DE3638997C2 - Ventil für eine Druckflüssigkeitsleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine Druckflüssigkeitsleitung, das in einem Gehäusekörper einen an seiner Rückseite mit einer Feder sowie in Schließstellung mit dem hydraulischen Leitungsdruck beaufschlagten Schließkörper aufweist, der von seinem Dichtsitz abhebbar ist mittels eines auf seine Vorderseite gerichteten Stößels, wobei der Schließkörper einen axialen Durchlaß aufweist, der durch einen weiteren an seiner Rückseite mit einer Feder sowie in Schließstellung mit dem hydraulischen Leitungsdruck beaufschlagten Schließkörper verschließbar ist, der vor dem erstgenannten Schließkörper mittesl des genannten Stößels von seinem Dichtsitz abhebbar ist.

Ein solches Ventil ist aus der DE-PS 8 79 041 insbesondere für Druckflüssigkeitsbremsen bekannt. Der Schließkörper ist in der Schließstellung des Ventils in Schließrichtung mit dem Leitungsdruck belastet, womit eine hohe und sicher wirkende Schließkraft erzeugt wird. Beim Öffnen des Ventils verlangt dann das zuerst erfolgende Öffnen des - kleineren - axialen Durchlasses weniger Kraft als das Öffnen des Ventils im ganzen und führt zu einer Druckverminderung an der Rückseite des Schließkörpers, die dessen anschließendes Abheben von seinem Dichtsitz erleichtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein, ebenfalls mit dem Leitungsdruck belastetes, Ventil zur Steuerung eines hydraulischen Zylinders, insbesondere im Schildausbau des Bergbaues, zu schaffen, das trotz der dort angewandten hohen Leitungsdrücke von 300 bar und mehr nur verhältnismäßig geringe Kraft zum Öffnen erfordert und einen genügenden Durchlaßquerschnitt für große Füllvolumen aufweist.

Das erfindungsgemäße Ventil stimmt mit dem erwähnten bekannten Ventil in den eingangs genannten Merkmalen überein und es ist weiter vorgesehen, daß der Stößel an einem Kolben sitzt, der einen zu einer Rücklaufleitung für das Hydraulikmedium führenden axialen Durchlaß aufweist und mittels eines weiteren, dabei den Durchlaß verschließenden Kolbens betätigt ist, daß der erstgenannte Schließkörper mit seiner Zylindermantelfläche in einem zylindrischen Hohlraum geführt ist, und daß die den weiteren Schließkörper beaufschlagende Feder kleiner als die erstgenannte Feder ist.

Diese nach der Erfindung an die Eingangsseite gesetzte Ausbildung ist aus der DE-OS 27 16 694 bekannt für ein entsperrbares Rückschlagventil, desgleichen für ein entsperrbares Rückschlagventil, aber ohne Federbelastung des weiteren Schließkörpers, aus der DE-OS 27 05 303.

Das erfindungsgemäße Ventil erfüllt die oben gestellten Anforderungen. Mit der kleineren Feder für den weiteren Schließkörper und mit der fast vollständigen Druckentlastung dadurch, daß auf der Rückseite des Schließkörpers ein weitgehend abgeschlossener Hohlraum besteht, in den das Hydraulikmedium nur sehr gedrosselt nachfließen kann, läßt sich das Ventil auch gegen den hohen Pumpendruck leicht öffnen. Zur weiteren Drosselung des Nachfließens kann z. B. eine Labyrinthdichtung an einer der beiden Oberflächen, vorzugsweise der Hohlraumwand, eingerichtet werden.

Bei der weiter bevorzugten Ausbildung des Schließkörpers als ein Hohlzylinder, in dem von seiner offenen Rückseite her die Feder ragt, wären beispielsweise aber auch kleine Bohrungen möglich, die radial in den Hohlzylinder hineinführen.

Die wichtigen Gesichtspunkte sind lediglich, daß einerseits im Schließzustand der hydraulische Druck möglichst weitgehend auf die Rückseite des Schließkörpers wirken kann und andererseits dieser Druck nach dem Abheben des weiteren Schließkörpers möglichst weitgehend abgebaut wird.

Zweckmäßigerweise ist der weitere Schließkörper über einen durch den Durchlaß ragenden Bolzen abhebbar.

Dieser Bolzen ist vorzugsweise ein Teil des weiteren Schließ­ körpers. Er könnte aber auch eine Fortsetzung des Stößels sein.

