DE2817378A1 - Steuerdruckbetaetigtes hydraulisches halteventil - Google Patents
Steuerdruckbetaetigtes hydraulisches halteventilInfo
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Description
REXNORD, INC.
4701 West Greenfield Avenue
Milwaukee, Wisconsin 53201 (V.St.A.)
Steuerdruckbetätigtes hydraulisches Halteventil
Hydraulische Halteventile und Gegendruckventile sind "bekannt.
Funktionell sind diese Ventile gleichartig, und "beide Arten werden zum Steuern einer überholenden Last
in einer Hydraulikanlage verwendet. Ein Halteventil kann einfach als Null-Leckage-Gegendruckventil "bezeichnet
werden. Z. B. kann ein Halteventil "benutzt werden, um den lasttragenden Ausleger eines Krans, der durch einen
Hydraulikzylinder betätigt wird, in" einer fixierten Lage zu halten, wobei jede Abwärtsbewegung aufgrund von
Flüssigkeitsaustritt mit daraus folgendem Einfahren des Zylinders unerwünscht oder gefährlich wäre.
Bereits entwickelte Halte- und Gegendruckventile verwenden eine Feder, um das Ventil gegen den im Zylinder oder einem
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anderen Hydrostellglied unterhaltenen Hydraul Lic druck
durch Druck in Schließstellung au halten. .iCin iralteventil
dieser Art wird zur Freigabe der Last dadurch geöffnet, daß es zusätzlich zu dem unterhaltenen iJystendruck
mit ausreichendem Hydraulikdruck beaufschlagt wird, um die das Ventil geschlossen haltende Federkraft
zu überwinden. Dieser zusätzliche Druck wird normalerweise durch einen Steuerdruck geliefert, der durch Umschalten
des Systemflusses zum Zylinder zuxi Freigabe
der Last erzeugt wird. Die Drtickfeder muß offensichtlich
stark genug sein, um das Ventil gegen einen Druck, der etwas größer als der maximale erwünschte Ilaltedruck
des Systems ist, geschlossen zu halten, und daher ist bei niedrigen Systemdrücken der zum überwinden der
Federkraft und Öffnen des Ventils erforderliche zusätzliche Druck hoch. Es ist daher zum Erzeugen eines
öffnenden Steuerdrucks bei niedrigen Lastdrücken wesentlich mehr Energie erforderlich als bei hohen
Drücken. Da außerdem die Druckfeder das einzige Mitte], ist, das das Ventil geschlossen hält und den Lasthaltedruck
unterhält, wird das Ventil bei einem Versagen der Feder unwirksam, und wenn die Feder versagt, während
eine Last gehalten wird, können schwere Beschädigungen oder auch Verletzungen die Folge sein. Ferner ist die
Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Undichtigkeiten und des Verlusts von Ilaltedruck bei hohen Lasthaltedrücken
schon deshalb wahrscheinlicher, weil dieser Druck gegen eine konstante Federkraft wirkt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Halteventils, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden v/erden.
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-G-
DaboL int ein ills Kegelventil ausgebildetes [falteventil
so aufgebaut, da'-l der Hydraulikdruck auf der lasthaltend
en .leite einer.: "ylInders oder eines anderen
Hydrostel IgJ iedr, das Von ti IgI iod beaufschlagt, so daß
der Kegel in eine ;3chlie:-3ntellung gedrückt wird, i'lin
durch die Last erzeugter Druck gleich welcher Höhe hält
also das Ventil geschlossen, und die Notwendigkeit des Vorsehens mechanischer Federkraft zum Geschlossenhalten
des Ventils entfällt. Der zum Öffnen dieses Ventils
erforderliche ,'!teuerdruck ist dem eingeschlossenen
La::.thai tedruck direkt proportional, und daher ist der
öffnende Steuerdruck bei niedriger,: Haltedruck entsprechend
niedrig, so da!-; eine .'!nergieersparnis erzielt v/ird.
Durch die? .Erfindung wird also ein steuerdruckbetätigtes
hydraulisches lialteventil angegeben, das einen Ventilkegel
aufweist, der durch den von der gehaltenen Last erzeugten Druck mit einem diesem direkt proportionalen
Druck in die ,'Jchließstellung beaufschlagt wird, wodurch
ein mechanisches Druckglied entfallen kann und der zum Öffnen des Ventils bei niedrigen Lastdrücken erforderliche
Steuerdruck verringerbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
iCs zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines bekannten fialteventils mit schematischer
Darstellung eines prinzipiellen Hydraulikkreises, in dem es verwendet wird; und
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Pig. 2 eine Querschnittsansicht des Halteventils
nach der Erfindung in dem gleichen Hydraulilckreis, der in Pig. 1 dargestellt ist.
