DE1938414U

DE1938414U - Ueberdruckventil fuer druckraeume, insbesondere hydraulischer anlagen.

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Publication number: DE1938414U
Application number: DEV17732U
Authority: DE
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1965-06-12
Filing date: 1965-06-12
Publication date: 1966-05-12

Description

Überdruckventil für Druckräume insbesondere hydraulischer Anlagen

Die - bezieht sich auf ein Überdruckventil für Druckräume insbesondere hydraulischer Anlagen» 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 Durchtrittsöffnung die erwähnte an die Druckerhöhung geknüpfte Bedingung, jedoch treten bei diesen Ventilen unzulässige Rüttelschwingungen auf, die zu gefährlichen Druckschwankungen und unerträglichem Geräusch führen»

Es sind ferner sogenannte vorgesteuerte Sicherheitsventile bekanntgeworden, welche die Nachteile der vorerwähnten normalen Sicherheitsventile nicht aufweisen. Die vorgesteuerten Sicherheitsventile sind z.B. mit einem Differenzkolben ausgerüstet, dessen größere Kolbenfläche im normalen Betriebszustand in einer sogenannten Gegendruckkammer durch den Druck des Druckmediums im Schließsinne beaufschlagt ist. Mittels eines auf den gewünschten Überdruck ansprechenden Hilfssteuerorgans, etwa eines kleinen Indikatorkolbens

oder eines Xugelventlles, 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 Differenzkolbens, und zwar im Öffnungssinne, beaufschlagt wird und damit das Ventil völlig öffnet.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das relativ kleine Hilfssteuerorgan immer wieder zu Beanstandungen Anlaß gibt^ da es schon bei geringster Verschmutzung zu Störungen neigt,

Neuerung
Aufgabe der ist es, ein Überdruckventil zu schaffen, bei welchem die Drucksteuerung im Druckraum bei allein vom Überdruckventil aufzunehmender voller Förderung der Druckpumpe nicht mehr als 10 % beträgt und welches die erwähnten Nachteile der bekannten Ventile nicht hat.

Bei einem Überdruckventil für Druckräume, insbesondere hydraulischer Anlagen, mit einem im Schließsinne federbelasteten, als Differenzkolben ausgebildeten Kolbenschieber, dessen eine Kolbenfläche unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung steht, und zwar im Öffnungssinne, und von dem die Beaufschlagung der anderen Kolbenfläche zwecks Veränderung der auf den Kolbenschieber einwirkenden resultierenden Kraft durch ein druckabhängiges Steuerglied gesteuert wlrdj

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wird dieses Problem nach der dadurch gelöst, daß der Kolbenschieber eine bei Druckbeaufschlagung im Öffnungssinne wirksame resultierende kleinere und eine bei Druckbeaufschlagung im Öffnungssinne wirksame resultierende größere Kolbenfläche aufweist, und daß der Kolbenschieber selbst als Steuerglied ausgebildet ist, derart, daß erst nach einem durch entsprechende Beaufschlagung der resultierenden kleineren Kolbenfläche bewirkten Teilhub des Kolbenschiebers die resultierende größere Kolbenfläche wirksam wird.

Dabei ist vorzugsweise am Kolbenschieber eine Steuerkante ausgebildet, die einer als Durchlaßöffnung (Ein- oder Auslaß) für das Druckmedium dienenden Ringnut zugeordnet ist.

Ein nach der ausgebildetes Überdruckventil öffnet zunächst bis zu einem bestimmten Hub wie ein normales Ventil mit stabiler Charakteristik. Dabei reicht diese erste Voröffnungsphase in der Regel nicht aus, um die volle von der Druckmittelpumpe geförderte Druckmittelmenge abzuführen. Nach Zurücklegung eines bestimmten Öffnungsweges beim Wirksamwerden der resultierenden größeren Kolbenfläche führt das Ventil ganz plötzlich einen zusätzlichen Hub im Öffnungssinne aus, wodurch bei dem im Zeitpunkt dieser plötzlichen Hubbewegung herrschenden Überdruck eine ebenso plötzliche Vergrößerung des Abströmquerschnittes erzielt wird«. Auf Grund dieser Ausbildung erhält man ein völlig stabiles Verhalten des Ventiles in dieser zweiten Öffnungsphase und es treten keinerlei Rüttelschwingungen bzw. störende Geräusche auf. Durch entsprechende Dimensionierung der Durchflußquerschnitte ist es ohne Schwierigkeiten möglich, der gestellten Bedingung zu genügen, daß die Drucksteigerung nicht 10 % des Betriebsdruckes übersteigen darf _s wenn bei Überschreiten des Betriebsdruckes die volle Förderung der Druckpumpe allein über das Überdruckventil abgeführt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Überdruckventiles nach der

