DE2419654C3 - Koaxialventil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Koaxialventil, das auf den am Ventil abfallenden DifferenzrJruck einer in der einen
und der anderen Strömungsriclr.jng durch einen
Strömungskanal fließenden Fluidströmung anspricht, um Strömung je nach der Strömungsrichtung durch
einen von zwei unterschiedlichen Ventilkanälen zu leiten, mit einem rohrförmigen Gehäuse, einem ersten
und einem zweiten Ventilsitz im Gehäuse, mit einem ersten und einem zweiten Ventilelement, die innerhalb
des Gehäuses koaxial angeordnet sind und getrennt in geöffnete und geschlossene Stellungen auf den ersten
bzw. den zweiten Ventilsitz hin bzw. von diesem weg verschiebbar sind, um den ersten bzw. den zweiten
Venlilkanal zu öffnen oder zu schließen, und mit Vorspanneinrichtungen, die die Ventilelemcnte in
einander entgegengesetzte Richtungen vorspannen.
Derartige Koaxialventile finden z. B. in hydrostatischen Systemen Verwendung, bei denen ein Strömungsmedium
bei Strömung in der einen Strömungsrichtung oder z. B. der sogenannten Vorwärtsströmung, durch
einen, ein Filterelement enthaltenden Ventilkanal hindurchgeleitet wird, während das Strömungsmedium
bei umgekehrter Strömungsrichtung, also z. B. bei Rückwärtsströmung, über einen anderen Ventilkanal
geführt wird, der das Filterelement umgeht. Dadurch wird verhindert, daß die Rückwärtsströmung durch das
Filterelement hindurchläuft und die am Filter abgeschiedenen Verunreinigungen wieder vom Filter löst und
zurü'.'k zur Pumpe und zum Motor des hydrostatischen
Systems transportiert.
Aus der GB-PS 12 99 861 ist ein Koaxialventil der
eingangs genannten Art bekannt, das in einem hydrostatischen System Verwendung findet. Ein Ventil-
element ist rohrförmig innerhalb des Gehäuses angeordnet und wird durch eine, um einem zentralen
Führungsstift herum angeordnete Feder in die Schließstellung gegen den ersten Ventilsitz im Gehäuse
gedrückt. Das zweite Ventilelement ist als Teller ausgebildet, der mittels einer ebenfalls um den
Führungsstift angeordneten Feder in Schließstellung gegen das rohrföiTnige erste Ventilelement vorgespannt
ist und bei Bewegung in Schließrichtung das koaxiale Ventilelement gegen dessen Federvorspannung in die
geöffnete Stellung drückt und dabei gleichzeitig den inneren Durchgang durch das koaxiale Ventilelement
schließt Dabei ist es nachteilig, daß der Ventilteller des bekannten Koaxialventils bei ungleichmäßiger Druckbeaufschlagung
Verkantungen und somit Störungen ausgesetzt ist und daß sich aufgrund des bekannten
Aufbaus eine relativ große Ansprechverzögerung beim Öffnen bzw. Schließen der Ventilkanäle ergibt
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Koaxia'iveriiii der eingangs genannten Art anzugeben,
das einen geringen Raumbedarf und eine geringe Masse der beweglichen Teile besitzt und eine erhöhte
Ansprechgeschwindigkeit aufweist, um bei einem Richtungswechsel der Strömung sofort die volle
Durchflußrate durch die Ventilkanäle hindurchtreten zu lassen, und dessen Aufbau eine flexible Verwendung
ermöglicht
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Ventilelemente rohrförmig ausgebildet und
konzentrisch ineinander angeordnet sind, daß jedes Ventilelemer.t eine vom Differenzdruck der Strömung
beaufschlagte Druckaufnahmefläche aufweist, an der das erste Ventilelement in eine erste Richtung auf den
ersten Ventilsitz hin oder von diesem weg, und das zweite Ventilelement in eine zweite Richtung auf den y,
zweiten Ventilsit?, iiin oder von diesem weg gegen die
Kraft der Vorspanneinrichtungen drückbar ist, daß beide Ventilelemente als Hubventile ausgebildet sind, so
daß sie sofoi ι öffnen bzw. schließen, wenn die Strömung
in der betreffenden Richtung einsetzt bzw. aufhört
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin,
daß die Ventilelemente beide rohrförmig als Hubventile ausgebildet sind und dadurch ein geringes Gewicht,
große Ansprechgeschwindigkeit besitzen und ein sehr rasches öfi'nen bzw. Schließen der Ventilkanalquer- 4>
schnitte ermöglichen. Aufgrund der ineinanderliegenden Ventilelemente besitzt das Koaxialventil eine
geringe Bauhöhe und eine geringe Störanfälligkeit, da eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung erfolgt, so daß
Verkantungen vermieden werden. Aufgrund der Störunanfälligkdt ist insbesondere auch der Einsatz der
Koaxialventile bei Flugzeugen möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
-,-.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. I ein Arbeitsschema für ein hydrostatisches System, bei dem eine Pumpe und ein Motor über zwei μ
Leitungen verbunden sind, deren jede eine Filtereinheit und ein Koaxialventil nach der Erfindung enthält;
F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Filtereinheit der Fig. I mit einer Filterkappe, einem rohrförmigen
Filterelement darin und einem erfindungsgemäßen (5 Koaxialventil innerhalb J-.s Filterelementes,das mit hin-
und herbewegbaren Ventilelementen die Strömung durch das Filterelement oder unter Umgehung desselben
steuert, und zwar unter vorbestimmten Bedingungen des Differentialdrucks, der durch die Strömung in
jeder der beiden Richtungen durch die Filtereinheit entsteht, wobei beide Ventilelemente in der Schließstellung
gezeigt sind;
Fig.3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der
Fig. 2;
F i g. 4 einen Längsschnitt nach der Linie 4-4 durch die Filtereinheit der Fig.2, wobei das erste Ventilelement
in der normalen Offenstellung für gefilterte Strömung durch das Filterelement gezeigt ist, wenn die Strömung
in der normalen Vorwärtsrichtung erfolgt, während das zweite Ventilelement geschlossen ist;
Fig.5 einen Längsschnitt nach der Linie 5-5 der
Fig.2, wobei das erste Ventilelement geschlossen gezeigt ist und das zweite Ventj'ielement in der
Offenstellung für die Umgehung des Filierelements, wenn die Strömung entweder in Vorwärtsrichtung
erfolgt und das Filter verstopft ist oder wenn die Strömung rückwärts verläuft;
F i g. 6 einen Querschnitt durch das Ventilelement der F i g. 4 und 5 nach der Linie 6-6 der F i g. 4;
F i g. 7 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Koaxialvcntils für
Vorwärts- und Rückwärtsströmung, ohne Durchgang für Entlastungsströmung, wobei die Ventilstellung für
Vorwärtsströmung gezeigt ist;
Fig.8 eine weitere Darstellung des Ventils der
F i g. 7, wobei die Ventilstellung für Rückwärtsströmung gezeigt ist; und
Fig.9 einen Querschnitt nach der Linie 9-9 der
Fig. 7.
