DE1800524A1 - Federbelastetes UEberdruckventil,insbesondere fuer Druckraeume - Google Patents

Description

Federbelastetes Überdruckventil, insbesondere für Druckräume

Die Erfindung bezieht sich auf ein federbelastetes Überdruckventil, insbesondere für Druckräume, mit einem als Differentialkolben ausgebildeten Verschlußstück, dessen im Schließsinne druckbeaufschlagbare'Differenzfläche einen Raum abgrenzt, der mit dem Druckraum über wenigstens eine Steuerleitung in Verbindung steht.

Nach den Vorschriften der Sicherheitsbehörden darf sich der Druck in Druckspeichern nicht mehr als 10 $ über den Betriebsdruck erhöhen, wenn bei Versagen der mit dem Druckspeicher in Verbindung stehenden Einrichtung, wie z.B. einer hydraulischen Steuereinrichtung, die volle Förderung der Druckmittelpumpe über das Überdruckventil abgeführt werden muß.

Erfahrungsgemäß tritt bei den üblichen bekannten federbelasteten Sicherheitsventilen, deren Abschlußkörper zwecks Erzielung eines stabilen Verhaltens bis zur vollen Öffnung mit einem Drosselkonus ausgerüstet sind, eine Druckerhöhung von wesentlich mehr als 10 $> des Betriebsdruckes auf.

Federbelastete Sitzventile ohne Drosselkonus erfüllen zwar bei ausreichender Bemessung der lichten Weite der Durch- ' trittsöffnung die erwähnte, an die Druckerhöhung geknüpfte Bedingung, jedoch treten bei diesen Ventilen unzulässige Rüttelschwingungen auf, die zu gefährlichen Druckschwankungen und unerträglichem Geräusch führen.

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Es sind ferner sogenannte vorgesteuerte Sicherheiteventile bekanntgeworden, welche die Nachteile der vorerwähnten normalen Sicherheitsventile nicht aufweisen. Die vorgesteuerten Sicherheitsventile sind z.B. mit einem Differentialkolben ausgerüstet, dessen größere Kolbenfläche im normalen Betriebszustand in einer sogenannten Gegendruckkammer durch den Druck des Druckmediums im Schließsinn beaufschlagt ist ("Konstruktion", 1961, Seite 381). Mittels eines auf den gewünschten Überdruck ansprechenden Hilfssteuerorgangs, etwa eines kleinen Indikatorkolbens oder eines Kugelventils, wird entweder die Verbindung zur Gegendruckkammer unterbrochen oder die Gegendruckkammer mit dem Ablauf verbunden oder auch beide Maßnahmen gleichzeitig durchgeführt, so daß nur noch die kleinere Kolbenfläche des Differentialkolbens, und zwar im Öffnungssinn, beaufschlagt wird und damit das Ventil völlig öffnet.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß. das relativ kleine Hilfssteuerorgan schon bei geringster Verschmutzung zu Störungen neigt.

Es ist weiterhin ein mit Differentialkolben, ausgerüstetes Sicherheitsventil bekannt, bei welchem eise mit einer Drosselstelle versehene leitung vorgesehen ist, die einerseits mit dem Druckraum, andererseits mit dem durch die Differenzfläche des Verschlußstückes begrenzten Raum in durch die Steuerkante gesteuerter oder in ständiger Verbindung steht, wobei der Raum seinerseits über eine Drosselbohrung in ständiger bzw. in durch die Steuerkante gesteuerter Verbindung mit einem Raum niedrigeren Druckes als in dem durch die Differenzflächen begrenzten Raum steht (deutsche Patentschrift 1 254 925).

Bei derartigen Sicherheitsventilen ist es zwar- möglich, die Druckerhöhung unter dem behörlich vorgeschriebenen Maximalwert zu halten. Je weicher aber die Feder mit dem Ziel ausgebildet ^l wird, die sich aus der Druckerhöhung ergebende Druckdifferenz weiter herabzusetzen, um so mehr neigen die Ventile sum Plattern, wenn die Zu- und Abströmungsöffnungen in. eiern durch die gesteuerte Differenzfläche begrenzten Raum gleichseitig geöffnet sind und insbesondere wenn sie außerdem als Sitzventil

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ohne Drosselkonus oder als Kolbenschieberventil ausgebildet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überdruckventil zu schaffen, bei welchem die Druckerhöhung im Druckraum bei allein vom Überdruckventil aufzunehmender voller Förderung der Druckpumpe nicht mehr als 10 i» beträgt und welches die erwähnten Nachteile der bekannten Ventile wie insbesondere die Neigung zum Plattern nicht aufweist.

