[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch steuerbares, leckfreies Brems-Sperrventil
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Ein derartiges Ventil ist bekannt. Es wird insbesondere zur Leitungsbruchsicherung
verwandt und vorzugsweise direkt an einen Arbeitszylinder angeflanscht. Derartige
Sicherheitsventile sind nach DIN 24093 beim Hebezeugbetrieb von Hydraulikbaqqern vorgeschrieben,
damit beispielsweise bei einem Leitungsbruch kein unkontrolliertes Absinken des Auslegers
oder dgl. eintritt. Damit die Leitungsbruchsicherunq selbsttätig wirkt, besitzt das
Brems-Sperrventil ein Rückschlagventil, das die Durchflußverbindung zwischen dem Arbeitszylinder
und einem Schaltventil, durch welches der Arbeitszylinder mit einer Hydraulikpumpe
und einem Vorratstank für das Hydraulikmedium verbindbar ist, im Hub- und Senkbetrieb
sofort schließt.
[0003] Die hydraulische Steuerung eines solchen Brems-Sperrventils und dessen Funktion ist
beispielsweise in der CH-PS 543 028 (Beb 72/3) beschrieben.
[0004] Ein bekanntes weiteres Brems-Sperrventil besitzt einen in einem Ventilgehäuse axial
verschiebbar gelagerten hohlen Steuerschieber, in dem das Rückschlagventil angeordnet
ist, sowie ein parallel geschaltetes zweites Schließglied, welches durch den Stößel
eines Vorsteuerkolbens betätigbar ist. Bei der bekannten Anordnung werden der Steuerkolben
und der zweite, im Strömungsweg hintereinander geschaltete Steuerkolben durch den
gleichen Steuerdruck einer Vorsteuereinrichtung beaufschlagt.
[0005] Das bekannte Brems-Sperrventil, das zur leckfreien Abdichtung der Durchflußbohrungen
im Ventilgehäuse ein zweites vorgesteuertes Schließglied aufweist, benötigt zum leckfreien
Abdichten des Hydraulikmediums vom Verbraucheranschluß her infolge der zusätzlichen
Funktionselemente und Steuerleitungen einen hohen baulichen Aufwand, der sich auch
in einem erhöhten Platzbedarf für die Unterbringung der Bauteile niederschlägt.
[0006] Wesentliche Funktionen eines hydraulisch steuerbaren Brems-Sperrventils sind somit:
a) durch ein im Strömunqsweg angeordnetes Rückschlagventil im Hub- oder Aufwärtsbetrieb
das Abfallen der Last bei einem Rohrbruch zu verhindern;
b) durch ein hydraulisch steuerbares Drosselventil im Senk-oder Abwärtsbetrieb auch
bei einem Rohrbruch eine kontrollierte Abwärtsfahrt zu ermöglichen;
c) durch ein leckfreies Sperrventil ein langsames, unkontrolliertes Absenken der Last
im Stillstand zu verhindern.
[0007] Bei dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisch
steuerbares Brems-Sperrventil in kompakter Bauweise zu schaffen, bei dem die zuvor
aufgeführten Funktionen in einem einzigen Steuerkolben integriert sind. Insbesondere
sollen die im Ventilgehäuse vorgesehenen Durchlaßverbindungen absolut leckfrei abgedichtet
und das Brems-Sperrventil durch eine geringe Zahl von Funktionselementen baulich derart
einfach gestaltet sein, daß es durch die erreichbare Platz- und Gewichtsreduzierung
zum unmittelbaren Einbau oder Anbau in bzw. an den Verbraucher geeignet ist.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebene
Merkmalskombination gelöst. Dabei zeichnet sich das leckfreie Brems-Sperrventil nach
der Erfindung insbesondere dadurch aus, daß die Sitzfunktion und die Steuerfunktion
in den Steuerkolben integriert ist, wobei gewährleistet bleibt, daß die die Abdichtung
bewirkende Steuerfeder ausreicht, um den Steuerkolben gegen die an dem Ventilkegel
wirkenden, hydraulischen Kräfte zu schließen, andererseits aber schwach genug ausgelegt
werden kann, um durch die auf der Steuerstirnfläche des Steuerkolbens wirksamen Druckkräfte
überwunden zu werden. Gegen eine Bauweise des gesteuerten Rückschlagventils, bei dem
der Steuerkolben die Funktion des leckfreien Sitzventils zusätzlich zu seiner Drosselfunktion
ausübt, bestand in der Fachwelt ein Vorurteil, weshalb im allgemeinen mehrere Ventile
mit den verschiedenen Funktionen in Serie hintereinander geschaltet wurden (z.B. DE-A
32 39 930).