Das in Fig. 1 gezeigte hydrostatische System ist ein
typisches System mit geschlossenem Kreislauf mit einer Pumpe P und einem Motor M, die über zwei
Strömungsleitungen Li und Ll verbunden sind. Die Leitung L 1 tritt an einer Stelle D 1 in den Motor e>ji, um
ihn in der einen Richtung anzutreiben bzw. zu drehen, und die Leitung L2 tritt in den Motor an einer
gegenüberliegenden Stelle D 2 ein, um ihn in der anderen Richtung zu betätigen. In der einen Umlaufrichtung
treibt der Motor über eine Antriebswelle S das System in Vorwärtsrichtung, wobei die Welle iich in der
einen Richtung dreht. In der umgekehrten Richtung treibt der Motor das System über die gleiche Welle 5 in
der entgegengesetzten Richtung. Von der Pumpe Püber die Leitung L 1 dem Motor M zugeführte Strömung
treibt daher das System in der einen Richtung, etwa der Vorwärtsrichtung, an, während von der Pumpe P über
die Leitung L 2 dem Motor Mzugeführte Strömung das
System in entgegengesetzter Richtung antreibt, etwa i.< Rückwärtsrichtung.
In jeder der Leitungen Li und L 2 befindet sich ein
Filter Fi bzw. F2, und ein Koaxialventil V1 bzw. V2. Je
zwei Leitungen 51 und Pi bzw. 52 und P2 verbinden
die Ventile Vl und V2 in Reihe bzw. in Parallelschaltung mit den Filtern Fl und F2, so daß die Strömung
entweder durch ά'·ζ Filter Fl und F2 hindurch oder
diese umgehend verläuft, jedoch nicht beides gleichzeitig. Wenn die Strömung in Richtung von der Pumpe
zum Motor durch eine der Leitungen L ί oder L 2 geht, verläuft sie über die in Reihe liegenden Leitungen 51
und 52 durch das Filter, und wenn die Strömung in Richtung vom Motor zur Pumpe durch eine der
Leitungen Li oder L 2 geht, verläuft sie über die
Parallelleitungen Pl, P2 unter Umgehung des Filters.
Da also die Strömung von der Pumpe zum Motor über die eine Leitung und zurück vom Motor zur Pumpe über
die andere Leitung erfolgt, geht sie entweder über L I.
51. FI zum Motor und über Ll. P2 zur Pumpe oder
über L 2. 5 2, F2 zum Motor und über Li. Pi zur
Pumpe.
Wenn während des Betriebs die Strömung vorwärts erfolgt von der Pumpe zum Motor, öffnet in der Leitung
L I das Ventil Vl, auf den sich ergebenden Differenzdruck
in Vorwärtsrichtung ansprechend, die Leitung 5 1 und die Strömung geht über das Filter FI zum Motor
M. Dabei bewirkt die Rückströmung über die Leitung L2 zum Ventil V2 daß dieses Ventil V2. auf den sich
ergebenden Differenzdruck, der Rückströmung ansprechend, die Leitung 52 schließt und dafür die Leitung P 2
öffnet, so daß die Rückströmung über P2 unter Umgehung des Filters F2 zur Pumpe erfolgt.
Eine Umkehr der Pumpenrichtung kehrt die Strömungsrichtung um, so daß die Strömung jetzt von der
Pumpe über die Leitung L2 zum Ventil V2 geht. Auf den sich ergebenden Differenzdruck ansprechend,
öffnet das Ventil V2 die Leitung 52 und schließt die Leitung P2. so daß die Strömung durch das Filter F2
zum Motor geht. Dabei erfolgt die Rückströmung über die Leitung L 1 und bewirkt, daß das Ventil V1, auf der,
Differenzdruck in der Rückströmung ansprechend, die Leitung Pl öffnet und die Leitung 51 schließt, so daß
bei der Rückströmung zur Pumpe das Filter Fl umgangen wird.
Im Falle, daß das Filter Fl und/oder das Filter F2 sich verstopft, steigt der Differenzdruck am Ventil Vl
und/oder V2 an. bis bei der Strömung ven der Pumpe zum Motor schließlich der Differenzdruck erreicht ist.
bei dem das Ventil die parallele Leitung Pi und/oder P2 öffnet, so daß das Filter umgangen und der
Differenzdruck abgebaut wird.
Die nachstehend als Filtereinheiten bezeichneten Filter F1 und F2 der F i g. 1 in den Leitungen L 1 oder
L 2 sind im einzelnen in den F i g. 2 bis 6 gezeigt, und weisen je ein Gehäuse 1 mit einem Einlaß 2 und einem
Auslaß 3 auf. die über eine Kammer 4 und die Koaxialventile VI oder V2 in Verbindung stehen. Die
Kammer 4 ist im wesentlichen von zylindrischer Form.
sieht oder aus einem mikroporösen, mehrschichtiger Element mit einem Papiersubstrat, wobei das Filter 27
auf einem inneren Kern 30 aus zylindrischem perforiertem rostfreiem Stahl mit Durchgangsöffnun
> gen 32 für die Strömung abgestützt ist und sowohl da; Filier wie der Kern durch Endkappen 28 und 2S
begrenz! sind. Die Enden des Filterelements und de<
Kerns sind durch eine geeignete Masse 31, beispielsweise keramisches Material, dicht mit den Endkappcr
ίο verbunden.