Die Pig. 1 bzw. 2 zeigen ein bekanntes Ilalteventil 10 bzw. das Ilalteventil 12 nach der Erfindung. Beide Halteventile
sind in die gleiche Hydraulik eingebaut. Dabei dient ein Hydraulikzylinder 14 zum Heben und Senken
einer Last mittels Hydraulikflüssigkeit, die von einer Pumpe 16 gefördert wird. Der Arbeitsmittelfluß in der
Hydraulik wird durch ein normales Vierwege- oder Steuerventil 18 gesteuert, das in üblicher ',/eise entweder
manuell oder durch eine Magnetspule (nicht gezeigt) betätigt wird. Das Steuerventil 18 ist mittig angeordnet,
und die Pumpe 16 fördert direkt zum Behälter 20, so daß kein Arbeitsmittelstrom in das oder aus dem System erfolgt.
Der Kolben 22 des Hydraulikzylinders 14 ist ausgefahren, und die Last wird von beiden Halteventilen 10 bzw. 12
in der Hebelage gehalten. Nach Pig. 1 wird der Flüssigkeitsdruck der Last auf das Kopfende 24 des Zylinders
14 durch eine Leitung 26, eine Einströmöffnung 28 im
Gehäuse 30 des Halteventils 10 und eine Einströmöffnung 32 des Ventilsitzes 34 zum Kegelventil 36 übertragen.
Der Ventilsitz 34 weist eine abgestufte Bohrung mit einem ersten Abschnitt 38 mit kleinerem Durchmesser
gegenüber dem Kegel 40 und einem zweiten Abschnitt 42 mit größerem Durchmesser dem Kegel benachbart auf. Das
Kegelventil 36 weist eine Spindel 44 auf, die den Kegel
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40 tuid einen Kolben 46 miteinander verbindet, wobei der
Ventilkolben in dem Abschnitt 33 mit kleinerem Durchmesser des Ventilsitzes 34 angeordnet ist. Der iTüssigkeitsdruck
der gehaltenen Last wirkt auf die Differentialoder Stufenbereiche des Kegelventils 36, und der resultierende
Druck hat die Tendenz, den Kegel 40 von seinem Sitz zu lösen und das Ventil zu öffnen, v/obei
der Bereich des Kegels 40 im Abschnitt 42 mit größerem Durchmesser etwas größer als der Bereich des Kolbens 46
im Abschnitt 38 mit kleinerem Durchmesser ist. Der Kegel 40 wird in der Schließstellung gehalten vaid der Haltedruck
wird somit aufrechterhalten durch die Kraft einer Druckfeder 48, die die Kegelaußenseite beaufschlagt.
7/ur Unterstützung des Öffnens des bekannten Halteventils
10 weist der Kolben 46 des Kegelventils 36 eine äußere Steuerdruckfläche 50 auf, die über den Steuerdruck in
der Leitung 52 mit einer Speiseleitung 54 verbunden ist, die das Steuerventil 18 und das kolbenstangenseitige
Ende 56 des Hydraulikzylinders 14 verbindet. Wenn der Hydraulikzylinder eingefahren und die Last gesenkt werden
soll, wird das Steuerventil 18 nach äußerst rechts verschoben, und der Förderstrom von der Pumpe 16 wird durch
die Leitung 54 zum kolbenstangenseitigen Zylinderende 56
gerichtet. Gleichseitig beaufschlagt der Steuerdruck in der Steuerleitung 52 die Steuerdruckfläche 50 und
überwindet die Kraft der den Kegel 40 geschlossen haltenden Feder; wenn der Kegel sich von seinem Sitz löst, strömt
das gesperrte Druckmittel durch das Ventil, aus der Auslaßöffnung 58, durch die Leitung 60 und das Steuerventil
18 zum Behälter 20.
Da die Kraft der Druckfeder 48 so gewählt ist, daß sie den
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Kegel 40 gegen die Druckdifferenz, mit der die Höchstlast,
für die das System ausgelegt ist, das Ventilglied 36 beaufschlagt, geschlossen hält, ist ersichtlich, daß
bei niedrigem Lastniveau die niedrigere induzierte Lastdruckdifferenz einen wesentlich höheren Steuerdruck zum
Öffnen des Halteventils erfordert. In diesem Pail muß
unverhältnismäßig viel Energie verbraucht werden, urn die Pumpe 16 so zu treiben, daß sie einen ausreichend
hohen Steuerdruck erzeugt, der das Ventil öffnet und es zum Einfahren des Hydraulikzylinders geöffnet hält.