[0009] Die Ringfläche des Schließgliedes, beispielsweise Ventilkegels am Steuerkolben ist
groß genug ausgelegt, daß einerseits große Flächenpressungen und ein Verklemmen oder
Verkanten des Steuerkolbens in der Längsbohrung des Ventilgehäuses vermieden werden.
Andererseits ist die Ringfläche so klein, daß auch bei maximal zulässigem Lastdruck
die Federkraft größer als die hydraulische Kraft an der Ringfläche ist, so daß stets
eine für das leckagefreie Schließen ausreichende Schließkraft übrig bleibt. Die Federkraft
wiederum ist nach oben begrenzt durch die maximal aufbringbare Steuerkraft, die der
Steuerdruck auf die wirksame Steuerkolbenfläche ausübt. Die Durchmesserdifferenz an
der Ringfläche des Ventilkegels beträgt daher vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm. Die auf
den Steuerkolben wirkende, im Federraum eingespannte Feder ist so ausgelegt, daß selbst
bei maximal zulässigem Druck an der Rinqfläche des Steuerkolbens die hydraulische
Axialkraft kleiner ist als die am Steuerkolben wirkende, entgegengerichtete Federkraft.
Hierdurch bleibt selbst bei dem zulässigen Höchstdruck der Steuerkolben in der Schließstellung
angedrückt und die Durchflußverbindung bleibt abgesperrt. Dagegen läßt sich der Lastdruck
am Verbraucher durch Beaufschlagung des Steuerkolbens mit dem Steuerdruck auf einen
gewünschten niedrigeren Wert kontrolliert absteuern.
[0010] Durch die Maßnahme nach Anspruch 3 kann in besonders vorteilhafter Weise erreicht
werden, daß der Ventilsitz, für den im allgemeinen bevorzugt ein härtbarer Werkstoff
verwendet wird, in einer Buchse aus einem geeigneten, oberflächenhärtbaren Werkstoff
ausqebildet werden kann, welche in die entsprechende Bohrung des Ventilgehäuses auswechselbar
eingesetzt, insbesondere eingeschraubt wird. Die Buchse ist dabei nicht geteilt und
schließt sämtliche Funktionselemente des Ventils einschließlich des an den Steuerkolben
angeschlossenen Federraumes in Patronenbauweise ein und wird als gesamte Baueinheit
dichtend in das Ventilgehäuse eingebracht. Hierdurch wird vermieden, daß das gesamte
Ventilgehäuse aus einem entsprechenden härtbaren Werkstoff hergestellt werden oder
andere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um einen gehärteten Ventilsitz im Ventilgehäuse
vorzusehen.
[0011] Es sei erwähnt, daß es alternativ auch möglich ist, die Ringfläche des Schließgliedes
am Steuerkolben zu härten und die Buchse und den Ventilsitz aus weicherem Werkstoff
herzustellen.
[0012] Das Brems-Sperrventil wird durch die in den weiteren abhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale in vorteilhafter Weise fortgebildet. Dabei wird insbesondere auf Anspruch
8 und 9 hingewiesen, durch deren Merkmale eine zusätzliche Sicherungsfunktion bei
einem Federbruch erreicht wird.
[0013] Durch die besondere Art der Schraubenfeder gemäß Anspruch 9 wird vermieden, daß beim
Bruch einer der Federn die der Bruchstelle benachbarten Federwindungen ineinander
geschoben werden. Da davon auszugehen ist, daß ein gleichzeitiger Bruch von zwei oder
mehreren Federn nicht zu befürchten ist, kann durch die vorgeschlagene Maßnahme erreicht
werden, daß beim Bruch einer einzelnen Feder noch eine vorbestimmbare Kraft erhalten
bleibt, die den Steuerkolben hindert, die Durchflußverbindung am Steuerkolben plötzlich
freizugeben. Diese vorbestimmbare Kraft sollte vorzugsweise größer sein als die bei
maximalem Lastdruck an der Ringfläche wirksame hydraulische Kraft.