Die Endkappe 29 hat eine zentrale Öffnung 25, die durch einen Stutzen 33 der Filterkappe 9 verschlosser
ist, welche den zentralen Durchgang 35 innerhalb dei Kerns an diesem Ende verschließt und durch einer
π O-Ring 34, der durch einen Flansch 41 gehalten wird
abgedichtet ist.
Die Endkappe 28 hat eine zentrale Öffnung 36 unc einen die Öffnung umgebenden Flansch 37, der eine Nu
38 bildet, in der ein O-Ring 39 liegt. Dieser O-Ring 31
bewirkt die Abdichtung gegenüber einer Buchse 40.
Die Buchse ist ein Streifen aus rostfreiem Stahlblech der in die Form eines zentralen Rohrteils, auf den di<
Endkappe 28 aufgepaßt ist, und eines auswärt: gebogenen Flanschteils 42 gepreßt ist, der durcr
Schrauben 49 zwischen einem Ring 43 und einer Platt« 44 an dem Gehäuseteil 45 des Gehäuses 1 befesiigt ist
Der zentrale Teil der Buchse 40 erstreckt sich über eine
ausreichende Länge, um das Filterelement daran zi hindern, von der Buchse abgezogen zu werden, wenn di<
Filterkappe 9, wie in der Zeichnung gezeigt, an ihrei Stelle angebracht ist. Andererseits kann das Filterele
ment 26 sich auch nicht zu weit in der entgegengesetz ten Richtung auf den Gehäuseteil 45 zu bewegen
infolge eines Anschlags 46, der aus einem sich auswärt!
erstreckenden Flansch an einer äußeren Buchse 4/ besteht, die im Preßsitz auf die Buchse 40 aufgebrach
ist.
Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich ist, weist dk
Platte 44 drei mit Öffnungen 51 versehene Lappen auf durch welche die Schrauben 49 in Gewindebohrunger
49' des Gehäuseteils 45 eingeschraubt sind. Abstandsrin
r»o ^7 rm<-i in A iiccrvoriinnpn ^B on rie*r Innpncfllp rl<»<
Winkel von 90" vom Auslaß. Die Kammer 4 wird von
einem Gehäuseteil 6 begrenzt, der an dem dem Auslaß gegenüberliegenden Ende der Kammer 4 offen ist. Der
Gehäuseteil 6 endet in einem zylindrischen Gewindeteil 5 für eine Filterkappe 9. Dabei greift das Gewinde 7 in
Gegengewinde 8 an der Innenwand der Kappe 9 ein. Ein O-Ring 10 mit Stützring 10' in einer Aussparung 11 der
Kappe 9 dient als Abdichtung zwischen der Kappe 9 und dem Gewindeteil 5.
Der zentrale Teil der Kappe 9 enthält eine durchgehende Bohrung 13. und dient als Sockel für
einen Differenzdruck-Anzeiger 14. während eine zweite seitliche Bohrung 17 für die Drainage vorgesehen und
durch einen eingeschraubten Zapfen 18 verschlossen ist. Zwei O-Ringe 15 ergeben eine Abdichtung zwischen
dem Differenzdruck-Anzeiger 14 und der Bohrung 13. Weiter dient ein O-Ring 16 in einer umlaufenden Nut
des Zapfens 18 als Dichtung zwischen dem Zapfen 18 und der Bohrung 17. Die Kopfteile des Zapfens 18 und
des Anzeigers 14 sind sechseckig, um die Betätigung beim Einsetzen und Entfernen dieser Teile aus ihren
Bohrungen zu erleichtern.
Zentral in die Kammer 4 innerhalb des Gehäuseteils 6 ist ein Filterelement 26 eingesetzt, das aus einem
gewellten zylindrischen Filter 27. zweckmäßig aus rostfreiem Stahlgitter geeigneter Maschenweite, be-Gehäuseteils
45 eingepaßt, und haben Bohrungen 59 füi die Schrauben 49. Die Platte 44 wird durch die
•r. Schrauben 49 gegen die Ringe 57 gehalten.
Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. weist dei
untere Gehäuseteil 45 des Gehäuses 1 sine durchgehen de Bohrung 55 auf. welche den Auslaß 3 mit dei
Kammer 4 des Gehäuses verbindet. Die Bohrung 5i
so bildet mit einem aufgebohrten, erweiterten Teil dit
Aussparung 58. Die Platte 44 und der Ring 43 SJi1(J arr
Gehäuse über die Aussparung 58 und die Bohrung 55 befestigt.
Die Buchse 40 bildet ein rohrartiges Gehäuse für da«
in zwei Richtungen arbeitende Koaxialventi! Vl bzw V2, das am besten aus F i g. 4 bis 6 ersichtlich ist
Das Ventil weist ein erstes rohrartiges Ventilelemeni
50 auf. das in dem Ventil zwischen einer offenen unc geschlossenen Stellung in Richtung von einem Ventilsitj
52 an einer Ventilkappe 53 weg und zu diesem Ventilsiu hin bewegbar ist, wobei die Ventilkappe 53 den offener
zentralen Durchgang 55 durch das Ventil verschließi und an einer Buchse 54 befestigt ist Das Veniilelemeni
50 ist normalerweise in der geschlossenen Stellung, abei
es öffnet sich, unter vorwärtsgerichtetem Strömungsdruck, während der Strömung in den Leitungen L 1 odei
L 2 von der Pumpe P zum Motor M über da; Filterelement 26 vom Einlaß 2 zum Auslaß 3. Sowohl da;
rohrartige Ventilgehäuse 40 als auch das Ventilelcmcnt 50 ist aus rostfreiem Stahl.
tin zweites rohrföimiges Ventilelement 70, das sich
auch normalerweise in der geschlossenen Stellung befindet, aber bei abnormem Differenzdruck unter
Vorwärtsströmung durch das Filterelement oder unter dem Rück .Tömungs-Differenzdruck in der entgegengesetzten
Richtung öffnet, wird in der Buchse 40 durch den Ring bzw. die Klappe 43 gehalten. Dieses Ventilelement
70 kann sich innerhalb der Buchse 40 frei /wischen Stellungen auf dem Gehäuseteil 45 zu und von diesem
weg, in und außer abdichtender Berührung mit einem Ventilsitz 48 an der Oberfläche des Gehäuseteils 45.
innerhalb der Aussparung 58. bewegen.