Daß der Bolzen nur einen Teil des Durchlaßquerschnitts ein­ nehmen darf, versteht sich.

Damit der Stößel, wenn er den weiteren Schließkörper abgehoben hat und auf den erstgenannten Schließkörper drückt, den Durch­ laß nicht abschließt, weist er vorzugsweise an seiner Stirn­ seite radiale Kanäle auf.

Als weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird vor­ geschlagen, daß die Feder des weiteren Schließkörpers mit ihrer Rückseite gegen die Vorderseite eines Federtellers der Feder des erstgenannten Schließkörpers abgestützt ist, an dem der, einen Durchlaß aufweisende, Federteller an einem Absatz anliegt.

Die mit der Erfindung erzielte Verringerung des für das Öffnen des Ventils erforderlichen Kraftaufwandes macht das Ventil be­ sonders geeignet für eine unmittelbare Betätigung von Hand.

Ist hierfür der genannte weitere Kolben über einen aus dem Gehäusekörper herausragenden axialen Bolzen zu betätigen, so ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der weitere Kolben in einem hydraulischen Druckraum angeordnet, der durch eine Bohrung in dem weiteren Kolben mit dessen Vorderseite ver­ hunden ist, und die wirksame Kolbenfläche des Druckraumes ist, vorzugsweise geringfügig, kleiner als diejenige des erstge­ nannten Kolbens.

Damit ist dafür gesorgt, daß der weitere Kolben den Durchlaß des erstgenannten Kolbens bei dessen Betätigung verschließt, der Kraftaufwand dafür aber möglichst gering gehalten wird. Das dient der eingangs genannten Aufgabe. Die mit der Erfindung bewirkte Verringerung des für das Abheben des Schließkörpers erforderlichen Kraftaufwandes setzt sich hier in den Mitteln für das Abheben fort zu dem Endzweck der Kraftverminderung beim Öffnen des Ventils insgesamt. Das ist nicht nur für Handbetätigung, sondern auch für Betätigungseinrichtungen von Vorteil. Die gleiche Anordnung kann aber, d.h. die gleichen Teile können für hydraulische Betätigung des Ventils genutzt werden in der Weise, daß die Bohrung des weiteren Kolbens verschlossen ist durch eine Schraube o.dgl. und der Druckraum mit einer hydrau­ lischen Steuerleitung verbunden ist.

Schließlich wird als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen, aber auch allgemein eines hydraulischen Steuerventils vorgeschlagen, daß den Kolben Zylinder zugeordnet sind, die als Einsätze in dem Gehäusekörper angeordnet und zur Bildung radialer Durchlässe axial über je zwei bis vier Abstandhalter abgestützt sind, die vorzugsweise an einem der Zylinder sitzen.

Damit werden in einer konstruktiv einfachen und den Platzbedarf des gesamten Ventils verringernden Weise große Durchlaßquer­ schnitte in radialer Richtung geschaffen.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Sie zeigt ein Doppelventil zur Steuerung eines hydraulischen Zylinders in einem versetzten Axialschnitt:

In einem gemeinsamen Gehäusekörper 1 sind zwei Ventile 2 ein­ gerichtet, von denen eines im Schnitt der Zeichnung erscheint.

Es weist zwischen einem Druckleitungsanschluß 3 und einem Ver­ braucheranschluß 4 einen durch einen Ring 5 gebildeten Dicht­ sitz 6 auf, an dem in der Schließstellung ein Schließkörper 7 anliegt.

Der Schließkörper 7 hat im ganzen die Form eines hohlen Zylinders mit einer Stirnwand, die einen Durchlaß 8 aufweist, einer kegelstumpfförmigen Dichtfläche 9, einer Zylindermantel­ fläche 10 und einer offenen Rückseite. Mit seiner Zylinder­ mantelfläche 10 ist er in einem in dem Gehäusekörper 1 aus­ gebildeten Zylinderraum 11 geführt; in der Führung ist an der Wand des Zylinderraums 11 eine Labyrinthdichtung 12 gebildet. Eine in dem Zylinderraum 11 in den hohlen Schließkörper hinein sich erstreckende Schraubenfeder 13 ist gegen die rückseitige Stirnwand des Zylinderraums 11 abgestützt und drückt gegen einen Federteller 14, der an einem im Mantel des zylindrischen Schließkörpers 7 ausgebildeten Absatz 15 anliegt. Der Feder­ teller 14 weist einen Durchlaß 16 auf.