[0014] Hinsichtlich der Entlastung des Federraumes bestehen verschiedene Möglichkeiten:
Der Federraum kann durch einen in die Buchse oder das Ventilgehäuse eingeschraubten
und gesicherten Stopfen hermetisch abgeschlossen sein und ggf. unter einem geringeren
Druck als der Atmosphärendruck Stehen.Für diesen Fall muß sichergestellt werden, daß
der Steuerkolben in seiner Längsbohrung absolut leckfrei gegenüber dem Federraum geführt
ist. Dies wird durch mindestens eine Radialdichtung, vorzugsweise Zwillingsdichtung
nach Anspruch 10 erreicht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Federraum
unter Atmosphärendruck steht und eine entsprechende Entlüftungsbohrung aufweist. Für
diesen Fall wird vorgeschlagen, die im Federraum angeordneten Funktionselemente aus
einem korrosionsfesten Werkstoff herzustellen, da bei entsprechenden Einsatzbedingungen
des Brems-Sperrvetils ein Feuchtigkeitsniederschlag im Federraum nicht auszuschließen
ist. Zweckmäßigerweise wird dabei im Bereich der Entlüftungsbohrung ein Luftfilter
vorgesehen, um das Eindringen von Verunreinigunqen in den Federraum zu verhindern.
Schließlich ist es auch möglich, den hermetisch verschlossepen Federraum mit dem Wegeventilanschluß
zu verbinden, und zwar durch einen Kanal, der im Ventilgehäuse und in der Buchse verläuft,
so daß je nach Schaltung des Ventils der Federraum mit der Druckquelle oder dem Tank
verbunden ist. Endlich kann der Federraum auch über eine separate Leitung an dem Vorratsbehälter
für das DrUckmittel angeschlossen sein. Hierdurch wird vermieden, daß durch Leckage
in den Federraum gelangendes Druckmittel zum Aufbau eines Staudruckes führt, der das
Verhalten des Brems-Sperrventils von dem jeweiligen Betriebszustand, insbesondere
Durchfluß abhängig macht. Das Lecköl wird dabei sofort in den drucklosen Tank abgeleitet.
[0015] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der
Zeich- nung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
[0016]
Fig. 1 den Längsschnitt eines Brems-Sperrventils gemäß der Erfindung;
Fig. 2 das hydraulische Schaltbild des Ventils nach Fig. 1;
Fig. 3 ein schematisch dargestelltes Brems-Sperrventil mit angeschlossenem Verbraucher,
die in eine Steuerschaltung eingeschlossen sind.
[0017] Das in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellte Brems- - Sperrventil 1 nach dieser
Erfindung besteht aus einem Ventilgehäuse 2 mit einer im Durchmesser mehrfach abgestuften
Sacklochbohrung 3, in welche in axialem Abstand Querbohrungen.4 und 5, vorzugsweise
im rechten Winkel, einmünden, an die der hvdraulische Verbraucher 46 (Fig. 3) einerseits
und ein Weqevetil 43 (Fig. 3) andererseits angeschlossen werden. Das Ventilgehäuse
2 ist so aufgebaut, daß es mit seinem Verbraucheranschluß 4 unmittelbar an einen hydraulischen
Arbeitszylinder oder dgl. anschließbar ist, während die Querbohrung 5 durch Rohr-
oder Schlauchleitung zu einem Wegeventil führt, durch welches das Brems-Sperrventil
1 entweder mit einer hydraulischen Druckquelle, beispielsweise einer Pumpe 41 (Fig.
3) oder dgl., oder mit einem Vorratsbehälter 40 (Fig. 3) verbindbar ist. Am Grund
der Sacklochbohrung 3 mündet dazu noch eine weitere, im Durchmesser abgesetzte Querbohrung
(Steueranschluß) 6, in welche ein Filterelement 7 eingeschoben ist. Die Querbohrung
6 ist für den Anschluß einer Steuerleitung 50 (Fig. 3) zur Aufgabe eines Steuerdruckes
auf die Stirnseite des Steuerkolbens 8 des Brems-Sperrventils 1 vorgesehen.