Die Buchse 40 weist am oberen Ende einen einwärts gebogenen Flansch 61 um eine zentrale Öffnung 62
herum auf. Der Flansch 61 dient als Sitz für eine fprlprnrlp Vr*rcnannpinrir;Hf ijnrr A^ JJTl Vorliegenden Fiil!
eine Druckfeder aus vergütetem Stahl, die einen Federring 63' als Widerlager für das eine Ende der
Druckfeder 63 trägt. Das andere Ende der Feder 63 stützt sich gegen einen Flansch 60 der Buchse 54 ab. An
der anderen Seite des Flansches 60 ist. beispielsweise durch Schweißen. Anspritzen oder Löten ein Federring
65 befestigt, der sich gegen eine Schulter 66 am Ventilelement 70 abstützt.
Die Schulter 66 des Ventilelements 70 leitet zu einem
Endteil 71 mit verringertem Durchmesser über, und begrenzt auf diese Weise einen Raum 72 zwischen dem
Äußeren 'es Ventilelements 70 und dem Inneren des rohrartigen Gehäuses 40. Innerhalb des Raums 72
befindet sich ein O-Ring 59. der in diesem Raum frei gleiten und rotieren kann zugleich mit der Bewegung
des Ventilelements 70 in jeder der beiden Richtungen. Normalerweise ist der O-Ring 59 jedoch wie in F i g. 4
und 5 gezeigt an der Außenseite der Schulter 66 gehalten.
Auch das Ventilelement 50 hat eine Schulter 57, die zu einem Endteil 58 von vermindertem Durchmesser am
Ventilsitz 52 überleitet. Dadurch kann der Endteil 58 unbehindert von dem Flansch 56 der Ventilkappe 53 auf
den ventilsitz 52 trelfen. Gegen die Innenseite der
Schulter 57 stützt sich ein Ende einer zweiten Druckfeder 64 ab. deren anderes Ende gegen die
Innenfläche des Filterings 65 abgestützt ist.
Auf diese Weise liegt unter der Belastung der Federn
64 bzw. 63 jedes Ventilelement 50 bzw. 70 mil seinem einen Ende 58 bzw. 71 gegen den Ventilsitz 52 bzw. 48
an. was einer seiner Endstellungen entspricht. In der anderen Endstellung ist das Ventilelement 50 bzw. 70
vom Ventilsitz 52 bzw. 48 fort bewegt und gibt damit den Durchgang 75 bzw. 74 für die Strömung frei. Diese
Bewegungen der Ventilelemente 50 und 70 werden durch den Differenzdruck entgegen den Belastungen
durch die Federn 63 bzw. 64 gesteuert, wie nachstehend näher beschrieben ist.
Die Außenseite der Schulter 66 des Ventilelements 70
und der O-Ring 59 sind dem Strömungsdruck auf der Pumpenseite des Ventils in der Kammer 4 bei
Vorwärtsströmung in Richtung von der Pumpe zum Motor ausgesetzt. Die Innenseite der Schulter 66 ist
dem Strömungsdruck auf der Motorseite des Ventils in den offenen zentralen Durchgängen 35 und 68 des
Filterelements bzw. Ventils ausgesetzt Während der Von-värtsströrnung von der Pumpe zum Motor ist der
Druck in der Kammer 4 größer als in der Bohrung 55, und der resultierende Differenzdruck am Ventil tendiert
dazu, das Ventileiement 70 von seinem Sitz 48 abzuheben. Einer solchen Bewegung wirkt die Feder 63
entgegen, die das Ventileiement in Richtung auf seinen Sitz belastet, bis ein vorbestimmter Mindestwert des
Differenzdrucks in der Vorwärtsrichtumg erreicht ist.
Wenn die vom Differen/druck auf den O-Ring 59 und die Schulter 66 ausgeübte Kraft die Belastung durch die Feder 63 überwindet, hebt sich das Ventilelement 70 von seinem Sitz 48 ab und gibt dabei den Durchgang 74 unter Umgehung des Filterelements 26 für die
Wenn die vom Differen/druck auf den O-Ring 59 und die Schulter 66 ausgeübte Kraft die Belastung durch die Feder 63 überwindet, hebt sich das Ventilelement 70 von seinem Sitz 48 ab und gibt dabei den Durchgang 74 unter Umgehung des Filterelements 26 für die
in Strömung frei. Dies tritt ein, wenn die Strömung
vorwärts in Richtung von der Pumpe Püber die Leitung /. 1 oder L 2 zum Motor M durch die Kammer 4, das
Filterelement 26 zum Auslaß 3 über die zentralen Durchgänge 35 und 68 verläuft.
Das Ventilelement 70 ist auch angeordnet, um sich bei
Rückströmung vom Motor M über die Leitung L 1 oder L 2 zum Auslaß 3 und Bohrung 55 zum Einlaß 2 und von
Λα TMir Pnmnp PzM öffr!£r!. Es ist wünschenswert daß bei
der Rückströmung über die Leitung Li oder L2 das
Filterelement FX oder Fl umgangen wird, um das
Abladen von Verunreinigungen an der stromaufwärts gelegenen Seite des Filterelements 27 zu verhindern.