Der Durchlaß 8 des Schließkörpers 7 ist in dessen Schließ­ stellung verschlossen durch einen Schließkegel 17, der an seiner Rückseite durch eine gegen den Federteller 14 abge­ stützte kleinere Feder 18 belastet ist und einen nach vorne durch den Durchlaß 8 hindurch und etwas über diesen hinaus ragenden Bolzen 19 aufweist. Der Bolzen 19 nimmt nur einen Teil des Durchlaßquerschnittes ein.

Der Ring 5 sitzt, wobei er in einer geeigneten Weise dicht be­ festigt ist, in einer zylindrischen Ausnehmung des Gehäuse­ körpers, in der im Anschluß an den Ring 5 ferner ein Ring oder Zylinder 20 und ein Zylinder 21 als Einsätze angeordnet sind. Der Ring oder Zylinder 20 ist mit zwei Füßen 22 auf dem Ring 5 abgestützt und der Zylinder 21 mit zwei Füßen 23 auf dem Ring oder Zylinder 20. Die Füße 22 und 23, von denen jeweils nur einer in der Zeichnung erscheint, bilden Abstandhalter, die auf ihrer axialen Länge jeweils einen weitgehend freien Ring­ raum 24 bzw. 25 mit großem radialem Durchlaßquerschnitt schaffen; um möglichst in jeder Beziehung freien Fluß zu er­ möglichen, haben sie auch einen freien Abstand von der Wand 26 der erwähnten zylindrischen Ausnehmung. Der Ringraum 24 öffnet sich nach dem Verbraucheranschluß 4, der Ringraum 25 nach einem Rücklaufanschluß 28. Zusammengehalten ist die Anordnung durch einen über dem Zylinder 21 liegenden Deckel 29 des Gehäuse­ körpers.

In dem Ring oder Zylinder 20 ist, abgedichtet mittels eines Dichtrings 30, ein Hohlkolben 31 geführt. Sein Weg ist in einer Richtung begrenzt durch einen Bund 32. Über Speichen 33 trägt der Hohlkolben 31 einen auf den Schließkörper 7 gerichteten Stößel 34. An dessen Endfläche sind radiale Kanäle 35 einge­ arbeitet. Das dem Stößel abgewandte Ende des Hohlkolbens 31 ist mit einer schrägen Dichtfläche 36 versehen.

Dieser ist eine kegelstumpfförmige Dichtfläche 37 an der Stirn­ seite eines in dem Zylinder 21 geführten weiteren Kolbens 38 zugeordnet. Der Zylinder 21 bildet für den weiteren Kolben 38 zwischen zwei Dichtringen 39 und 40 einen hydraulischen Druck­ raum 41, zu dem eine Steuerimpulsleitung 42 führt.

Für eine alternative Betätigung des weiteren Kolbens 38 von außen ragt eine Kolbenstange 43 aus dem Zylinder 21 und durch den Deckel 29 hindurch nach außen. Mittels eines Handhebels 44 kann hier über eine Wippe 45 mit einer gewölbten Druckfläche 46 die Kolbenstange 43 niedergedrückt werden bis zum Anstoß des Handhebels 44 an einem Anschlag 47. Entfernt man den Anschlag 47, rutscht die gewölbte Druckfläche 46 auf eine Schrägfläche 48 der Kolbenstange 43. Dies ist eine Arretierstellung, in der die Kolbenstange 43 die Wippe 45 nicht zurückdrücken kann. In der Alternative der Handbetätigung ist eine als Stopfen 49 in dem weiteren Kolben 38 sitzende Schraube entfernt und damit eine Bohrung 50 freigegeben, die den Druckraum 41 mit dem Ring­ raum 25 verbindet. Stattdessen ist die Steuerimpulsleitung 42 verschlossen.

Das andere Ventil ist, bezogen auf die Mittelachse des Ge­ häusekörpers 1, symmetrisch zu dem dargestellten Ventil ange­ ordnet, jedoch in einer anderen als der Zeichenebene, d.h. die Anordnung der Ventile zusammen ist in der Draufsicht auf den Gehäusekörper schräg. Das eine Ventil speist über seinen Verbraucheranschluß 4 die eine Seite, das andere die andere Seite des von dem Doppelventil gesteuerten Zylinders. Den Rück­ laufanschluß 28 und den Druckleitungsanschluß 3 haben die beiden Ventile gemeinsam. Die Steuerimpulsleitung 42 hat jedes Ventil für sich.

