DE3804846C2 - Hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil, insbesondere für hydraulische Ausbausysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch entsperrbares Rückschlag­ ventil, insbesondere für hydraulische Ausbausysteme, entspre­ chend der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Hydraulisch entsperrbare Rückschlagventile werden in großem Um­ fang z. B. bei hydraulischen Ausbausystemen für den Bergbau ver­ wendet und sind in zahlreichen Ausführungen, zumeist in Gestalt von Ventilpatronen, gebräuchlich. Die bekannten hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile weisen an ihrem Steuerkolben ei­ nen Stößel auf, mit dem das Schließglied gegen die Rückstell­ kraft der Ventilfeder vom Ventilsitz abhebbar ist, um die Ver­ bindung zwischen der druckführenden Seite und einer Rücklauflei­ tung herzustellen. Im Schließzustand des Rückschlagventils wirkt der in der Ventilkammer anstehende hydraulische Druck in Schließrichtung auf das Schließglied, so daß dieses einerseits von diesem Druck, andererseits aber auch von der Ventilfeder in Schließrichtung belastet wird. Infolgedessen müssen bei der hydraulischen Ansteuerung des Ventils über den Steuerkolben hohe Steuerkräfte aufgebracht werden. Der Schaltdruck des Rückschlag­ ventils ist abhängig von dem Druck am Verbraucheranschluß, der erheblichen Schwankungen unterliegen kann. Dies kann zu Fehl­ schaltungen und Funktionsstörungen des Systems führen.

Aus der DE 34 02 110 A1 ist ein hydraulisch entsperrbares Rück­ schlagventil der gattungsgemäßen Art bekannt, dessen von der Ventilfeder belastetem, z. B. als Ventilkugel ausgebildetem Schließglied ein Druckausgleichskolben zugeordnet ist, der mit einer Kolbendichtung in einer Bohrung des Ventilgehäuses geführt ist, wobei die vom hydraulischen Hochdruck in Schließrichtung belastete Fläche des Schließgliedes und die vom gleichen Druck in Öffnungsrichtung des Schließgliedes belastete Kolbenfläche des Druckausgleichskolbens derart bemessen sind, daß sich die auf das Schließglied wirkenden hydraulischen Kräfte im wesentli­ chen aufheben, so daß bei Druckbeaufschlagung des hydraulischen Steuerkolbens im wesentlichen nur die Schließkraft der Ventilfe­ der zu überwinden ist, um das Schließglied vom Ventilsitz abzu­ heben. Bei diesem Rückschlagventil ist der Druckausgleichskolben als Stößelkolben mit beidseitigem Stößel zwischen dem Schließ­ glied und dem Steuerkolben angeordnet und zusätzlich mit einer Stößeldichtung versehen. Er bildet ein von dem Schließglied und auch vom Steuerkolben getrenntes Bauteil, das im Ventilgehäuse unter Abdichtung geführt ist, selbst aber nicht der Führung des Schließgliedes dient. Bei Druckentlastung des hydraulischen Steuerkolbens wird das Schließglied durch die Schließkraft der Ventilfeder in die Schließposition gegen den Ventilsitz ge­ drückt. Da bei den hohen hydraulischen Arbeitsdrücken, die bei Ausbausystemen in der Größenordnung von 300 bis 450 bar oder so­ gar darüber liegen, sehr kräftige Ventilfedern benötigt werden, bewirken die großen Federschließkräfte einen stoßartigen Auf­ prall des Schließgliedes auf den Ventilsitz, was zu starken Be­ anspruchungen dieser Teile, insbesondere der Ventilsitzflächen, führt und ein vorzeitiges Unbrauchbarwerden des Rückschlagven­ tils zur Folge haben kann.