Dieses Öffnen des Ventils V1 oder V2 erfolgt unter der
Wirkung des Differenzdrucks bei Rückströmung an dem betreffenden Ventil. Die Innenseiten der Ventilkappe 53
und des Flansches 60 der Büchse 54 sind dem Strömungsdruck im Durchgang 68 ausgesetzt, und die
Außenseiten der Ventilkappe 53 und des Flansches 60 sind dem Strömungsdruck in der Kammer 4 ausgesetzt.
Das Ventil kann daher auf den Differenzdruck bei Rückströmung gegen die Kammer 4 vom Auslaß 3
ansprechen, der dazu tendiert, die Ventilkappe 53 und die Büchse 54 und mit ihnen die Feder 63 und das
Ventilelement 70 vom Ventilsitz 48 abzuheben. Bei Rückströmung ist der Druck im Raum 68 innerhalb des
Ventilelements 50 gegen die Schulter 57 größer als der Druck an der Außenseite des Ventilelements 50 gegen
die Schulter 57. Die Druckfeder 64 hält das Ventilelement 50 normalerweise in der Schließstellung, und eine
Kraft, die im Sinne eines Öffnens des Ventilelements 50 wirkt, ist nicht vorhanden, so daß dieses geschlossen
bleibt. Daher wirkt der Strömungsdruck im Raum 68 gegen die Ventilkappe 53 und die Schulter 60. Die Kraft
der Feder 63 wird rasch durch den Differenzdruck überschritten, der an der Kappe 53 und Schulter 60
entsteht, und die Büchse 54 zusammen mit dem Ventilelement 70 bewegen sich aus der Schließstellung
in die Offenstellung vom Ventilsitz 48 weg, wobei der Durchgang 74 für die Rückströmung unter Umgehung
des Filterelements frei wird.
Die Arbeitsweise der Filtereinheit mit dem Koaxialventil ist folgende; Bei Vorwärtsströmung tritt diese in
das Filtergehäuse 1 von der Leitung L 1 oder Ll über
den Einlaß 2 ein, geht weiter in die Kammer 4 und von da durch das Filterelement 26 zum Motor M, während
Verunreinigungen und andere mitgeführte feste Bestandteile ausgefiltert werden. Die gefilterte Strömung
geht durch die Öffnungen 32 im Filterkern 30, in den offenen Durchgang 35 im Innern des Filterkerns. Das
Ventileiement 50 hat sich unter ausreichendem Differenzsdruck zum Oberwinden der Belastung durch die
Feder 64 von seinem Ventilsitz 52 abgehoben und den Durchgang 75 freigegeben, so daß die Strömung vom
Durchgang 35 über den Durchgang 75 zwischen der Ventükappe 53 und dem Vcntüelernent 50 zur Öffnung
68 im Ventilelement 50 und über die Bohrung 55 zum Auslaß 3 des Gehäuses 1 und von da über die Leitung
L 1 oder L 2 zum Motor M verlaufen kann.
Bei fortdauerndem Betrieb wird das Filterelement 26 allmählich mit Verunreinigungen beladen, so daß die
Strömung durch das Filterelement sich vermindert. Mit wachsender Undurchlässigkeit des Filterelements, für
die normale Strömung steigt der Differenzdruck am Filterelement an, und damit auch der Differenzdruck am
O-Ring 59 um' der Schulter 66 des Ventilelements 70.
Unmittelbar bevor der Differentialdruck den kritischen Wert zum öffnen des Ventils erreicht, wird der
Differenzdruckanzeiger 14 betätigt und gibt ein Signal ab. Das Filterelement sollte dann ausgewechselt
werden. Geschieht dies nicht, so steigt der Differenzdruck weiter an. Schließlich erreicht er am O-Ring 59
und der Schulter 66 den kritischen Wert und übersteigt die Kraft der Feder 63, wodurch das Ventilelement 70
von seinem Sitz 48 abhebt und den Durchgang 74 für eine das Filterelement 26 umgehende F.ntlastungsi.trömung
öffnet, und diese Strömung setzt sich so lange fort, bis der Zustand in Ordnung gebracht und das
Filterelement ausgewechselt wird. Das Ventilelement 50 bleibt in der Offenstellung, solange der wirksame
Differenzdruck hoch genug ist, um die Kraft der Feder 64 zu überwinden; ist dies nicht der Fall, so schließt das
Ventilelement 50, aber die Umgehungsströmung über dem Durchgang 74 und das offene Ventilelement 70 hält
trotzdem an.
Wenn das Filterelement 26 ausgewechselt werden soll, wird die Strömung abgeschaltet. Die Filterkappe 9
kann dann abgeschraubt werden, wodurch das Filterelement 26 freiliegt. Die Ventilelemente 50 und 70 sind
geschlossen, so daß eine Drainage-Strömung von den Leitungen L 1 und L 2 zum Motor M verhindert wird.
Da das Filterelement 26 über der Buchse 40 im Preßsitz befestigt ist, kann es leicht abgezogen und durch ein
frisches Filterelement ersetzt werden. Die Filterkappe 9 wird dann wieder aufgeschraubt. Um zu vermeiden, daß
Luft in das System eingeführt wird, kann es zweckmäßig sein, die Filterkappe 9 vor dem Wiederanbringen mit
dem strömenden Medium bzw. der Flüssigkeit zu füllen.
Im Falle die Strömung durch die Leitung L 1 oder L 2
und die Filtereinheit Fl oder F2 umgekehrt wird.
gewain iciaici ud3 ι\.υ<ΐΛΐίΐ!νοιιιι, uaiJ UlC IILtIl in
umgekehrter Richtung verlaufende Strömung nicht durch das Filterelement 26 hindurchgeht und die
Verunreinigungen vom Filterelement 26 ablädt. Im Augenblick, wo die umgekehrte Strömung beginnt,
kehrt sich der Diiferenzdruck am Ventilelement 50 um und belastet nun die Schulter 57. so daß das
Ventilelement gegen seinen Sitz 52 gedrückt und geschlossen wird. Damit wird die Strömung über den
Durchgang 75 unterbrochen, worauf der Differenzdruck an der Ventilkappe 53, der Buchse 54 und dem
Ventilelement 70 ansteigt, und einen ausreichenden Wert erreicht, um die Kraft der Feder 63 zu überwinden,
und es wird nun die Buchse 54 mit dem Ventilelement 70 vom Ventilsitz 48 abgehoben unter Öffnung des
Durchgangs 74 für die umgekehrte Strömung unter Umgehung des Filters 26 in die Kammer 24.