In dem dargestellten Schließzustand des Ventils 2 liegt der volle Leitungsdruck des Hydraulikmediums als hydraulische Unterstützung der Schließung auf der Rückseite des Schließ­ körpers 7 an: Die Labyrinthdichtung 12 vermindert Durchfluß, aber nicht die Druckfortsetzung im statischen Zustand. Zusätz­ lich zu der hydraulischen Kraft drückt die Schraubenfeder 13 den Schließkörper 7 an seinen Dichtsitz 6 und die Feder 18 den Schließkegel 17 an seinen Dichtsitz vor dem Durchlaß 8.

Um das Ventil zu öffnen, wird über die Steuerimpulsleitung 42 Druck in den Druckraum 41 gegeben. Infolge der Querschnitts­ differenz zwischen dem weiteren Kolben 38 und seiner Kolben­ stange 43 an den Dichtringen 39 bzw. 40 entsteht eine Kraft auf den weiteren Kolben, die ihn nach unten verschiebt.

Der weitere Kolben 38 trifft dann auf den Hohlkolben 31. Hier­ bei dichtet er mit seiner Dichtfläche 37, die sich auf die Dichtfläche 36 des Hohlkolbens legt, den Hohlkolben ab.

Dann drückt der Stößel 34 den Bolzen 19 ein und hebt damit den Schließkegel 17 ab. Hierdurch werden das Innere des hohlen Schließkörpers 7 und der Zylinderraum 11 druckentlastet. Die Labyrinthdichtung 12 läßt das Hydraulikmedium nicht in einem Maße nachströmen, das bei dem nun geöffneten Durchlaß einen Druck erzeugen kann. Es handelt sich auch nur um eine ganz kurze Zeitspanne.

Anschließend drückt der Stößel 34 auf die Stirnfläche des Schließkörpers 7, hebt ihn von seinem Dichtsitz 6 ab und schiebt ihn in den Zylinderraum 11 zurück, wobei das in diesem befindliche Hydraulikmedium durch die Durchlässe 16 und 8 und dann durch die radialen Kanäle 35 an der Vorderfläche des Stößels hindurch ausfließt.

Der Weg vom Druckleitungsanschluß 3 zum Verbraucheranschluß 4 ist damit freigegeben. Der Weg vom Verbraucheranschluß 4 durch den Hohlkolben 31 hindurch nach dem Rücklaufanschluß 28, der vorher frei war, ist durch die Dichtflächen 36 und 37 mit der hydraulischen Kraft des weiteren Kolbens 38 einerseits und der Kraft der Schraubenfeder 13 andererseits gesperrt.

Um das Ventil wieder zu schließen, wird über die Steuerimpuls­ leitung 42 der Druckraum 41 des weiteren Kolbens 38 entspannt. Die Feder 13 schiebt nun den Schließkörper 7 wieder zurück an seinen Dichtsitz 6, wobei nun in umgekehrter Richtung durch die radialen Kanäle 35 und die Durchlässe 8 und 16 Hydraulik­ medium in den Zylinderraum 11 einfließt. Nach dem Anstoßen des Schließkörpers 7 an seinem Dichtsitz 6 drückt die Feder 18 den Dichtkegel 17 vor den Durchlaß 8 und schließt diesen ab.

Der vom Verbraucheranschluß 4 her in dem Ringraum 24 vorhandene Restdruck schiebt nun den Hohlkolben 31, an dem der weitere Kolben 38 immer noch dichtend anliegt, nach oben bis zum An­ schlagen des Bundes 32 an dem Ring oder Zylinder 20. Nun reißt der weitere Kolben 38 von dem Hohlkolben 31 ab und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück, und zwar unter der Kraft einer in dem Druckraum 41 angeordneten, nicht gezeichneten Feder.

Jetzt ist der Durchgang vom Druckleitungsanschluß 3 zum Ver­ braucheranschluß 4 gesperrt und der Verbraucheranschluß 4 wieder mit dem Rücklaufanschluß 28 verbunden.

In dieser Stellung befand sich während der Öffnungszeit des Ventils das andere in dem Gehäusekörper 1 angeordnete Ventil, um, während der an den Verbraucheranschluß 4 angeschlossene Zylinderraum des von dem Ventil gesteuerten Zylinders gefüllt wird, den anderen Zylinderraum auslaufen zu lassen.

