so auszubilden, daß es gleichzeitig auch als überdruckventil wirkt. Diese Aufgabe
wird nach der Erfindung gelöst durch eine Feder, z. B. eine Schraubenfeder oder
Tellerfeder, die bestrebt ist, die Kolben auseinander zu drücken, sowie durch eine
Ausnehmung an der Innenseite der zylindrischen Kolbenführung, deren Länge so bemessen
ist, daß sie sich in beiden Endstellungen des Doppelkolbens innerhalb des Raumes
zwischen den Kolben befindet, solange diese ihren maximalen Abstand voneinander
haben, daß sie jedoch beim Zueinanderhinbewegen der Kolben um einen bestimmten Betrag
mit dem mit dem oder den Anschlüssen für den Austritt des Druckmittels in Verbindung
stehenden Gehäuseinnenraum Verbindung erhält.
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Die Spannung der Feder sowie der Abstand der beiden Kolben können
mittels einer Schraubenmutter eingestellt werden, die auf ein Ende der Kolbenstange
aufgeschweißt ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
den übrigen Unteransprüchen.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in F i g. 1 einen Längsschnitt
durch ein Umsteuerventil mit in einer Endstellung befindlichen Doppelkolben, F i
g. 2 eine Ansicht nach der Schnittlinie I-I in F i g. 1, F i g. 3 eine Ansicht nach
der Schnittlinie II-II in Fig.1. F i g. 4 eine Ansicht nach der Schnittlinie 111-11I
in F i g. 1, F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Umsteuerventil
mit in gleicher Endstellung wie in F i g. 1 befindlichen Doppelkolben, F i g. 6
einen Längsschnitt durch ein Umsteuerventil mit einem Gehäuse gemäß F i g. 5, jedoch
mit abgewandeltem Doppelkolben, der sich in der anderen Endstellung befindet.
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Beim Umsteuerventil nach F i g. 1 weist das Ventilgehäuse 1 vier Anschlüsse
2, 3, 4, 5 auf. Die Anschlüsse 2 und 3 sind mit je einer Seite der Pumpe verbunden,
während der Anschluß 4 als Druckmittel-Eintritt und der Anschluß 5 als Druckmittel-Austritt
dient. Im Gehäuse 1 ist eine kreisbogenförmige Zwischenwandung 6 vorgesehen, die
zusammen mit dem unteren Teil der Gehäusewandung 1 eine zylindrische Führung für
einen Doppelkolben bildet. Der Doppelkolben besteht aus zwei Kolben 7 a und
7 b,
die auf den beiden Enden einer Kolbenstange 8 verschieblich gelagert
sind. Die beiden Kolben 7 a und 7 b werden von einer Feder 10 auseinandergedrückt,
so daß der Kolben 7 a am Sicherungsring 9 anliegt, der in eine Rille am Ende der
Kolbenstange 8 eingesetzt ist, und der Kolben 7 b an der Schraubenmutter 11 anliegt,
die am anderen Ende der Kolbenstange 8 auf diese aufgeschraubt ist. Die Kraft, mit
der die Feder 10 die Kolben auseinanderdrückt, ist mittels der Schraubenmutter
11 einstellbar. Die Zwischenwandung 6 ist so lang, daß sie gerade den Zwischenraum
zwischen zwei halbkreisförmigen Zwischenwänden 12 und 13 überspannt,
von denen eine an der Stirnseite des Gehäuses 1 und die andere an dem gegenüberliegenden
Gehäusedeckel 14 angebracht ist. Die Zwischenwände 12 und 13 haben gleiche Form
und Abmessungen. Sie verlaufen unter einem gewissen Abstand von der unteren Gehäusewandung
1 und konzentrisch zu dieser und sind mit radial abnebogenen Flanschen 12 a bzw.
13 a mit der Gehäusewandung 1 verbunden, so daß sie zwischen sich und der Gehäusewandung
1 einen halbringförmigen Zwischenraum 15 abgrenzen. Die Länge der Zwischenwandungen
12 und 13 ist so bemessen, daß sie etwas über den Rand der Anschlüsse 2 bzw. 3 zur
Gehäusemitte hin vorstehen und somit die Zwischenräume 15 in beiden Endstellungen
des Doppelkolbens mit den Anschlüssen 2 bzw. 3 und dem sich daran anschließenden
Gehäuseinnenraum Verbindung haben.