Dieser Zustand hält ebenso lange an, wie die umgekehrte Strömung fließt. Soweit die umgekehrte
Strömung aufhört, fällt der die Ventilkappe 53, die Buchse 54 und das Ventilelement 70 offenhaltende
Differenzdruck auf 0 ab, und die Feder 63 drückt das Ventilelement 70 gegen seinen Ventilsitz 48, wodurch
das Ventil geschlossen ist. Das Ventüeiement 50 bieibt
weiterhin geschlossen, weil es nicht unter Strömung steht. Das Koaxiaiventil ist nun bereit, die Vorwänsströmung
aufzunehmen. Mit beginnender Vorwärtsströmung öffnet sich Jas Ventilelement 50 wieder, wie schon
vorher beschrieben wurde.
Aus F i g. 4 und 5 ist ersichtlich, daß wenn das Ventilelement 70 sich in die Offenstellung bewegt, es das
Ventilelement 50 mitnimmt, weil der Ring 65 gegen das untere Ende 76 des Ventilelements 50 anliegt. Das
Ventilelement 70 bewegt sich jedoch nur eine relativ kurze Strecke in die Offenstellung (Fig. 5), und in der
Offenstellung treibt der Ring 65 das Ventilelement 50
ίο nicht vollständig in die Schließstellung: es bleibt
vielmehr teilweise geöffnet, um die gefilterte Strömung aufzunehmen, die durch das Filterelement 26 hindurehströmen
mag. Wenn es gewünscht ist, kann jedoch das Ventilelement 50 so angeordnet werden, daß es
vollständig geschlossen wird, wenn das Ventilelemen' 70 öffnet, indem einfach die Weglänge beider Ventilelemente
zwischen der offenen und geschlossenen Stellung gleich gemacht wird. Andererseits kann auch durch
Verkürzen des Ventilelements 50 gewünschtenfalls erreicht werden, daß es nicht von dem Ring 65 erfaßt
wird, gleich in welcher Stellung sich das Ventilelement 50 befindet.
Bei der Ausführungsform des in zwei Richtungen arbeitenden Koaxialventils zum Steuern einer Strömung
nach der Erfindung gem. F i g. 7 bis 9 ist eine Buchse 80 vorgesehen, welche das rohrartige Gehäuse
bildet.
Ein erstes rohrartiges Ventilelement 81 bewegt sich koaxial innerhalb eines zweiten rohrartigen Ventilelenients
90, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung auf einen Ventilsitz 82 an einer
Ventilkappe 83 zu oder von diesem fort, wobei die Ventilkappe 83 einen zentralen Durchgang 85 durch das
Ventil verschließt und an dem zweiten Ventilelement 90 befestigt ist. Das Ventilelement 81 ist normalerweise
geschlossen (Fig. 8), es öffnet sich aber unter dem Differenzdruck bei Vorwärtsströmung durch das Ventil,
der auf eine Schulter 84 an dem Ventilelement 81 einwirkt. Sowohl das Gehäuse 80 als auch die
Ventilelemente 81 und 90 bestehen aus wärmebehandeltem Stahl.
Das zweite Veniiidemeni 90 befindet sicn normalerweise
in der geschlossenen Stellung (F i g. 7), öffnet aber unter dem Differenzdruck bei umgekehrter Strömung.
Das Ventilelement 90 wird in der Buchse 80 durch einen Flansch % gehalten, der gegen eine Schulter 97 der
Buchse 80 anliegt, wenn das Ventil sich in der Offenstellung (Fig. 8) befindet. Das Ventilelement 90
kann sich innerhalb der Buchse 80 frei gegenüber einem Gehäuseteil 98 in und außer Berührung mit einem
Ventilsitz 99 an der Oberfläche des Gehäuseteils 98 bewegen.
Eine Schulter 91 am Ventilelement 90 leitet zu einem Abschnitt 92 mit vermindertem Außendurchmesser
über und begrenzt einen Raum 93 zwischen dem Äußeren des Ventilelements 90 und dem Innern des
rohrartigen Gehäuses 80. Innerhalb dieses Raumes befindet sich eine Schraubenfeder 94, die dort durch
einen Sperr-Ring 95 gehalten wird. Die Feder 94 drückt das Ventilelement 90 gegen den Ventilsitz 99 am
Gehäuseteil 98.
Das Ventilelement 81 hat eine Schulter 84, die zu einem Endabschnitt 86 von vermindertem Durchmesser
überleitet, der in der Schließstellung (F i g. 8) auf einem
6i- Ventilsitz 82 ruht Die innere Oberfläche der Schulter 84
dient als Widerlager für eine Schraubenfeder 87, deren anderes Ende gegen die Innenseite eines geflanschten
Ringes 88 anliegt, der durch einen in einer Nut des
Ventilelemcnts 90 untergebrachten Haltering gelagert
ist. Die Feder 87 hält das Ventilekment 81 gegen seinen
Ventilsitz 82.
Unter der Wirkung der Belastung durch die Federn 87 und 94 wird also jedes Ventilelement 81 bzw. 90 in seiner
einen Endstellung gegen seinen Ventilsitz 82 bzw. 99 gedrückt. In der anderen Endstellung sind die
Ventilelemente 81 und 90 von ihren Ventilsitzen 82 bzw. 99 fort bewegt und geben Durchgänge 100 bzw. 101 für
die Strömung frei. Diese Bewegungen der Ventilelemente 81 und 90 werden vom Differcnzdruck entgegen
den Belastungen durch die Federn 87 bzw. 94 gesteuert.