In Pig. 2 ist das Halteventil 12 in der gleichen Hydraulik verwendet, und einige Teile der Hydraulik und auch des
Ventils sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. So wird der Arbeitsmitteldruck der Last auf das Kopfende
des Hydraulikzylinders 14 durch die Leitung 26, die Öffnung 28 im Ventilgehäuse 30 des Ventils 12 und die
Öffnung 62 des Ventilsitzes 64 übertragen und gelangt mit dem Ventilglied 66 in Verbindung. Der Ventilsitz 64
weist eine Bohrung auf, die entgegengesetzt zu der Bohrung des Ventilsitzes des bekannten Ventils stufenförmig ausgebildet
ist und einen Abschnitt 68 mit größerem Durchmesser gegenüber dem Kegel 70 sowie einen zweiten Abschnitt
72 mit kleinerem Durchmesser am Kegel aufweist. Das Ventilglied 66 weist eine Spindel 74 auf, die den Kegel 70 mit
einem Kolben 76 verbindet, der im ersten Abschnitt 68 mit größerem Durchmesser des Ventilsitzes 64 angeordnet
ist. Die erste innere Druckfläche, die den Bereich des Kolbens 76 im ersten Abschnitt 68 umfaßt, ist gering
größer als die zweite innere Druckfläche, die den Bereich des Kegels 70 im zweiten Abschnitt 72 umfaßt. Infolgedessen
beaufschlagt der Arbeitsmitteldruck der gehaltenen
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Last die beiden inneren Druckgefälle-Druckflächen des
Kegelventils 66, und der resultierende Druck hat die Tendenz, den Kegel 70 gegen seinen Sitz zu drücken und
das Ventil geschlossen su halten. In Gegensatz zum Stand
der Technik wird durch den eingeschlossenen Systemdruck selbst der Kegel 70 geschlossen gehalten und der Haltedruck
aufrechterhalten, und es wird keine Druckfeder benötigt.
Das Ventil 12 nutzt ebenfalls den Jteuerdruck in der
Leitung 52, der die äußere Steuerdruckfläche 80 des Kolbens 76 beaufschlagt, zum Öffnen gegen die Haltedruckdifferenz.
Da die Steuerdruckfläche 80 einen wesentlich größeren 'Bereich als die entgegengesetzten inneren Druckgefälle-Druckflächen
hat, sind zum Öffnen des Halteventils relativ niedrigere Steuerdruckpegel erforderlich. Bei
niedrigen Lastdrücken kann ferner das niedrigere induzierte
Lantdruckgefillle, das das Ventil geschlossen hält, übervmaden
werden, so daß das Ventil durch entsprechend niedrigere Steuerdrücke geöffnet wird. Im Gegensatz zu
dem bekannten Halteventil 10 wird mit dem umgekehrten Druckgefälle, das zum Unterhalten des Haltedrucks genutzt
wird, der Verbrauch von unnötig viel Energie zum Öffnen des Ventils und Einfahrens des Zylinders vermieden.
Je höher bei dem Ventil der Lasthaltedruck ist, desto größer ist ferner die Kraft, die zum Halten des
Kegels 70 an seinem Sitz 64- ausgeübt wird, und infolgedessen ist die Gefahr wesentlich geringer, daß ein
Plüssigkeitsaustritt aufgrund kleinerer Fehler in den Dichtungsflächen auftritt.
Zum Normalbetrieb des Halteventils ist zwar keine Druckfeder erforderlich, es ist jedoch erwünscht, eine
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leichte Druckfeder 82 mit hoher Federkonstante vorzusehen,
um die Gesamtwirkung des Ventils zu erhöhen. So hat die Feder 82 "bestimmte wichtige periphere
Funktionen, z. B. die Hodulation des Arbeitsmittelstroms und die Beseitigung unerwünschter Schwankungen
der Strömung durch das Ventil, wenn dieses geöffnet wird. Die Feder stellt auch sicher, daß das Ventil
bei Nullastbetrieb in die Schließstellung gedruckt ist, da in diesem Zustand durch den Gegendruck im System
die Gefahr besteht, daß das Ventil in die Offenstellung gedrückt wird.
Die Last im Zylinder 14 wird in typischer und bekannter Weise ausgefahren. Das Steuerventil 18 wird vollständig
nach links verschoben, und der Förderstrom der Pumpe wird durch die Leitung 60 über die Öffnung 78 in das
Halteventil 12, dann durch das Durchfluß-Absperrventil 84 und den Kanal 86 zur Öffnung 28 und von dort durch
die Leitung 26 zum Kopfende 24 geleitet. Gleichzeitig wird Hydraulikflüssigkeit im kolbenstangenseitigen
Zylinderende durch die Leitung 54 und das Steuerventil 18 zum Behälter 20 ausgelassen. Das Absperrventil
ist zwar als mit dem Halteventil 12 einstückig ausgeführt dargestellt, selbstverständlich kann das Absperrventil
auch für sich in einer gesonderten Leitung vorgesehen sein und bildet keinen Teil der Erfindung.
