DE3303877C2

DE3303877C2 - Einzelstempelventil

Info

Publication number: DE3303877C2
Application number: DE19833303877
Authority: DE
Inventors: Jörn 4320 Hattingen Dams
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-05
Filing date: 1983-02-05
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3303877A1

Description

Aus dem DE-GM 1945806 ist ein Ventil anderer Gattung bekannt, bei dem eine glatte Außen wandung eines hohlzylindrischen Ventilgliedes durch eine in dem angrenzenden Gehäuse angeordnete O-Riiig-Dichiung beidseitig gegen unterschiedliche Flüssigkeitsdrücke abgedichtet wird. Bei diesem gattungifremden Ventil tritt das vorbeschriebene Problem der Einbringung einer Feder mit weicher Federkennlinie insofern nicht auf, als zu deren Anordnung genügend Platz zur Verfügung steht Ob bev evtL auftretenden Korrosionen zwischen dem zylindrischen Ventilglied und der Gehäusewandung eine Nachbearbeitung möglich ist, hängt vom Einzelfall ab, da dieses Ventil in seiner Funktion als Druckdifferenzventil entscheidend abhängig ist von dem Flächenverhältnis der Ventilsitzfläche zu dem Querschnitt der Führungsbohrung, in dem die O-Ring-Dichtung angeordnet ist Wenn dieses Flächenverhältnis, beispielsweise durch Ausdrehung der Führungsbohrung aufgrund von darin gebildeten Korrosionen geändert wird, ändert sich zwangsläufig auch das Arbeitsverhallen des gesamten Ventils.

Von diesem Stand der Tecnnik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Einzelstempelventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, daß einerseits bei Entlastung des Stempels von einer Spitzenbelastung einen Diirchflußstrom der Hydraulikflüssigkeit von mindestens 30 l/min durch das Druckbegrenzungsventil gewährleistet und welches andererseits eine leichte Wartung und Reparatur sicherstellt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches angegebenen Mitteln gelöst.

Durch die Verlegung der bisher in der Kolbenhütsc befindlichen Dichtung in die Innenwandung des Gehäuses und der glatt zylindrischen Ausbildung der Kolbenhülse kann letztere bei gleicher Festigkeit mit einem im Durchmesser größeren Innenraum mit einem Durchmesser von 19 mm versehen werden. Dieser größere Innenraum in der Kolbenhülse erleichtert die Anordnung einer Feder mit einem Außendurchmesser von 18 mm (do + dj - 18 mm). Bei ansonsten etwa gleichen Abmessungen hat eine derartige Feder aufgrund des größeren Drahtdurchmessers auch eine weichere Federkennlinie zur Folge. Eine weichere Federkennlinie wiederum bewirkt ein genaueres Arbeitsverhalten des Ventiles. Dadurch kann der von ihr beaufschlagte Ventilkolben bei gleichen Kräfteverhältnissen einen längeren Hub zurücklegen und damit auch eine größere Durchflußmenge der Druckflüssigkeit pro Zeiteinheit über das Druckbegrenzungsventil sicherstellen. Dabei hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß dieser Druckflüssigkeitsstrom bis zu 60 l/min betragen kann. Dadurch wiederum ist eine blitzartige Entlastung des Stempels und damit wiederum ein sicherer Ausschluß von Deformationen und Zerstörungen im hydraulischen System gewährleistet.