Die Ventilelemente 81 und 90 sind koaxial und jedes ist in bzw. über dem anderen axial hin- und
herbewegbar, unabhängig davon und ohne Rücksicht darauf, ob das andere ortsfest ist. Die beiden
Vcntilelemente sind genau und leckdicht ineinander ρίησρηαβ^ sry düß keine ziis3!z!iche Dichtung erforderlich
ist, selbst wenn relativ hohe Differenzdrücke auftreten.
In gleicher Weise ist das Ventilelement 90 in der Buchse 80 hin- und herbewegbar und leckdicht in diese
eingepaßt.
Die Buchse 80 ist gegenüber dem Gehäuseteil 78 durch einen Haltering 79 in fester Stellung gesichert.
Die Außenseite der Schulter 84 des Elements 81 ist dem Strömungsdruck von der einen Seite des Ventils
her. zum Beispiel von der Pumpenseite her, ausgesetzt, und die Innenseite der Schulter ist dem Strömungsdruck
von der anderen Seite, zum Beispiel von der Motorseite her, ausgesetzt.
Die Innenseite der unteren Kappe 83 und die Außenseite des Flansches % oben am Ventilelement 90
sind gleichfalls dem Druck von der anderen Seite, zum Beispiel der Motorseite her, ausgesetzt. Die Fläche der
Schulter 91 ist dem Druck auf das Ventil von der ersten Seite, zum Beispiel der Pumpe her, ausgesetzt. Während
der Vorwärtsströmung von der Pumpe zum Motor ist der Druck auf das Ventilelement 81 von der
Pumpenseite her größer als von der Motorseite und der sich ergebende Differenzdruck auf die Schulter 84 wirkt
im Sinne eines Abhebens des Elements 81 von einem Ventilsitz 82. Dieser Bewegung entgegen wirkt die
Kraft der Feder 87, die das Ventilelement in Richtung auf seinen Sitz belastet, bis zu einem vorbestimmten
Mindestwert des Differenzdrucks. Wenn die Kraft des Differenzdrucks auf die Schulter 84 die Belastung durch
die Feder überwindet, bewegt sich das Ventilelement 81 von seinem Sitz 82 und gibt dabei den Durchgang 100
für die Strömung frei. Diese Ventilstellung wird eingehalten, während die Strömung weiter in Vorwärtsricht'jng
verläuft.
Das Ventilelement 90 ist so angeordnet, daß es während einer Rückströmung, zum Beispiel von dem
Motor zur Pumpe hin. öffnetWährend der Rückströmung ist die Außenseite des Flansches % und die
Innenseite der Kappe 83 dem Druck der Rückströmung auf der Motorseite des Ventils ausgesetzt, und auf die
Außenseite der Schulter 91 wirkt der Druck auf der Pumpenseite des Ventils. Das Ventilelement 90 kann
daher auf Differenzdruck bei Rückströmung ansprechen, die im Sinne eines Abhebens des Ventilelements
90 von seinem Sitz 99 wirkt. Bei Rückströmung ist der Druck gegen die Innenseite der Kappe 83 und dem
Flansch 96 größer als der Druck auf die andere Seite des Ventilelements 90 gegen die Schulter 91. Die Druckfeder
94 hält normalerweise das Ventilelement 90 in der geschlossenen Stellung: und es liegt keine Kraft vor, die
im Öffnungssinne auf das Ventilelement 81 einwirki, welches geschlossen bleibt. Der Druck der Rückströmung
wirkt daher gegen die Kappe 83 und den Flansch 96. Die Belastung durch die Feder 94 wird rasch durch
den Differenzdruck an der Kappe 83 und dem Flansch % überwunden, so daß das Ventilelement 90 sich aus der
Schließstellung in die Offenstellung vom Ventilsitz 99
fort bewegt, wobei der Durchgang 101 für die Rückströmung freigegeben wird, beispielsweise, um da;;
Filterelement zu umgehen.
Bei dieser Ausführung des Ventils nach F i g. 7 bis 9 ist kein Entlastungs-Nebenschluß für die Strömung vorgesehen.
Die Arbeitsweise des Koaxialventils in dieser Ausführungsform ist folgende: Bei Vorwärtsströmung
'riff! diese auf das Ventüelernerü Sl und beaufschlag! die
Schulter 84, während das Ventilelement sich in der geschlossenen Stellung (F i g. 8) befindet. Das Ventilelement
81 wird bei ausreichendem Differenzdruck der Vorwärtsströmung, um die Kraft der Feder 87 zu
überwinden, von seinem Ventilsitz 82 in die Offenstellung (F i g. 7) bewegt, und gibt dabei den Durchgang IOC·
frei, so daß die Strömung über den Durchgang 85 innerhalb des Ventilelements 1 über das Ventil hinaus
strömen kann. Während die Strömung in Vowärtsrich tung weitergeht, bleibt das Ventilelement 90 in der
Schließstellung gemäß F i g. 7.
Wird die Strömung durch das Ventil umgekehrt, gewährleistet das Koaxialventii, daß die umgekehrte
Strömung nicht über die Durchgänge 85 und 100 verläuft, sondern über den Durchgang 101 einen
anderen Weg nimmt. Sobald die Umkehrströmung beginnt, wird der Differenzdruck am Ventilelement 81
umgekehrt, und beaufschlagt nun die Innenseite der Schulter 84, so daß keine Kraft mehr das Element 81
offen hält, sondern die F^der 87 das Element gegen seinen Sitz 82 in die Schließstellung treibt. Dadurch wird
■»ο die Strömung über den Durchgang 85 gesperrt, worauf
der Differenzdruck gegen die Innseite der Kappe 83 und die Außenseite der Schulter 96 ansteigt, bis er die
Belastung durch die Feder 94 überwindet, worauf das Ventilelement 90 von seinem Sitz 99 weg bewegt wird.
und dabei den Durchgang 101 für die Rückströmung unter Umgehung des über den Durchgang 100
führenden Strömungswegs öffnet. Diese Ventilstellung ist in Fig. 8 gezeigt.