[0018] In die Sacklochbohrung 3 des'Ventilgehäuses ist ein Anschlußstopfen 9 mit einem nicht
näher bezeichneten Dichtring in einer Umfangsnut und auf seiner dem Steueranschluß
6 zugewandten Stirnseite eingesetzt. Dieser Anschlußstopfen 9 hat zwei axiale Druckmitteldurchgänge,
von denen jeweils einer für eine bestimmte strömungsrichtung vorgesehen sind und durch
ein zugeordnetes Rückschlagventil 10a/b für entgegengesetzte Strömungsrichtungen gesperrt
ist. Vor den Rückschlagventilen 10a/b befindet sich jeweils eine Drossel 11a/b zur
Dämpfunq von Schwingungen.
[0019] Axial am Anschlußstopfen 9 abgestützt ist in die Sacklochbohrung 3 eine im Durchmesser
entsprechend abgestufte, nicht geteilte Buchse 12 mit Gewinde 13 eingeschraubt, in
der alle wesentlichen Funktionselemente des Brems-Sperrventils 1 patronenförmig aufgenommen
sind. Die Buchse 12 ist an ihrem aus dem ventilgehäuse 2 herausragenden Ende durch
eine mit einer Mutter 14 gekonterten Verschlußschraube 15 axial verschlossen.
[0020] Auf der äußeren Mantelfläche der Buchse 12 ist im Bereich des Verbraucheranschlusses
4 ein Ringkanal 16 vorgesehen, der zur Schaffung einer Durchflußverbindung durch eine
Querbohrung 17 mit einem Ringkanal 18 auf der inneren Mantelfläche der Buchse 12 verbunden
ist. Im Bereich des Wegeventilanschlusses 5 ist eine entsprechende Durchflußverbindung
hergestellt, jedoch ergibt sich hier ein dem Ringkanal 16 entsprechender Ringkanal
19 durch die Durchmesserverringerunq der Buchse 12 und die axial versetzte, radiale
Stufe 20 der Sacklochbohrung 3 des Ventilgehäuses 2. Die Ringkanäle 16 und 19 sind
gegeneinander sowie gegen das Gewinde 13 und den Anschlußstopfen 9 durch nicht näher
bezeichnete und durch in mit axialem Abstand angeordnete Ringnuten eingesetzte Radialdichtungen
hydraulisch getrennt.
[0021] Die Buchse 12 hat auf ihrer inneren Mantelfläche in axialer Richtung ebenfalls mehrere
Stufen ihrer Längsbohrung 21a bis 21b, wobei im Bereich 21a mit dem größten Innen-
und Außendurchmesser der Buchse 12 der Federraum 22 ausgebildet ist. In dem Federraum
22 sind zwei koaxial ineinander angeordnete Steuerfedern 23a und 23b zwischen einem
Federteller 24 und der Verschlußschraube 15 eingespannt. Die Steuerfedern 23 sind
vorzugsweise Schraubenfedern, die aus Federdraht mit im Querschnitt rechteckigem oder
quadratischem Querschnitt gewickelt sind, damit bei einem eventuellen Federbruch verhindert
wird, daß die Windungen an der Bruchstelle ineinan-+ dergeschoben werden. Die Federn
23 sind durch axiale Einstellung an der Verschlußschraube 15 so vorgespannt, daß die
Federkraft bei maximal zugelassenem Druck am Verbraucheranschluß 4 die hydraulische
Axialkraft überwiegt, die an der Ringfläche 8.1 des ventilsitzes für den Steuerkolben
8 auftritt. In den Längsbohrungen 21c und 21d ist der Steuerkolben 8 axial verschieblich
gelagert. Dieser ist als Stufenkolben ausgebildet und ist an seiner Stufe erfindungsgemäß
mit der vorzugsweise konischen Ringfläche 8.1 ausgestattet, die mit einem entsprechenden
Ventilsitz an der Buchse 12 zusammenwirkt.