Ausgehend von dem vorgenannten hydraulisch entsperrbaren Rück­ schlagventil der gattungsgemäßen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dieses Rückschlagventil bei guter Führung des Schließgliedes in seiner Funktionssicherheit unter Hochdruckbe­ dingungen und unter Umständen erheblich schwankenden hydrauli­ schen Drücken zu verbessern, wobei auch die beim Schließvorgang auftretenden hohen stoßartigen Beanspruchungen der zusammenwir­ kenden Schließflächen des Schließgliedes und des Ventilsitzes vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils sind der hydraulische Steuerkol­ ben und das Schließglied über einen von der Ventilfeder belaste­ ten Ventilschaft gekoppelt, der mit dem Druckausgleichskolben verbunden ist bzw. diesen bildet, wobei der federbelastete Ven­ tilschaft über den mit einer Kolbendichtung in der Ventilbohrung des Ventilgehäuses geführten Druckausgleichskolben geführt wird. Das Schließglied besteht aus einer Ventilhülse, die in der mit dem Verbraucheranschluß versehenen Ventilkammer des Ventilgehäu­ ses zwischen dem Steuerkolben und dem Druckausgleichskolben auf dem Ventilschaft angeordnet ist. Dabei ist die Ventilhülse auf dem Ventilschaft in dessen Achsrichtung verschieblich geführt, und zwar gegen die Kraft einer in Ventilschließrichtung wirken­ den vergleichsweise schwachen Hilfsfeder, deren Federkraft folg­ lich kleiner ist als diejenige der starken Ventilfeder. Diese Hilfsfeder ermöglicht ein Aufsteuern des Ventils bei druckent­ lastetem Steuerkolben und hat eine beim Schließen des Rück­ schlagventils, d. h. bei Druckentlastung seines Steuerkolbens die durch die hohe Federschließkraft der starken Ventilfeder be­ dingte Stoßbelastung dämpfende Funktion. Sie bildet also eine Dämpfungsfeder, die beim Schließvorgang die Federkraft der star­ ken Ventilfeder an der Ventilhülse und dem zugeordneten Ventil­ sitz abfedert, so daß die hohe Federkraft der Ventilfeder nicht an der Ventilhülse und ihrem Ventilsitz als schädliche Stoßbe­ lastung zur Wirkung kommen kann. Im Ergebnis wird daher ein lastdruck-unabhängiges hydraulisch entsperrbares Rückschlagven­ til mit guter Führung der als Schließglied verwendeten Ventil­ hülse geschaffen, wobei das Rückschlagventil unter den Hoch­ druckbedingungen sehr präzise arbeitet und keinen übermäßigen Stoßbelastungen am Schließglied und Ventilsitz unterworfen ist. Demgemäß zeichnet sich das erfindungsgemäße Rückschlagventil auch durch hohe Funktionssicherheit aus, darüber hinaus auch durch vergleichsweise einfache Bauweise, da ein vom Ventilschaft baulich getrennter, als Stößelkolben ausgebildeter Druckaus­ gleichskolben und auch ein vom Ventilschaft getrennter Steuer­ kolben entfallen. Am Ventilschaft kann ein mit dem Schließglied zusammenwirkender, dieses bei Druckbeaufschlagung des Steuerkol­ bens vom Ventilsitz abhebender Anschlag angeordnet werden. Die­ ser Anschlag kann von dem Steuerkolben oder einer mit diesem verbundenen Gewindehülse gebildet sein. Der Steuerkolben kann mit dem Ende des Ventilschaftes lösbar verbunden sein.