Durch die Verlegung der Dichtung in die Innenwandung des Gehäuses wird jedoch auch eine leichtere Wartung sichergestellt. So können bei auftretenden Riefen aufgrund von Korrosionen im Innenmantel des Gehäuses diese durch Ausdrehung beseitigt und eventualiter eine neue Kreisringnut zur Aufnahme des O-Ringes eingestochen werden. Nur im äußersten Falle, das heißt, wenn die Abtragungen auf der Innenwandung des betreffenden Gehäuseteils einen Grenzwert von beispielsweise 1 mm erreichen oder gar diesen überschreiten, muß lediglich das betreffende Gehäuseteil ausgewechselt werden. Die wesentlich kostspieliger und kompli zierter gestaltete Kolbenhülse braucht allenfalls überarbeitet zu werden. Dabei hat sich in üben aschender Weise herausgestellt, daß die nunmehr stationär gestaltete Dichtung «ine größere Lebensdauer aufweist als die zuvor mit der Kolbcnhülse bewegliche Dichtung bei den vorbekannten Einzelstempelvcntilen. Und ferner hat sich herausgestellt, daß diese neue Anordnung des Einzelstempelventils auch bei der Reparatur von alten, vorbekannten Einzelstempelventilen dadurch angewendet werden kann, daß deren komplette Kolbenhülse gegen die neue Kolbenhülse gemäß der Erfindung ausgetauscht und in den betreffenden Gehäuseteil eine Kreisringnut zur Aufnahme der O-Ringdichtung eingestochen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Dieses Einzelstempelventil 1 besteht im wesentlichen aus einem quer zur Längsachse 2 eines nicht dargestellten Stempels eingesetzten Gehäuse mit den Gehäuseteilen 3,4 und einer in seinem Innenraum 5' befindlichen Kolbenhülse 6. Die Kolbenhülse 6 ist mit einem Rückschlagventil 7 zum Setzen, mit einem Sperrventil 8 zum Rauben und mit einem Druckbegrenzungsventil 9 zum Entlasten des Stempels versehen. Die Kolbenhülse 6 wird längsverschieblich über die Dichtung 10, die vorliegend in der Innenwandung 5 des Gehäuseteiles 3 angeordnet ist, geführt, wobei die Außenwandung U der Kolbenhülse 6 im Bereich der Dichtung 10 glatt zylindrisch ausgebildet ist. Diese Dichtung 10 besteht im vorliegenden Fall aus einer in die Innenwandung 5 des Ge häuseteiles 3 eingestochenen, kreisringförmigen Nut 12 mit einem eingelegten O-Ring 13.

Das Rückschlagventil 7 zum Setzen des Stempels besteht im wesentlichen aus einem kugelförmigen Ventilkörper 14, der von einer Kegelfeder 15 gegen den Ven tilsitz 16 am Ende 6" der Kolbenhülse 6 gedrückt wird.

Das Sperrventil 8 zum Rauben wird von einer Feder 17, die sich mit ihrem einen Ende 17' an der Kolbenhülse 6 und mit ihrem anderen Ende 17" an einem Vorsprung des Gehäusetcilcs 4 abstützt, und von einem die Durchgangsöffnung 18 abdichtenden Ventilring 19 gebildet.

Das Druckbegrenzungsventil 9 setzt sich im wesentlichen aus einem Ventilkolben 20 mit Radialöffnungen 21 und einer Anschlagsbegrenzung 22 sowie aus einer über einen Ventilteller 23 auf ihn einwirkenden zylindrischen Schraubenfeder 24 zusammen. Mit ihrem vom F^derteller 23 abgewandten Ende 24' stützt sich die zylindrische Schraubenfeder 24 gegen ein Widerlager 25 ab, das zur Einstellung der gewünschten Vorspannung der Feder 24 so in die Kolbenhülse 6 einschraubbar und verstellbar gestaltet ist.

Die Funktionsweise dieses Druckbegrenzungsventiles 9, 20, 21, 22, 23, 24, 25 ist ausführlich im DE-GM 82 16 072 beschrieben worden und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Der Außendurchmesser D der Gehäuseteile 3, 4 ist standardmäßig bei sämtlichen Einzelstempelventilen der hier in Rede stehenden Art 42 mm. Neu hingegen sind bei dem Einzelstempelventil gemäß der Erfindung bo der Innendurchmesser d\ der Kolbenhülse 6 mit etwa 19 mm und die Abmessung di mit etwa 18 mm, die sich aus der Summe des Windungsdurchmessers da der zylindrischen Schraubenfeder 24 zuzüglich ihres Drahtdurchmessers ö'i zusammensetzt.

Erfindungswesentlich ist einerseits die Anordnung der Dichtung 10 in der Innenwandung 11 des Gehäuses 3, 4 und andererseits der größere Innendurchmesser d\ der Kolbenhülse 6 aufgrund des im Durchmesser größe-

ren Innenraumes 6' sowie die Anordnung der zylindrischen Schraubenfeder 24 mit einer gegenüber dem Stand der Technik weicheren Federkennlinie der bis dato bei einem derartigen Druckbegrenzungsventil 9 bekannten Federn.