[0022] Der Steuerkolben 8 ist auf seiner Außenmantelfläche mit gegenüber der Längsbohrung
21 enger Fertigungstoleranz hergestellt. Die Oberfläche ist geschliffen und mindestens
im Bereich der Ringfläche 8.1 wegen seiner Funktion und konstruktiven Ausbildung als
Schließglied gehärtet, insbesondere oberflächengehärtet.
[0023] In seinem Inneren ist der Steuerkolben 8 mit einer Sacklochbohrung 25 ausgestattet,
die durch mehrere in axialem Abstand angeordnete Querbohrungen 26 und 27 sowie 28
bis 30 mit der äußeren Mantelfläche des Steuerkolbens verbunden ist. Dabei liegt die
Querbohrung 26 im Bereich der
Ringkanä- le 16 und 18 der Buchse 12 und im Bereich des Verbraucheranschlusses 4 des
Ventilgehäuses. Entsprechend liegt die Querbohrung 27 im Bereich des Ringkanals 19
und des Wegeventilanschlusses 5. Die übrigen Querbohrungen 28 bis 30 liegen in axialer
Richtung zwischen den Querbohrungen 26 und 27 und haben unterschiedliche Durchflußquerschnitte,
und zwar mit wachsendem Abstand von der Ventil-Ringfläche 8.1 des Steuerkolbens 8
größere Querschnitte.
[0024] Die Sacklochbohrung 25 im Inneren des Steuerkolbens 8 ist im Durchmesser abgesetzt
und bildet an ihrer Stufe eine Sitzfläche 31 für das Schließglied 32 eines Rückschlagventils,
das durch eine Schließfeder 33 gegen seine Sitzfläche 31 angepreßt wird. Die Schließfeder
33=ist durch eine stützschraube 34 vorgespannt, die in die axial offene Stirnseite
des Steuerkolbens 8 eingeschraubt ist. Gegen eine kalottenförmige Ausnehmung in der
Stirnfläche der stützschraube 34 liegt der Federteller 24 mit dem darin stirnseitig
angebrachten Kugelkörper 35 an und wird durch die Federkraft der Steuerfedern 23a/b
angepreßt. Das Schließglied 32 hat eine Querbohrung 36, so daß sein Innenraum vom
Druck am Verbraucheranschluß 4 des Ventilgehäuses 2 beaufschlagt ist.
[0025] Zur Vermeidung von Leckagen zwischen dem Umfang des Steuerkolbens 8 und dem Federraum
22 ist zwischen dem Ringraum 18 am Innenumfang der Buchse 12 und dem Bereich 21b der
Längsbohrung 21 eine als Zwillingsdichtung ausgebildete Radialdichtung 37 eingesetzt.
Diese verhindert den Durchtritt von Druckmittel in den Federraum und in diesem einen
Druckaufbau, der das Verhalten des Ventils von dem jeweiligen Betriebszustand, insbesondere
durchflußabhängig macht. In Fig. 2 ist ein hydraulisches Schaltbild des Brems-Sperrventils
gemäß Fig. 1 dargestellt.
[0026] Fig. 3 zeigt das Brems-Sperrventil 1 in stark schemati-
.sierter Darstellung mit dem hydraulischen Verbraucher 46, insbesondere einer Zylinder-Kolben-Einheit
an einem Bagger, einem hydraulischen Aufzug oder dgl. und eine geeignete Steuerschaltung
zur Betätigung des Verbrauchers 46. Dabei wurden bei dem Brems-Sperrventil 1 für gleichartige
Bauteile der Fig. 1 entsprechende Bezugsziffern verwendet. Neben den bereits beschriebenen
Funktionselementen ist hier der Federraum 22 durch Entlüftungsbohrung 38 im Verschlußstopfen
15 des Ventilgehäuses 2 be- und entlüftet. In der angeschlossenen Leitung zum Tank
40 ist ein Filter 39 angeordnet.
[0027] An dem oberen Anschluß des Verbrauchers 46 ist die Senkleitung 45, am unteren Anschluß
die Hubleitung 47, 48 unter Zwischenschaltung des Brems-Sperrventils 1 befestigt.