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Erfindung- besteht darin,, daß beim Schließvorgang, d.h., wenn die auf den Kolbenschieber im Öffnungssinn wirkende vom Druckmittel herrührende resultierende Kraft kleiner als die im Schließsinne wirkende Federkraft wird _s nach Ausführung eines entsprechenden, die zweite Öffnungsphase rückgängig machenden Teilhubes im Schließsinne _s die durch das Druckmittel im Öffnungssinn beaufschlagte Kolbenfläche sich plötzlich verringert und dadurch das Ventil mit Sicherheit ruckartig geschlossen wird.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der 'dient als gesteuerte Kolbenfläche die als Ringfläche ausgebildete Differenzfläche zwischen den Querschnittsflächen der Kolbenteile mit größerem und kleinerem Durchmesser.

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Eine Möglichkeit zur Verwirklichung - besteht darin* daß der für die gesteuerte Kolbenfläche dienende Zylinder-

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raum mit einer Stelle niedrigeren Druckes als im Druckraum, Z-B₀ mit der freien Atmosphäre gedrosselt verbunden ist und daß die gesteuerte Durchlaßöffnung über eine gedrosselte Leitung an den Druckraum angeschlossen ist. Hierbei steht also zunächst nur die Stirnfläche des Kolbens mit kleinerem Durchmesser unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung, während z.B. die die Differenzflächen zwischen dem kleinen und großen Kolbendurchmesser darstellende Kolbenringfläche erst nach Ausführung eines bestimmten Hubes zusätzlich im Öffnungssinne beaufschlagt wird» Erst dann wird als im öffnungssinne resultierende Kolbenfläche die Summe der kleinen Stirn fläche und dieser Ringfläche wirksam* welche gleich der Kolbenfläche des Kolbens mit großem Durchmesser ist*

cfer g Gemäß einer anderen Möglichkeit der Verwirklichung ist der für die gesteuerte Kolbenfläche dienende Zylinderraum mit dem Druckraum gedrosselt verbunden und die gesteuerte Durchlaßöffnung gedrosselt an eine Stelle niedrigeren Druckes, z.B. die freie Atmosphäre angeschlossene Hierbei steht zwar von vornherein die Stirnfläche des Kolbens mit dem größeren Durchmesser unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung, aber die zwischen großem und kleinem Kolbendurchmesser gebildete Ringfläche ist in diesem Falle in Geschlossenstellung und während der ersten Hubphase im Schließsinne druckbeaufschlagt _s so daß durch das Druckmittel nur eine dem kleineren Kolbendurchmesser entsprechende resultierende Fläche im öffnungssinne beaufschlagt ist. Nach Ausführung eines bestimmten Kolbenhubes wird dann diese Ringfläche plötzlich vom Druck des Druckmittels nach Maßgabe des Verhältnisses der beiden Drosselquerschnitte zueinander entlastet, so daß dann als im öffnungssinne resultierende druckmittelbeaufschlagte Fläche die Querschnittsfläche des Kolbens mit größerem Durchmesser wirksam wird.

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Die ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt ein Überdruckventil, bei welchem die Stirnfläche des Kolbenteiles mit kleinerem Durchmesser des als Differenzkolben ausgebildeten Kolbenschiebers unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung steht, und

Fig. 2 im Längs scnriitt einer anderen Ausführungsform des Ventiles, bei welchem die Stirnfläche des Kolbenteiles mit größerem Durchmesser unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung steht.