Normalerweise ist ein in einem solchen System verwendetes Halteventil aus Sicherheitsgründen direkt
an dem Kopfende 24 des Zylinders angeordnet, so daß die Leitung 26 und damit die durch einen Bruch dieser
Leitung oder durch ein Leck vorhandene Gefahr entfällt.
©098 A3/09S1
L e e r s e i
Claims (5)
- BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PArENTANWÄLTE 2 8 I / O / «Steinsdorfstr. 10 ■ D-8000 München 22 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 Dipl.-Ing. K. LAMPRECHTTelex 522048 - Telegramm Allpatent München Dr.-Ing. R. BEETZ jr.Rechtsanwalt Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED 667-28.175P (28.176h) Priv--Doz. DipL-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN20. April 1978 A η s ρ r ü c h e(lV oteuerdruckbetätigtes hydraulisches ualtoventil sun Halten der Last an einem Hydrosteli glied .in fixiertor Lage,gekennzeichnet durcheinen Ventilkegel (70) mit einer unmittelbar mit dem Hydraulikdruck der Last beaufschlagten Druckgefjillu-Fläche, die so angeordnet ist, daü der Ventilkegel (70) tinter der vvirkung des Hydraulikdrucks ohne mechanisches Druckmittel in die Schließstellung drückbar i.sb.
- 2. Ilalteventil nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durcheine von einer Druckversorgung (16) beaufschlagte oteuerdruckfläche (80), die mit dem Ventilkegel direkt verbunden und entgegengesetzt zu der Druckgefälle-Pläche angeordnet ist. - 3. Steuerdruckbetätigtes hydraulisches Ilalteventil aum Halten der Last an einem Hydrostellglied Ln fixierter Lage, mit einem Ventilgehäuse, einer darin ausgebildeten Arbeitsmitbelöffnung, die mit dem druckbeaufschlagten lasthaltenden ί-inde des Hydrostellglieds verbunden ist,667-(Ii 0557 VJL)-SChO'iii··'1 Ir Vo..ι,Ι Li_;-^h"uco ririjuoL-ciuoten Ventilglied, das "■'!rc:..·;. ei.:u-j· ;;/c^iiLj.ioenen :U'l tf-stellung und ο ir. or t;Pi'le.ir:·!')" i "fen.·., teilung bovf-gb-·!.:· ist, wobei das Ventil- ;;Jit-'l OL-.:;? von oirier Drue rversurgung beaufschlagte, ."it.. ..Ti .itoi't.'^driiü'irir.ciie· aufweist,/: e k -.-■ η η ζ α i ο h η ο t ei u r c hfnitgeferv-o^t:: t ΐαΐί-i.^ebildote innere i)inuelcfl;ichen am 7ent i I;;! i cd (66), die mit der Arbeitnmittelöffnung (28, o2) in offoiior /erbindung stehen, v/obei die erste innere i)ruo!:n.;-c!'.o (^C·, IG) entgegengesetzt p:u der Steuerdruckfläolu.· (α-) angeordnet Lot und einen größeren Bereich -iln die r:-v.roLto innere Druckfläche (7u, 72) hat, an 'Uu.' da". :!n'. trovont il (12) durch einen Druck geschlossen gehaltori -./ifd, der zu der gehaltenen LaHt proportional iiifc.
- 4. KuitüventU nach Anoprucii 3, mit einer Bohrung im Vent L1 gehäuse rjur Aufnahiae des Ventilglieds, wobei die t'iohrung einen ernten Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen zueiten Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufwei nt,dadurch gekennzeichnet,d a ·.) d a ν, 7 e η t i. 1 g1 i e d (66) ; m fwe i s t:einen im zvmiten Abschnitt (72) angeordneten Kegel (70), der mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Sitz zum i'irzi.eJ.en der geschlossenen Halte stellung zusammenwirkt, eine nn dem Kegel (70) befestigte und axial in der Bohrung -mgeordnete spindel (74), und einen an entgegengesetzten linde der Gpindel (74) befestigten Kolben (76), der im ersten Abschnitt (68) angeordnet ist; daß der Bereich des Kolbens (76) im ersten Abschnitt (68)8098A3/0961BAD ORIGINALrait größerem Durchmesser die erste innere Druckfläche bildet;daß der Bereich des Ventilkegels (70) im n.v/ei tor. Abschnitt (72) mit kleinerem Durchtne.'-.-'-r die sv/eü U-: innere Druckfläche "bildet; und daß die Stirnfläche des Kolbens (76) gegenüber den- ;3pind«l (74) die äußere 3teuerdruckf 1 äche (00) hi1dοt.
- 5. Halterentil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der äußeren Steuerdruckfläche (80) gleich dem Bereich des ersten Abschnitts (63) der Bohrung ist.BAD ORIGINAL
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