Das neue Einzelstempelventil arbeitet folgendermaßen:

Zum Setzen des nicht dargestellten Stempels wird das Rückschlagventil 7 mit einer nicht dargestellten Hydraulikzufuhr gekuppelt. Unter dem Überdruck strömt Hydraulikflüssigkeit durch die öffnung 26 unter Abhebung des kugelförmigen Ventilkörpers 14 entgegen der Kraft der Kegelfeder 15 in den Raum 27 ein und von dort über die Radialbohrung 28 in der Kolbenhülse 6 und die Radialbohrungen 29 im Gehäuse 3. 4 in einen nicht dargestellten Raum des Stempels, wodurch dieser ausgefahren und gesetzt werden kann. Bei Erreichen des Setzdruckes wird die Hydraulikzufuhr vom Rückschlagventil 7 abgekoppelt, wodurch der kugelförmige Ventilkörper 14 in die dargestellte Schlicßlage gegen den Ventilsitz 16 gepreßt wird.

Da die Kolbenhülse 6 in ihrem Außenumfangsbercich 30 einen geringeren Durchmesser als in ihrem Außenumfangsbereich 31 aufweist, wird die Koibenhülse 6 während des Belastungszustandes des Stempels in Richtung des Pfeiles 32 und damit der Dichtring 19 in seine dargestellte Dichtlage gedrückt.

Bei Spitzenbelastungen steigt auch der Druck der Hydraulikflüssigkeit im Raum 27 an. Dadurch wird der Ventilkolben 20 des Druckbegrenzungsvcntiles 9 gleichfalls in Richtung des Pfeiles 32 entgegen der Wirkung der Feder 24 soweit nach oben verschoben, bis über den Kanal 20 und die radialen öffnungen 21 Druckflüssigkeit in den Raum 6' und die öffnung 6'" der Kolbenhülse 6 über den Ringspalt 6^IV in die öffnung 33 und damit ins Freie austreten kann, wodurch eine momentane Entlastung des Stempels erfolgt. Dabei hat sich überraschend herausgestellt, daß über das Druckbegrenzungsventil 9 ein Durchflußstrom von 60 l/min erzielt werden kann. Dadurch können Deformationen des Stempels und Beschädigungen des hydraulischen Systems infolge von Spitzcnbelastungcn sicher ausgeschlossen werden.

Zum Rauben des nicht dargestellten Stempels muß dieser eingefahren werden. Dies geschieht mittels eines in die Öffnung 33 des Gchäuscteiles 3 hineingesteckten Drehschlüssels, der die Kolbenhülse 6 über das Widerlager 25 entgegen der Pfeilrichtung 32 verschiebt, wodurch der Dichtring 19 abhebt und somit die Hydraulikflüssigkeit über die Radialbohrungen 29 des Gehäuses 3, 4 und die Radialöffnijn.gen 28 in der Kolbenhübe 6 sowie über den dann entstehenden Spalt 18 zwischen Dichtring 19 und Gehäuse 4 in den Raum 34 ausströmen kann.

» Einzelstempelventil«

Stückliste	Einzelstempelventil	1
Längsachse	2
Gehäuseteile	3,4
innenwandung des Gehäuses 3,4	5
Innenraum des Gehäuses 3,4	5'
Kolbenhülse	6
Innenraum von Kolbenhülse 6	6'
Ende der Kolbenhülse 6	6"
öffnung in Koibenhülse 6	6'"

Ringspalt zwischen Koibenhülse 6	Hierzu 1 Blatt Zeichnungen	6'^v
und Innenwandung 5		7
Rückschlagventil zum Setzen	8
Sperrventil zum Rauben	9
5 Druckbegrenzungsventil zum Entlasten	10
Dichtung	11
Außenwandung von Koibenhülse 6	12
kreisringförmige Nut	13
O-Ring	14
κι Ventilkörper	15
Kcgelfeder	16
Ventilsitz	17
Feder von Sperrventil 8	17,17
Enden von Feder 17	•8
is Durchgangsöffnung von Sperrventil 8	19
Ventilring
Ventilkolbcn von	20
Druckbegrenzungsventil 9	21
Radialöffnung
20 Anschlagsbegrcnzung von	22
Ventilkolben 20	23
Ventilteller	24
zylindrische Schraubenfeder	24'
Ende von Feder 24	25
25 Widerlager von Feder 24	D
Außcndurchmesser von Gehäuse 3,4	d.
Innendurchmesser von Kolbenhülse 6	d₂
Außcndurchmesser von Feder 24	d_u
Windungsdurchmesser	d₃
jo Drahtdurchmesser	26,33
öffnung	27,34
Raum	28,29
Radialbohrungen	30,3!
Außenumfanesbereich von Kolbenh, 6	32
J5 Pfeil