Bei der Ausführung gemäß Fig» 1 ist im Ventilgehäuse 1 ein als Differenzkolben ausgebildeter Kolbenschieber längsverschiebbar gelagert. Der Zylinderraum 3 ist unmittelbar an den nicht dargestellten Druckraum angeschlossen* so daß die Kolbenkreisfläche F₁ des Kolbenteils 2⁸ mit kleinerem Durchmesser ständig unmittelbar druckmittelbeaufschlagt ist» Der hierdurch im Öffnungssinn auf den Kolbenschieber 2 einwirkenden Kraft wirkt eine Feder 4 entgegen, deren Federkraft mittels der Verstellschraube 5 einstellbar ist. Überschreitet der auf die Fläche F. wirkende Druck einen der Federkraft entsprechenden Wert _f dann beginnt sich das Ventil zu öffnen und der Drosselkonus 6 gibt einen in den Ringraum 7 führenden Ringquerschnitt freis durch welchen das Druckmittel in die ins Freie bzw» zum Rücklauf zur Druckmittelpumpe führende öffnung 8 abströmt» Wenn eine größere Menge Druckmittel durch die Druckmittelpumpegefordert wird als abströmen kann_s dann öffnet das Ventil auf Grund des zunehmenden Druckmitteldruckes immer weiter_s bis die Kante 9 des Kolbenschiebers 2 die Überdeckung 10 überfahren hat und dadurch der bisher drucklose Zylinderraum 12 mit dem Ringraum 11 verbunden ist, der über eine Verbindungsleitung 1J5 mit einem Drosselglied 14 an den Raum 3 und damit an den Druckraum angeschlossen ist. Somit wird nach Überfahren der Überdeckung 10 die Ringfläche Fp des Kolbenschiebers 2 ebenfalls im Öffnungssinne beaufschlagt, so daß der Druckmitteldruck plötzlich auch auf die Fläche F₂ und damit insgesamt auf die resultierende Summe der Flächen F, + F des Kolbenschiebers 2 wirksam wird, wodurch ein ruckartiges vollständiges Öffnen des Ventiles erfolgt „Das über die Drossel I²I- in den Zylinderraum 12 zuströmende Druckmittel fließt über eine Drosselstelle 15 durch eine, öffnung 16 im Gehäuse 1 ins Freie bzw. in den Rücklauf zur Druckmittelpumpe ab.

Der Schließvorgang findet in analoger Weise in umgekehrter Folge statte Wenn der Druck im Druckraum so weit gesunken ist, daß die Federkraft der Feder 4 größer wird als die auf Grund der Druckbeaufschlagung auf die resultierende Fläche F , + F ₂ im Öffnungssinne wirkende Kraft, beginnt das Ventil zu schließen. In dem Augenblick* in dem der Ringraum 11 durch den Kolbenschieber 2 wieder abgesperrt wird, verringert sich die druckbeaufschlagte resultierende Kolbenfläche plötzlich um den Wert F . was ein ruckartiges kräftiges Schließen des Ventiles zur Folge hat.

Mit 17 ist eine schematisch dargestellte Vorrichtung zum manuellen Anlüften des Ventiles bezeichnet«

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig« 2 ist die Stirnfläche des Kolbenteiles 2" mit größerem Durchmesser des als Differenzkolben ausgebildeten Kolbenschiebers 2 dem Zylinderraum 3 zugewendet, der unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung steht» Der der kreis·= ringförmigen Kolbenfläche Fp zugeordnete Zylinderraum 12 ist über die Drossel l8 und Verbindungsleitung 19 im Kolbenschieber 2 mit dem Zylinderraum 3 und somit dem Druckraum verbunden, so daß in Ges^chlossenstellung des Ventiles und während der ersten öffnungsphase die Kolbenfläche Fp ständig im Schließsinne druckbeaufschlagt ist. In Geschlossenstellung und während der ersten Hubphase ist also im Öffnungssinne nur eine der Fläche F-, entsprechende resultierende Kolbenfläche druckbeaufschlagt„