Bei der erwähnten Alternative der Steuerung mittels des Hand­ hebels 44 vollziehen sich mit Ausnahme der primären Druckerzeugung in dem Druckraum 41 die gleichen Vorgänge. Der Druckraum 41 steht dann in der Dichtstellung des weiteren Kolbens 38 an dem Hohl­ kolben 31 durch die Bohrung 50 und den Hohlkolben 31 hindurch unter dem gleichen Druck, wie er in dem Ringraum 24 herrscht. Da seine wirksame Kolbenfläche kleiner als diejenige des Hohl­ kolbens 31 ist, drückt dieser mit einer Differenzkraft an den weiteren Kolben 38, die durch Kraftausübung auf die Kolben­ stange 43 gehalten bzw. überwunden werden muß und verhältnis­ mäßig klein sein sollte. So hat beispielsweise der Hohlkolben 31 14 mm, der weitere Kolben 38 15 mm und die Kolbenstange 43, die in der Zeichnung zu dick dargestellt ist, 6 mm Durchmesser.

Claims (8)

1. Ventil für eine Druckflüssigkeitsleitung, das in einem Gehäusekörper (1) einen an seiner Rückseite mit einer Feder (13) sowie in Schließstellung mit dem hydraulischen Leitungsdruck beaufschlagten Schließkörper (7) aufweist, der von seinem Dichtsitz (6) abhebbar ist mittels eines auf seine Vorderseite gerichteten Stößels (34), wobei der Schließkörper (7) einen axialen Durchlaß (8) aufweist, der durch einen weiteren an seiner Rückseite mit einer Feder (18) sowie in Schließstellung mit dem hydraulischen Leitungsdruck beaufschlagten Schließkörper (17) verschließbar ist, der vor dem erstgenannten Schließkörper (7) mittels des genannten Stößels (34) von seinem Dichtsitz (6) abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (34) an einem Kolben (31) sitzt, der einen zu einer Rücklaufleitung (28) für das Hydraulikmedium führenden axialen Durchlaß aufweist und mittels eines weiteren, dabei den Durchlaß verschließenden Kolbens (38) betätigt ist, daß der erstgenannte Schließkörper (7) mit seiner Zylindermantelfläche (10) in einem zylindrischen Hohlraum (11) geführt ist, und daß die den weiteren Schließkörper (17) beaufschlagende Feder (18) kleiner als die erstgenannte Feder (13) ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Labyrinthdichtung (12) an der Zylindermantelfläche (10) oder an der Wand des Hohlraums (11) vorgesehen ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (7) als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, in den von seiner offenen Rückseite her die Feder (13) ragt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (18) des weiteren Schließkörpers (17) mit ihrer Rückseite gegen die Vorderseite eines Federtellers (14) der Feder (13) des erstgenannten Schließkörpers (7) abgestützt ist, an dem der, einen Durchlaß (16) aufweisende, Federteller (14) an einem Absatz (15) anliegt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schließkörper (17) über einen durch den axialen Durchlaß (8) ragenden Bolzen (19) abhebbar ist, der vorzugsweise ein Teil des weiteren Schließkörpers (17) ist, und daß der Stößel (34) an seiner Stirnseite radiale Kanäle (35) aufweist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kolben (31) ein Hohlkolben (31) ist, der über Speichen (33) den Stößel (34) trägt.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte weitere Kolben (38) über einen aus dem Gehäusekörper (1) herausragenden axialen Bolzen (43) zu betätigen ist, daß der weitere Kolben (38) in einem hydraulischen Druck­ raum (41) angeordnet ist, der durch eine Bohrung (50) in dem weiteren Kolben (38) mit dessen Vorderseite verbunden ist, und daß die wirksame Kolbenfläche des Druckraumes (41), vorzugsweise geringfügig, kleiner ist als diejenige des erstgenannten Kolbens (31).

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kolben (31) und dem weiteren Kolben (38) Zylinder (20; 21) zugeordnet sind, die als Einsätze in dem Gehäusekörper (1) angeordnet und zur Bildung radialer Durchlässe axial über je zwei bis vier Abstandhalter (22; 23) abgestützt sind, die vorzugsweise jeweils an einem der Zylinder (20; 21) sitzen.