Die Erfindung löet das Problem dadurch, daß bei einem eingangs geschilderten Ventil der durch die Differenzfläche begrenzte Raum einzig mit dem Druckraum in Verbindung steht und die bzw. jede Steuerleitung druckraumseitig in einem Bereich mündet, in dem beim Ansprechen des Ventils die größte Abströmgeschwindigkeit aus dem Druckraum herrscht.

Bei geschlossenem Ventil herrscht in dem durch die Differenzfläche begrenzten Raum der gleiche Druck wie in dem Druckraum. Dieser Druck wirkt zusätzlich zu den Federn im Schließsinne auf den Differentialkolben, öffnet nun bei einem entsprechenden Druckanstieg im Druckraum der Differentialkolben ein wenig, und zwar zunächst wie ein normales Ventil mit stabiler Charakteristik, dann beginnt das Medium aus dem Druckraum durch den freigegebenen Spalt abzuströmen. Da nach Bernoulli die Summe aus kinetischer und potentieller Energie immer konstant bleibt, wird die potentielle Energie in Gesehwindigkeitsenergie umgewandelt und es sinkt der Druck-an der druckraumseitigen Hündung der Steuerleitung und damit der Druck auf die Differenzfläche, wodurch der Differentialkolben plötzlich völlig öffnet. Nachdem der unzulässige Überdruck abgelassen ist und sich im Druckraum ein Druck unter dem der Federkraft entsprechenden Druck eingestellt hat, beginnt das Ventil zu schließen, bis die Abströmöffnung wieder geschlossen ist und kein Betriebsmedium mehr abströmt. In diesem Augenblick wird der Betriebsdruck des Mediums wieder voll auf der Differenzfläche wirksam, das Ventil schließt fest. Das Verhalten des Ventiles ist in jedem Betriebspunkt völlig stabil und es treten keinerlei Schwingungen oder Flattern auf. Durch

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entsprechende Dimensionierung der Differenzfläche in Abstimmung mit der Federkonstante der Druckfeder hat man es leicht in der Hand, sowohl die Drucksteigerung als auch die Drucksenkung bis zum Schließen des Ventils unter 10 $> des Ansprechdruckes zu halten.

Die Steuerleitung kann im Ventilgehäuse oder im Verschlußstück angeordnet sein. Im allgemeinen ist aus Gründen der Herstellung eine Anordnung der Steuerleitung im Verschlußstück vorzuziehen. Bei einem als Sitzventil ausgebildeten Verschlußstück mündet die Steuerleitung zweckmäßigerweise unmittelbar innerhalb des Innen- | randes der im wesentlichen kreisringförmigen oder die Mantelfläche eines Kegelstumpfes bildenden Dichtflächen zwischen Gehäuse und Verschlußstück. Ist das Verschlußstück als becherförmiger, mit seinem Hohlraum dem Druckbehälter zugewandter Kolbenschieber mit im wesentlichen radial verlaufenden Abströmöffnungen, wie Bohrungen, Schlitzen od.dgl. ausgebildet, dann mündet gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung jede Steuerleitung druckraumseitig in der im wesentlichen radial zum Kolbenschieber verlaufenden Wand einer Abströmöffnung, und zwar vorzugsweise in dem beim Öffnen des Ventiles zuerst den Abströmkanal im Ventilgehäuse erreichenden Wandbereich. In der Regel genügt es, wenn eine einzige Steuerleitung vorgesehen wird.

\ Die Erfindung ist im folgenden an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Darin zeigt

Pig. 1 im Längsschnitt ein als Sitzventil ausgebildetes Überdruckventil und

Fig. 2 im Längsschnitt den unteren Teil eines mit

einem Kolbenschieber ausgerüsteten Überdruck- ventils.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist im Ventilgehäuse 1 ein als Differentialkolben ausgebildetes Verschlußstück 2 längsverschiebbar gelagert und wird mittels einer Druckfeder 3 gegen

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she 4 des Verschlußstückes gedrückt.