Im einzelnen läßt sich das erfindungsgemäße Rückschlagventil mit Vorteil so ausgestalten, daß sich die in einer Federkammer des Ventilgehäuses angeordnete Ventilfeder an einem Anschlagbund des Ventilschaftes abstützt. Die Innenbohrung der das Ventilschließ­ glied bildenden Ventilhülse wird zweckmäßig durch einen O-Ring, der in einer Ringnut des von der Ventilhülse umschlossenen Schaftabschnittes des Ventilschaftes sitzt, gegenüber diesem ab­ gedichtet. Die in der genannten Ventilkammer angeordnete Hilfs­ feder kann gegen eine Schulterfläche des Ventilgehäuses abge­ stützt sein, wobei sie die Ventilhülse mit ihrer Kegelfläche ge­ gen die kegelige Ventilsitzfläche des Ventilsitzgliedes drückt. Die Ventilhülse bildet hier also einen hülsenförmigen Ventilke­ gel.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Rückschlagventil, wie in der Ausbauhydraulik bekannt, als Ventilpatrone ausgeführt. Dabei weist das Rückschlagventil an seinem zylindrischen Ventilgehäuse ein Außengewinde auf, mit dem die Ventilpatrone in eine Gewinde­ bohrung eines Bauteils, z. B. eines Ventilblocks, einschraubbar ist, wobei an dem einseitig aus dem Ventilgehäuse herausragenden Ende des Ventilschaftes der hydraulische Steuerkolben mit Kol­ bendichtung angeordnet ist. Die Kolbendichtung dient der Dich­ tung der Gewindebohrung am Umfang des Steuerkolbens.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulisch entsperrbaren Rückschlag­ ventils im Axialschnitt gezeigt.

Das dargestellte hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil ist nach Art einer Ventilpatrone ausgebildet. Es weist ein zylindrisches Ventilgehäuse 1 auf, das sich mit einem Außen­ gewinde 2 in eine Gewindebohrung eines Bauteils, z. B. eines Ventilblocks od. dgl., einschrauben läßt. In der mehrfach ge­ stuften Innenbohrung des Ventilgehäuses 1 befindet sich ein entsprechend mehrfach gestufter Ventilschaft 3, der an seinem einseitig aus dem Ventilgehäuse 1 herausragenden Ende einen hydraulischen Steuerkolben 4 mit Kolbendichtung 5 trägt. Der Steuerkolben 4 weist eine Gewindebohrung 6 auf, in die der Ventilschaft 3 mit seinem endseitigen Gewindeabschnitt ein­ geschraubt ist. Zur Sicherung der Schraubverbindung dient ein Sicherungsstift 7 od. dgl.

Der Ventilschaft 3 taucht mit seinem anderen, im Durchmesser stärkeren Schaftende 8 in eine Federkammer 9 des Ventilge­ häuses 1, die eine Ventilfeder 10 aufnimmt. Letztere stützt sich mit ihrem einen Ende an einem Bund 11 des Ventilschaftes 3 und mit ihrem anderen Ende an einem in ein Innengewinde 12 des Ventilgehäuses von außen eingeschraubten Widerlagerring 13 ab, der einen in die Schraubenfeder einfassenden Anschlag 14 für den Ventilschaft 3 bildet.

Der Ventilschaft 3 weist außerdem einen Druckausgleichskolben 15 auf, der mit einer Kolbendichtung 16 in der Innenbohrung des Ventilgehäuses 1 abgedichtet ist und dessen Durchmesser demjenigen des Schaftendes 8 des Ventilschaftes 3 ent­ spricht. Zwischen dem Druckausgleichskolben 15 und dem Steuer­ kolben 4 ist auf dem im Durchmesser abgesetzten Schaftabschnitt 17 des Ventilschaftes 3 ein Schließglied 18 in Gestalt einer Ventil­ hülse 18 axial geführt. Ein O-Ring 19, der in einer Ringnut des Schaftabschnittes 17 sitzt, dichtet den Ventilschaft gegenüber der Innenbohrung der Ventilhülse 18 ab. Letztere befindet sich in einer im Durchmesser erweiterten Ausdrehung der Gehäusebohrung, die hier eine Ventilkammer 20 bildet. In der Ventilkammer 20 ist eine schwache Hilfsfeder 21 angeord­ net, die sich gegen eine Schulterfläche 22 des Ventilgehäuses abstützt und die Ventilhülse 18 mit ihrer Kegelfläche 23 gegen die kegelige Ventilsitzfläche 24 eines Ventilsitzgliedes 25 drückt. Die Hilfsfeder 21 wirkt also ebenso wie die stär­ kere Ventilfeder 10 in Schließrichtung des Rückschlagventils.