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In beiden Endstellungen liegt der Doppelkolben 7 a, 7 b, 8
mit jeweils einer Kolbenaußenseite an einer der beiden Zwischenwände 12,13 an, und
somit dient bei der in F i g. 1 gezeigten Endstellung die Wandung 13 als Anschlag
für den Kolben 7 b, während in der anderen Endstellung der Kolben 7 a an der Wandung
12 anschlägt. Die Zwischenwandung 6 weist bei der hier dargestellten Ausführungsform
im Bereich des Anschlusses 4 innen eine Ausnehmung 16 auf, deren Länge so bemessen
ist, daß sie sich in beiden Endstellungen des Doppelbodens innerhalb des Raumes
zwischen den Kolben 7 a und 7 b befindet, solange diese ihren maximalen
Abstand voneinander haben. Die Anordnung der Ausnehmung 16 ist dabei derart, daß
sie bei der in F i g. 1 gezeigten Stellung des Doppelkolbens mit einer Schmalseite
etwas in den Bereich des Kolbens 7 a vorsteht, wenn dieser am Sicherungsring 9 anliegt
und mit einem Ringkanal 17 a im Kolben 7 a Verbindung hat, während die andere Schmalseite
der Aussparung 16 eine solche Entfernung vom Kolben 7 b hat, daß sie beim übergang
des Doppelkolbens in die andere Endstellung mit einem Ringkanal 17 b im Kolben 7
b Verbindung erhält. Die Kanäle 17 a und 17 b dienen dem Druckausgleich.
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Das Umsteuerungsventil kann ins Pumpengehäuse, in den Pumpendeckel
oder auf der Pumpe selbst montiert oder als gesonderte Einheit eingesetzt werden,
sei es in horizontaler oder in senkrechter Lage. Die Arbeitsweise ist wie folgt:
Durch den Anschluß 4 tritt das Druckmittel in den von der unteren Gehäusewandung
und der Zwischenwandung 6 sowie den Kolben 7 a und 7 b begrenzten Raum ein. Wenn
die Drehrichtung der Pumpe so ist, daß der Anschluß 2 mit der Druck-Seite der Pumpe
und der Anschluß 3 mit der Saugseite verbunden ist, hat das Ventil die in F i g.
1 gezeigte Stellung, bei welcher das Druckmittel durch den Anschluß 3 zur Pumpe
gesaugt wird. Es wird dann von der Pumpe durch den Anschluß 2 in das Ventilgehäuse
1 gedrückt, in dem es in Richtung des Pfeils P 1 den Raum 18 durchströmt
und von diesem aus durch den Austritt 5 das Ventil verläßt.
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Bei diesem Strömungsweg übt das am Kolben 7 a vorbeiströmende Druckmittel
einen Druck auf dessen äußere Kolbenfläche aus, durch den der Doppelkolben - solange
der Druck nicht die einstellbare Kraft der Feder 10 übersteigt - in der gezeigten
Stellung gehalten wird, bei welcher der Kolben 7 b an der Zwischenwand 13 anliegt.
Zwar gelangt auch das Druckmittel auf dem durch den Pfeil P 2 bezeichneten
Weg auf einen Teil der Außenfläche des Kolbens 7b; da jedoch dort das Druckmittel
nicht auf die gesamte Kolbenfläche drückt, ist die auf den Kolben 7 b ausgeübte
Kraft kleiner als die auf den Kolben 7a ausgeübte entgegengerichtete Kraft.
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Der Doppelkolben wirkt in folgender Weise als Überdrucksicherung:
Wenn der auf den Kolben 7 a ausgeübte Druck die Kraft der Feder 10 übersteigt, wird
der Kolben 7 a unter Zusammendrücken der Feder 10 zum Kolben 7 b hin bewegt. Dadurch
gelangt der dem Kolben 7 a benachbarte Rand der Ausnehmung 16 in den Bereich außerhalb
des Doppelkolbens, so daß die Ausnehmung 16 mit dem Eintrittsanschluß 2 Verbindung
erhält und das Druckmittel über die seitlich über den Kolben 7 a vorstehende Ausnehmung
16 zur Saugseite gelangt.