Diese Situation dauert, solange die Rückströmung fließt. Wenn die Rückströmung aufhört, fällt der die
Kappe 83 und die Schulter 96 des Ventilelements 90 offenhaltende Differenzdruck auf 0 ab, und die Feder 94
bringt das Ventilelement wieder auf seinen Sitz 99 in die Schließstellung. Das Ventilelement 81 bleibt weiterhin
geschlossen, wie in F i g. 8 gezeigt, weil keine Strömung stattfindet. Das Koaxialventil ist jetzt bereit, erneut eine
Vorwärtsströmung aufzuehmen. Wenn die Vorwärtsströmung beginnt, öffnet sich das Ventilelement 81 wie
vorher beschrieben.
Aus Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, daß beim Bewegen
des Ventilelements 90 in die Offenstellung das Ventilelement 81 mitgenommen wird, weil der Ring 88
aufliegt und die Kappe 83 am Ventilelement 90 befestigt ist. Das Ventilelement 81 wird jedoch durch diese
Bewegung des Ventilelemen ts 90 nicht geöffnet.
Hierzu 6 Blait Zeichnungen
Claims (10)
1. Koaxial ventil, das auf den am Ventil abfallenden
Differenzdruck einer in der einen und der anderen Strömungsrichtung durch einen Strömungskanal
fließenden Fluidströmung anspricht, um Strömung je nach der Strömungsrichtung durch einen von zwei
unterschiedlichen Ventilkanälen zu leiten, mit einem rohrförmigen Gehäuse, einem ersten und einem
zweiten Ventilsitz im Gehäuse, mit einem ersten und einem zweiten Ventilelement, die innerhalb des
Gehäuses koaxial angeordnet sind und getrennt in geöffnete und geschlossene Stellungen auf den
ersten bzw. den zweiten Ventilsitz hin bzw. von diesem weg verschiebbar sind, um den ersten bzw.
den zweiten Ventilkanal zu öffnen oder zu schließen, und mit Voreinspanneinrichtungen, die die Ventilelemente
in einander entgegengesetzte Richtungen vorspanneo. dadurch gekennzeichnet, daß
beide Ventilelemente (50, 70; 8ϊ, 90) rohrförmig ausgebildet und konzentrisch ineinander angeordnet
sind, daß jedes Ventilelement (50, 70; 81, 90) eine vom Differenzdruck der Strömung beaufschlagte
Druckaufnahmefläche (57, 53; 84, 83) aufweist an der das erste Ventilelement (.*50; 81) in eine erste
Richtung auf den ersten Ventilsitz (52; 82) hin oder von diesem weg, und das zweite Ventilelement (70;
90) in eine zweite Richtung auf den zweiten Ventilsitz (48; 99) hin oder von diesem weg gegen
die Kraft dei Vorspanneinrichtung (63, 64; 87, 94) JO drückbar ist, daß beide VentüHemente (60, 70; 81,
90) als Hubventile ausgebildet sind, so daß sie sofort öffnen bzw. schließen, wenn d;* Strömung in der
betreffenden Richtung einsetzt bzw. aufhört.
2. Koaxialventil nach Anspruch 1, dadurch ge- ss
kennzeichnet, daß als Vorspanneinrichtungen (63, 64; 87,94) Schraubenfedern vorgesehen sind, die am
Umfang der Ventilelemente (50,70; 81,90) liegen.
3. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste,
innere Ventilelement (50; 81) einen offenen zentralen Kanal für die Fluidströmung besitzt.
4. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
und das zweite Ventilelement (50; 70) Bereiche mit relativ kleinem und relativ großem Durchmesser
aufweisen, die durch ein Schulterteil (57, 66; 84) miteinander verbunden sind und die Druckaufnahmeflächen
bilden.
5. Koaxialventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil geringeren Durchmessers
beim zweiten, äußeren Ventilelement (70) mit dem rohrförmigen Gehäuse (40) einen Raum (72)
begrenzt, in dem eine mit der Hin- und Herbewegung des Ventilelements (70) in diesem Raum (72)
bewegbare Dichtung (59) aufgenommen ist.
6. Koaxialventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil kleineren Durchmessers
des inneren, ersten Ventilelements (50) mit dem zweiten Ventilelement (70) einen Raum begrenzt, in «>
den eine mit der Hin- und Herbewegung des Ventilelements (50) in diesem Raum bewegbare
Dichtung aufgenommen ist.
7. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine e>5
rohrförmige Hülse (54) zwischen das erste und das zweite Ventilelement (50,70) eingesetzt und mit dem
zweiten, äußeren Ventilelement (70) bewegbar ist, und daß das innere Ventilelement (50) innerhalb der
Hülse (54) zwischen der offenen und geschlossenen Stellung gegen oder von seinem Ventilsitz (52) weg
bewegbar ist, der an der Hülse (54) angeordnet und mit dieser bewegbar ist
8. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse
(54) eine Kappe (53) aufweist, die ein Ende der Hülse (54) abschließt, und daß das innere Ventilelement
(50) gegen die Kappe (53) zum Schließen des Strömungskanals durch das innere Ventilelement
ansitzt.
9. Koaxialventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der
beiden Ventilelemente (70; 90) neben der vom Differenzdruck der Strömung aus einer Strömungsrichtung beaufschlagten Druckaufnahmefläche (53;
83) eine zweite Druckaufnahmefläche (66; 96) aufweist, die von Strömung aus der anderen
Strömungsrichtung beaufschiagbar ist und das Ventilelement (70; 90) gegen die Kraft der
Vorspanneinrichtungen (63, 64; 87, 94) öffnet und einen Durchgang für Entlastungsströmung freigibt.
10. Koaxialventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Differenzdruck der
Strömung aus der einen Strömungsrichtung beaufschlagte Druckaufnahmefläche (53; 83) durch im
Innenraum, und die zweite Druckaufnahmefläche (66; 96) durch im Außenraum des rohrförmigen
Ventilelements (70; 90) einsetzende Strömung mit Druck beaufschlagbar ist.
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