Die gezeigte Ventilpatrone wird, wie erwähnt, in eine Gewinde­ bohrung eines Bauteils eingeschraubt, das mit einer zu einem Verbraucher, z. B. zu dem Zylinderraum eines hydraulischen Arbeitszylinders führenden Verbraucherleitung versehen ist, die an die Verbraucheranschlüsse 26 des Ventilgehäuses 1 angeschlossen sind, so daß in der Ventilkammer 20 der Druck an der Verbraucherseite ansteht. Das Rückschlagventil steht innerhalb der Bohrung außerdem mit einer zweiten Leitung in Verbindung, die alternativ mit einer Pumpendruckleitung oder mit einer Rücklaufleitung verbunden sein kann. Der Anschluß mit dieser zweiten Leitung befindet sich bei 27 auf der ande­ ren Seite der Ventilhülse 18.

Der im Betrieb in der Ventilkammer 20 anstehende hydraulische Druck des angeschlossenen Verbrauchers wirkt einerseits auf die ringförmige Kolbenfläche des Druckausgleichskolbens 15 und andererseits in Gegenrichtung auf die ringförmigen Kol­ benfläche der gestuften Ventilhülse 18. Dabei sind die Kolben­ flächen in ihrer Größe so bemessen, daß sich an der Ventilhülse 18 praktisch ein vollständiger Druckausgleich einstellt. Das be­ sagt, daß der hydraulische Schaltdruck P_ST unabhängig ist von dem am Verbraucheranschluß 26 anstehenden Auflastungsdruck und nur abhängig ist von der Federkraft der Ventilfeder 10. Falls der auf den Steuerkolben 4 wirkende Steuerdruck P_ST die Schließkraft der Ventilfeder 10 übersteigt, bewegt sich der Steuerkolben 4 mit dem Ventilschaft 3 gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder 10, wobei die Ventilhülse 18 durch Anschlag 28 mitgenommen, also von seiner Ventilsitzfläche abgehoben wird. Hierdurch wird die Ver­ bindung der an Verbraucheranschlüssen 26 anliegenden Druckseite mit dem am Anschluß 27 angeschlossenen hydraulischen Rücklauf hergestellt, so daß die Druckflüssigkeit über das geöffnete Rückschlagventil in den Rücklauf gelangen kann. Wird der Steuer­ kolben 4 vom Steuerdruck P_ST entlastet, so wird das Rückschlagven­ til von der Ventilfeder 10 wieder geschlossen. Da die Ventil­ hülse 18 auf dem Ventilschaft 3 axial verschieblich geführt und durch die Hilfsfeder 21 abgefedert ist, wird der Schließvorgang an der Ventilhülse und dem Ventilsitzglied abgefedert, also ver­ hindert, daß es unter der hohen Federkraft der starken Ventilfe­ der 10 zu einer entsprechend starken Stoßbelastung an der Kegel­ fläche 23 der Ventilhülse 18 und der kegeligen Ventilsitzfläche 24 kommt.

Wenn die Anschlußseite 27 des Rückschlagventils, wie oben er­ wähnt, an die Pumpendruckleitung angelegt wird, so kann sich die Ventilhülse 18 gegen die Kraft ihrer schwachen Hilfsfeder 21 von der Ventilsitzfläche 24 abheben und die Verbindung vom Anschluß 27 zum Verbrau­ cheranschluß 26 öffnen, ohne daß hierbei der Steuerkolben 4 vom hydraulischen Steuerdruck beaufschlagt wird. Sobald dann der Druck auf der Verbraucherseite, d. h. an den Verbraucheranschlüssen 26 auf ein bestimmtes Niveau angestiegen ist, schließt das Rückschlagventil wieder. Es kann dann, wie vorstehend beschrie­ ben, über den hydraulischen Steuerkolben 4 bedarfsweise wieder aufgesteuert werden, um die Verbindung der Verbraucheranschlüsse 26 mit dem nun an einen Rücklauf angeschlossenen Anschluß 27 herzustellen. Der vorgenannte Anschlag 28 wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch das Ende des als Gewindehülse ausge­ bildeten Steuerkolbens 4 gebildet.