Claims

1 2

sich die einzelnen Stempelventile in aller Regel durch

Patentanspruch: die Konstruktion ihres Druckbegrenzungsventiles. Der

Ventilkörper dieses Druckbegrenzungsventiles kann

Einzelstempelventil mit einem quer zur Längsach- dabei sowohl unter der Wirkung einer Gasdruck-Feder se eines Stempels eingesetzten Gehäuse, in dessen 5 als auch unter der Wirkung einer mechanischen Feder Innenraum eine Kolbenhülse mit einem Rückschlag- stehen. Das vorliegende Einzelstempelventil weist ein ventil zum Setzen, mit einem Sperrventil zum Rau- federgesteuertes Druckbegrenzungsventil auf, welches ben und mit einem Druckbegrenzungsventil zum ausführlich in dem DE-GM 82 16 072 des gleichen An-Entlasten des Stempels über eine Dichtung längsver- meiders beschrieben worden ist. schieblich an der Innenwand des Gehäuses gerührt io Bei derartigen Einzelstempelventilen bilden sich aufist und von einer das Sperrventil in Schließlage drük- grund von Korrosionen an den Gleitflächen des Gehäukenden, sich mit einem Ende an der Kolbenhülse und ses und der Kolbenhülse Riefen, Kalotten oder sonstige sich mit dem anderen Ende am Gehäuse abstützen- Absetzungen, so daß die Dichtung ihre Funktion nicht den, zylindrischen Schraubenfeder umgriffen ist, mehr erfüllen kann. Dann strömt Hydraulikflüssigkeit während im Innenraum der Kolbenhülse eine auf 15 aus dem Stempelraum über diese Dichtung zwischen einen Ventilkolben des Druckbegrenzungsventils Kolbenhülse und der Gehäuseinnenwandung aus, woeinwirkende Feder angeordnet ist, und des Gehäuse durch auch der Druck im Stempelraum nicht mehr geeinen Außendurchmesser von 42 mm aufweist, d a - halten werden kann.

durch gekennzeichnet, daß der Innen- Eine Nachbearbeitung erweist sich häufig als äußerst

durchmesser fdi) der Kolbenhülse (6) etwa 19 mm 20 schwierig und hängt im wesentlichen von der maxima-

und der Windungsdurchmesser (<k) zuzüglich eines len Tiefe der Verschleißerscheinungen im Bereich der

Drahtdurchmessers (Wj) der zylindrischen Schrau- Dichtung ab.

benfeder (24) im Innenraum (6') der Kolbenhülse (6) Noch gravierender ist jedoch, daß die Kolbenhülse etwa 18 mm betragen, wobei die zylindrische aufgrund der eingestochenen Nut zur Aufnahme des Schraubenfeder eine weiche Federkennlinie auf- 25 O-Ringes an dieser Stelle geschwächt ist und daher die weist und die Dichtung (10) in an sich bekannter Matcrialwandung der Kolbenhülse entsprechend dick Weise aus einer in die Innenwandung (5) des Genau- ausgebildet werden muß. Demzufolge darf bei einem ses (3,4) eingestochenen, kreisringförmigen Nut (12) Gchäiiseaußendurchmesser von 42 mm — das ist der mit einem eingelegten O-Ring (13) besteht und die Standardaußendurchmesser derartiger Einzelstempel-Außenwandung (11) der Kolbenhülse (6) im Bereich 30 ventile - der Innendurchmesser der Kolbenhülse nicht der Dichtung (10) glatt zylindrisch ausgebildet ist. größer als 15 mm gestaltet sein. In diesem verhältnismä-

ßig engen Raum läßt sich jedoch nur eine mechanische

Feder mit relativ harter Federkennlinie unterbringen. Eine harte Federkennlinie wiederum ist mit dem Nach-