die kreisringförmige Sitzfläche 4 des Verschlußstückes gedrücl Die Spannung der Feder 3 kann durch die Schraube 5 verändert werden. Der Raum 6 steht in unmittelbarer Verbindung mit dem nicht dargestellten abzusichernden Druckraum. Die kreisringförmige Differenzfläche 7 des Differentialkolbens 2 begrenzt einen Zylinderraum 8 im Gehäuse, aus dem eine Steuerleitung 9 führt, die im Raum 6 innerhalb des Innenrandes der Sitzfläche 4 mündet. Bei geschlossenem Ventil steht also der Zylinderraum 8 unter dem gleichen Druck wie der Raum 6, d.h. wie der abzusichernde Druckraum, so daß die Differenzfläche 7 im Schließsinne druckmittelbeaufschlagt ist. Diese Schließkraft ergänzt sich mit der der Feder 3 zu dem Ansprechdruck. Wird nun bei Überschreiten des Ansprechdruckes im Druckraum das Verschlußstück 2 angehoben, dann strömt das Druckmedium aus dem Druckraum über den Raum 6 in den Abströmringraum 10 und weiter in den Abströmkanal 11 ab. Die größte Abströmgeschwindigkeit entsteht dabei an dem Übergang aus dem Raum 6 in den Ringraum 10, d.h. im Bereich der Dichtfläche 4 und der Mündung der Steuerleitung 9· Durch den hierdurch herbeigeführten Druckabfall in der Steuerleitung 9 verringert sich die auf das Verschlußstück 2 wirkende Schließkraft und das Verschlußstück öffnet plötzlich völlig. Beim Schließvorgang baut sich dagegen der Druck im Ringraum 8 unmittelbar nach dem Schließen des Ventils wieder auf, wodurch sich eine sehr stabile Ventilcharakteristik ergibt. In der Steuerleitung 9 wird vorzugsweise eine Drosselstelle 9^! vorgesehen, die noch zusätzlich einem Flattern entgegenwirkt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Differentialkolben 12 als becherförmiger Kolbenschieber mit zylindrischer Dichtflache 13 ausgebildet. Die aus dem durch die Differenzfläche 7 begrenzten Zylinderraum 8 führende Steuerleitung 9 ist in dieser Variante im Versehlußstück 12 angeordnet und mündet in den beim Öffnen zuerst den Abströmringraum 10 erreichenden Wandbereich der Abströmöffnungen 14 im Versehlußstück 12. Dabei ist der Teil 9" der Steuerleitung auch hier als Drossel ausgebildet. Mit 15 ist eine Ansehlagmutter für das Versehlußstück 12 bezeichnet. Der Bereich der größten Abströmgeschwindigkeit liegt im oberen Bereich der Innenwand der Abströmbohrung 14, wo die Steuerleitung 9 mündet.

Heidenheim^en 25.9.1968

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Claims (6)

ap/A 2887 J»M. VcfiS Kennwort: "Sicherheitsventil II" Heidenheim/Brenz Patentansprüche

1. Federbelastetes Überdruckventil, insbesondere für Druckräume, mit einem als Differentialkolben ausgebildeten Verschlußstück, dessen im Schließsinne druckbeaufschlagbare Differenzfläche einen Baum abgrenzt, der mit dem Druckraum über wenigstens

^ eine Steuerleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Differenzfläche begrenzte Raum einzig mit dem Druckraum in Verbindung steht und die bzw. 3ede Steuerleitung druckraumseitig in einem Bereich mündet, in dem beim Ansprechen des Ventils die größte Abströmgeschwindigkeit aus dem Druckraum herrscht.

2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung -innerhalb des Ventilgehäuses verläuft.

3. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung innerhalb des Verschlußstückes verläuft.

4· Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem als Sitzventil ausgebildeten Verschlußstück, dadurch ,gekennzeichnet, daß die Steuerleitung unmittelbar innerhalb des Innenrandes 'der im wesentlichen kreisringförmigen oder die Mantelfläche eines Kegelstumpfes bildenden Dichtfläche zwischen Gehäuse und Verschlußstück mündet.

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5. Oberdruckventil nach. Anspruch 3» dessen Verschlußstück als becherförmiger, mit seinem Hohlraum dem Druckbehälter zugewandter Kolbenschieber mit im wesentlichen radial verlaufenden Abströmöffnungen, wie Bohrungen, Schlitzen od.dgl., ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerleitung druckraumseitig in der im wesentlichen radial zum Kolbenschieber verlaufenden Wand einer Abströmöffnung mündet.

6. Überdruckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung druckraumseitig in dem beim öffnen des Ventils zuerst den Abströmkanal iin Ventilgehäuse erreichenden
Wandbereich der Abströmöffnung im Verschlußstück mündet.

Heidenheiiiii^Tten 25.9.1968
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