Claims (8)

1. Hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil, insbesondere für hydraulische Ausbausysteme, mit einem von einer Ven­ tilfeder in Schließrichtung belasteten Schließglied, das in einer an einem Verbraucheranschluß angeschlossenen Ven­ tilkammer des Ventilgehäuses angeordnet ist, mit einem hydraulischen Steuerkolben, durch dessen Druckbeaufschla­ gung das Schließglied gegen die Rückstellkraft der Ventil­ feder vom Ventilsitz abhebbar ist, und mit einem dem Schließglied zugeordneten, mit einer Kolbendichtung in eine Ventilbohrung des Ventilgehäuses geführten Druckaus­ gleichskolben, wobei die vom hydraulischen Druck in der Ventilkammer belasteten Kolbenflächen des Schließgliedes und des Druckausgleichskolbens derart bemessen sind, daß sich im Schließzustand des Ventils die auf das Schließ­ glied wirkenden hydraulischen Kräfte im wesentlichen auf­ heben, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• (a) Der Steuerkolben (4) und das Schließglied (18) sind über einen von der Ventilfeder (10) belasteten Ventil­ schaft (3) gekoppelt, mit dem der Druckausgleichskolben (15) verbunden ist;
• (b) Das Schließglied (18) besteht aus einer auf dem ge­ stuften Ventilschaft (3) zwischen dem Steuerkolben (4) und dem Druckausgleichskolben (15) angeordneten Ventil­ hülse, die auf dem Ventilschaft (3) gegen die Kraft einer in Ventilschließrichtung wirkenden Hilfsfeder (21) axial geführt ist, deren Federkraft kleiner ist als die­ jenige der auf den Ventilschaft (3) wirkenden Ventilfe­ der (10).

2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Ventilschaft (3) ein mit dem Schließglied (18) zusammenwirkender, dieses bei Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens (4) von einer Ventilsitzfläche (24) abhebender Anschlag (28) angeordnet ist.

3. Rückschlagventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anschlag (28) von dem Steuerkolben (4) oder einer mit dem Steuerkolben (4) ver­ sehenen Gewindehülse gebildet ist.

4. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuer­ kolben (4) mit dem Ende des Ventilschaftes (3) lösbar ver­ bunden ist.

5. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die in einer Federkammer (9) des Ventilgehäuses (1) angeordnete Ventilfeder (10) sich an einem Anschlagbund (11) des Ven­ tilschaftes (3) abstützt.

6. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Innen­ bohrung der das Schließglied (18) bildenden Ventil­ hülse durch einen O-Ring (19), der in einer Ringnut des von der Ventilhülse umschlossenen Schaftabschnittes (17) des Ventilschaftes (3) sitzt, gegenüber diesem abgedichtet ist.

7. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die in der Ventilkammer (20) angeordnete Hilfsfeder (21) gegen eine Schulterfläche (22) des Ventilgehäuses (1) abstützt und die Ventilhülse mit ihrer Kegelfläche (23) gegen die kegelige Ventilsitzfläche (24) des Ventilsitzgliedes (25) drückt.

8. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß es nach Art einer Ventilpatrone ausgebildet ist und an seinem zylindrischen Ventilgehäuse (1) ein Außengewinde (2) auf­ weist, mit dem die Ventilpatrone in eine Gewindebohrung eines Bauteils, z. B. eines Ventilblocks, einschraubbar ist, wobei an dem einseitig aus dem Ventilgehäuse (1) her­ ausragenden Ende des Ventilschaftes (3) der hydraulische Steuerkolben (4) mit Kolbendichtung (5) angeordnet ist.