Die Erfindung betrifft ein Einzelstempelventil der im 35 teil verbunden, daß das von ihr beaufschlagte Druckbe-

Oberbegriff des Anspruches aufgeführten Gattung. grenzungsventil bei gleicher möglicher Durchlaßfähig-

Bei einem durch offenkundige Vorbenutzung be- keit einen höheren Druckanstieg bewirkt, was zu einer

kanntgewordenen Einzelstempe'ventil der vorstehend unzulässigen Überlastung des hydraulischen Systems

genannten Art besteht das Rückschlagventil zum Set- führen kann. Je weicher die Federkennlinie einer Feder

zen aus einem kugelförmigen Ventilkörper, der von ei- 40 dabei ist, desto genauer ist das Arbeitsverhalten des

ner Kegelfeder gegen einen an einem Ende der Kolben- Ventilcs. Dabei versteht man unter dem Arbeitsverhal-

hülse befindlichen Ventilsitz gedrückt wird. Zum Aus- ten des Ventiles den Hub des Ventilkolbens in Abhän-

fahren bzw. Setzen des Stempels wird an dieses Ende gigkeit von der Federsteife. Nach den Anforderungen

der Kolbenhülse ein Hydraulikzulauf gekuppelt und so- an hydraulische Steuerungen für den Schreitausbau

dann unter der Wirkung der Hydraulikflüssigkeit der 45 wird zwar ein Durchflußstrom von 30 l/min gefordert,

Ventilkörper entgegen der Kegelfeder von seinem Vcn- jedoch von dem Druckbegrenzungsventil des Einzel-

tilsitz abgehoben und über verschiedene Kanäle Hy- stempclventils der vorstehend beschriebenen Gattung

draulikflüssigkeit in den Einzelstempel zu dessen Aus- allenfalls IO l/min erreicht.

fahren geleitet. Sobald die Ausfahrhöhe erreicht ist und Soweit die auf das Druckbegrenzungsventil einwirdie Hydraulikzufuhr gestoppt wird, schließt das Rück- 50 kende Feder eine Gas-Druckfeder ist, neigt diese aufschlagventil selbsttätig. grund von Undichtigkeiten zu einer Flüssigkeitsan-Das Sperrventil zum Rauben besteht bei diesem vor- Sammlung im Gasraum und damit zu einem Auflasten bekannten Einzelstempelventil aus einer an der Kolben- des gesamten Druckbegrenzungsventiles. Das kann beihülse angeordneten Kreisringdichtung, die unter Wir- spielsweisc bei einem Druckbegrenzungsventil gemäß kung der die Kolbenhülse umgreifenden zylindrischen 55 dem DE-GM 66 03 747 auftreten, wenn Druckflüssig-Schraubenfeder gegen einen Ventilsitz des Gehäuses keit über die beiden Dichtungen innerhalb eines Hohlgezogen wird. Zum Rauben des Stempels wird mittels kolbens in den darübergelegenen Gasraum eintreten eines Spezialschlüssels die gesamte Kolbenhülse entge- kann. Dieser Gasraum wird von einer in einem Gehäugen der Kraft des auf die Kolbenhülse einwirkenden seteil eingestochenen Ringnut und einem darin eingehydraulischen Mediums und entgegen der Kraft der bo legten O-Ring gegenüber der glatten Außenwandung letztgenannten Feder derart verschoben, daß die Hy- des Hohlkolbens abgedichtet. Soweit an diesem Hohldraulikflüssigkeit aus dem Stempel über Radialbohrun- kolben an seiner Innen- oder Außenseite die vorbegen des Gehäuses und der Kolbenhülse abfließen kann. schricbenen Korrosionen in Form von Riefen, Kalotten Das vorbeschriebene Rückschlagventil zum Setzen oder sonstigen Absetzungen bilden, ist eine Nachbear- und das Sperrventil zum Rauben sind bei Einzelstempel- bs bcitung in aller Regel dann nicht mehr möglich, wenn ventilen der hier in Rede stehenden Gattung nahezu diese Korrosionserscheinungen auf beiden mit je einer baugleich oder gar identisch, unabhängig davon, von O-Ring-Dichtung zusammenwirkenden Mantelseiten welchem Hersteller sie stammen, ledoch unterscheiden auftreten.