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Wenn sich die Drehrichtung der Pumpe umkehrt, entsteht in dem mit
dem Anschluß in Verbindung stehenden Innenraum ein Sog, während in dem durch die
Kolben 7 a, 7 b und die zylindrische Führung 1, 6 begrenzten Innenraum ein
geringer Förderdruck auftritt, der auf die Innenflächen der Kolben 7 a und
7 b und auf einem Teil der' Außenfläche
des Kolbens 7 b
eine Kraft ausübt. Die vom Sog auf die Kolben ausgeübte Kraft ist außerdem für den
Kolben 7 a größer als für den Kolben 7 b,
weil sie beim Kolben 7 a
auf eine größere Fläche einwirken kann. Der Doppelkolben wird dadurch aus der in
F i g. 2 gezeigten Stellung nach rechts bewegt. In dieser neuen Endstellung liegt
der Kolben 7 a an der Zwischenwand 12 an, und der Kolben 7 b gibt die Verbindung
zwischen dem Anschluß 3 und dem Austritt 5 frei. Das Fördermittel strömt durch den
Eintritt 4 ein, gelangt über den Anschluß 2 in die Pumpe, die das
Druckmittel durch den Anschluß 3 in das Ventilgehäuse drückt, aus der es über den
Austritt 5 in die Druckleitung gelangt.
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Auch in dieser Stellung des Doppelkolbens wirkt das Umsteuerventil
als Überdrucksicherung.
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Die Bewegung des Doppelkolbens aus der einen Endstellung in die andere
erfolgt so schnell, daß das durch den Anschluß 3 in das Ventilgehäuse eingetretene
und nach Freigabe der Zwischenwand 13 durch den Kolben 7 b zum Austritt 5 strömende
Druckmittel keine Möglichkeit hat, über den Raum 18 zum Anschluß
2 zu gelangen, weil, ehe es an dieser Stelle eintreffen könnte, der Kolben
7 a bereits an der Zwischenwand 12 anliegt und damit die Öffnung vom Raum 18 abschließt.
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Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse
1 a zylindrisch ausgebildet und dient gleichzeitig als Führung für den Doppelkolben.
An Stelle eines Austritts 5 sind zwei Austritte 5', 5" vorgesehen, von denen je
einer angrenzend an den die Kolbenführung bildenden Teil des Gehäuses 1 angeordnet
ist. Die Austritte 5', 5" sind mit Anschluß-Stutzen 20 verbunden, die ein
Äquivalent für die durch die Pfeile P 1 und P 2 bezeichneten Durchgangsräume bei
der Ausführungsform nach F i g. 1 bilden. Von den Anschluß-Stutzen 20 führt eine
gemeinsame Druckleitung 21 ab. Das Ventil gemäß F i g. 5 entspricht im übrigen dem
Ventil nach den F i g. 1 bis 4. In F i g. 5 sind Anschluß-Stutzen 22 und 23 zur
Verbindung des Ventils mit der Pumpe gezeigt sowie Kanäle 24 zum widerstandsfreien
Durchgang des Mediums. Diese Kanäle können entfallen, wenn die Größe der Anschlüsse
22,23 im Verhältnis zur Leistung richtig gewählt ist.
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Das in F i g. 6 dargestellte Ventilgehäuse 1 a entspricht dem in F
i g. 5. Der Doppelkolben mit den Kolben 7 a und 7 b sowie der Kolbenstange
8 mit Sicherungsring 9 und Schraubenmutter 11 weist an Stelle einer Schraubenfeder
eine Tellerfeder 25 auf. Diese Tellerfeder 25 liegt zwischen dem Kolben 7 a und
einer auf die Kolbenstange 8 aufgeschobenen Hülse 26.
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Durch entsprechende Änderung des Federaufbaues kann erreicht werden,
daß beide Kolben bei gewünschtem unterschiedlichem Überdruck als überdrucksicherung
in Wirkung treten. Es muß dann jedoch auf beiden Enden je eine Sechskantmutter vorhanden
sein und die Kolbenstange auf der Seite des niedrigen Druckes an dem Deckel 14 anliegen,
wodurch der Sicherungsring 19 entfällt. Die Ausnehmung 16 kann entfallen, wenn die
Öffnung 4 die gleiche Breite hat -,vie der Doppelkolben 7 a, 7 b, B.