Wird im Falle des Ansprechens des Ventils nach Ausführung der ersten Hubphase von der am Kolbenschieber 2 ausgebildeten Steuerkante 20 die Uberdeckung 10 überfahren, dann wird eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum 12 und dem Ringraum 11 hergestellt, der über eine Verbindungsleitung 21 und Drosselglied 22 mit der freien Atmosphäre bzw. dem Rücklauf zur Druckmittelpumpe verbunden ist» Damit wird der im Schließsinne wirkende Druckmitteldruck auf die Ringfläche F₂ abgebaut, so daß nunmehr die gesamte dem Zylinderraum j5 zugewendete resultierende Zylinderfläche F, + F im Öffnungssinne plötzlich wirksam wird, was ein ruckartiges vollständiges Öffnen des Ventils zur Folge hat,, Das Ventil bleibt solange offen, bis die im Öffnungssinne wirkende vom Druckmittel herrührende Kraft kleiner als die im Schließsinne wirkende Federkraft geworden ist. Das Ventil beginnt zu schließen» In dem Augenblick, in dem die Verbindung zwischen dem Ringraum 11 und Zylinderraum 12 wieder unterbrochen wird, baut sich im Zylinderraum 12 wiederum der Druckmitteldruck auf, so daß das Druckmittel im öffnenden Sinne plötzlich nur noch auf die resultierende Fläche F, wirksam ist. Hierdurch wird ein ruckartiges kräftiges Schließen des Ventils herbeigeführt»

In beiden Ausführungsbeispielen hat man es durch geeignete Wahl der der Drosselquerschnitte 14 und 15 bzw, 21 und 22 in der Hand_s bei

gegebener Federcharakteristik der Feder 4 die öffnungsgeschwindi^ keit und das Ausmaß der Öffnung des Ventils während der zweiten Hubphase festzulegen^ wobei jedoch auf den Rückstell- bzw» Schließdruck Rücksicht zu nehmen ist«

Heidenheim,, 9 „ Juni 1965
JB/ERo

Claims

RA. 158 888*2^.3.66

A 2684 "Sicherheitsventil"

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Überdruckventil für Druckräume, insbesondere hydraulischer Anlagerii>mit einem im Schließsinn federnd belasteten, als Differenzkolben ausgebildeten Kolbenschieber, dessen eine Kolbenfläche unmittelbar mit dem Druckraum in Verbindung steht, und zwar im Öffnungssinne und von dem die Beaufschlagung der anderen Kolbenfläche zwecks Veränderung der auf den Kolbenschieber einwirken= den resultierenden Kraft durch ein druckabhängiges Steuerglied gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber eine bei Druckbeaufschlagung im Öffnungssinne wirksame resultierende kleinere und eine bei Druckbeaufschlagung im Öffnungssinne wirksame resultierende größere Kolbenfläche aufweist und daß der Kolbenschieber selbst als Steuerglied ausgebildet ist _a derart, daß erst nach einem durch entsprechende Beaufschlagung der resultierenden kleineren Kolbenfläche bewirkten Teilhub des Kolbensschiebers die resultierende größere Kolbenfläche wirksam isto

Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenschieber eine Steuerkante ausgebildet ist, die einer als Durchlaßöffnung (Ein- oder Auslaß) für das Druckmedium dienenden Ringnut zugeordnet ist.

Überdruckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als gesteuerte Kolbenfläche die als Ringfläche ausgebildete Differenzfläche zwischen den Querschnittsflächen der Kolbenteile mit größerem und kleinerem Durchmesser diente

Überdruckventil nach Anspruch 2 oder 3s dadurch gekennzeichnet, daß der für die gesteuerte Kolbenfläche dienende Zylinderraum mit

einer Stelle niedrigeren Druckes als im Druckraum, z.B. mit der freien Atmosphäre gedrosselt verbunden ist und daß die gesteuerte Durchlaßöffnung über eine Drosselverbindung an den Druckraum angeschlossen ist.

5. Überdruckventil nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet _s daß der für die gesteuerte Kolbenfläche dienende Zylinderraum mit dem Druckraum gedrosselt verbunden ist und daß die gesteuerte Durchlaßöffnung gedrosselt an eine Stelle niedrigeren Druckes* z.B. die freie Atmosphäre, angeschlossen ist«

6. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Druckraum zugewandte Kolben einen Drossel= konus aufweist.

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Heidenheim, den 9.Juni 1965
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