Bei direktem Anschluß des Verbraucheranschlusses 4 am Verbraucher 46 entfällt selbstverständlich
der Leitungsabschnitt 47 der Hubleitung. Senkleitung 45 und Hubleitung 48 sind über
ein Vierwegeventil 43 mit der Hydraulikpumpe 41 und durch Rücklaufleitung 49 mit dem
Tank 40 verbunden, wobei das Gesamtsystem durch ein einstellbares Überdruckventil
42 gegen Überlastung gesichert ist. Von der Senkleitung 45 ist in einem Knotenpunkt
noch die Steuerleitung 50 abgezweigt, die zum. Steueranschluß 6 des Brems-Sperrventils
führt. In der Neutralstellung des Vierwegeventils 43 sind die Pumpenleitung und die
Tankleitung 49 intern durch Leitung 44 verbunden, so daß ein druckloser Umlauf erfolgt.
[0028] Hinsichtlich der Funktion des Brems-Sperrventils 1 ist zu erwähnen, daß beim Anliegen
eines ausreichend hohen Druckes am Wegeventilanschluß 5 (Wegeventil 43 nach rechts
verstellt) die hydraulische Kraft das Rückschlagventil 31 bis 33 von der Sitzfläche
31 abhebt und den Weg zur Querbohrung 26 des Steuerkolbens 8 bzw. zum am Verbraucheranschluß
4 unmittelbar oder durch einen Doppelschraubnippel angeschlossenen Arbeitszylinder
46 freigibt. In der entgegengesetzten strömungsrichtung wirkt das Rückschlagventil
im Absperrsinn und verschließt den Durchfluß durch die Axialbohrung bzw. den Innenraum
25 des Steuerkolbens 8. Zum gesteuerten Vermindern des Druckes im Arbeitszylinder
46 (Senkbetrieb, Wegeventil 43 nach links verstellt) wird das Brems-Sperrventil 1
über Steuerleitung 50 und Steueranschluß 6 mit einem Steuerdruck (Pumpendruck) beaufschlagt,
der auf die Stirnseite des Steuerkolbens 8 wirkt und diesen entgegen der Kraft der
Steuerfeder(n) 23 axial so weit verschiebt, daß dessen Ventilkegel 8.1 von seinem
Ventilsitz (stark vergrößert dargestellt) abgehoben wird. Je nach Größe des aufgegebenen
Steuerdruckes wird der Steuerkolben 8 axial verschoben, und über die Querbohrungen
28 bis 30 und die Axialbohrung 25 wird die Verbindung zum Wegeventilanschluß 5 und
über diesen zum Vorratsbehälter für das Druckmittel hergestellt, so daß die Last am
Verbraucher 46 mit der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit abgesenkt wird.
[0029] In der Neutralstellung des Wegeventils 43 (dargestellte Mittelstellung), in der ein
druckloser Umlauf des Hydraulikmittels erfolgt, steht am Steueranschluß 6 ein sehr
geringer Druck an, der geringfügig über dem Druck des Tanks 40 liegt. Daher drückt
die Feder 23 den Steuerkolben 8 mit dem Ventilkegel 8.1 fest auf seinen Sitz im Gehäuse
bzw. in der Buchse 12, während das Rückschlagventil 31-33 den Rücklauf vom Verbraucher
46 sperrt. Da das Brems-Sperrventil leckfrei dichtet, ist gewährleistet, daß die Last
an ihrem augenblicklichen Platz verharrt und nicht absinkt. Bei einem Bruch der Leitung
48 im Hubbetrieb - Verbraucher 46 unmittelbar am Verbraucheranschluß 4 befestigt -
strömt das von der Pumpe gelieferte Hydraulikmedium aus, ohne die Last anzuheben.
Das geschlossene Rückschlagventil 31-33 verhindert außerdem das Absinken der Last
am Verbraucher 46.
[0030] Im Senkhetrieb bewirkt ein Rohrbruch der Leitung 45 einen Abfall des Steuerdrucks
in Leitung 50 und somit ein Schließen des Brems-Sperrventils 1 am Ventilkegel 8.1
und seinem Sitz durch Feder 23. Ein Rohrbruch in Leitung 48 bedingt ein Ausströmen
von Hydraulikmedium im Rücklauf zum drucklosen Tank 40, ohne daß die Absinkgeschwindigkeit
sich erhöht. Durch Umstellung des Wegeventils 43 in die Neutralstellung und Abstellen
der Pumpe 41 kann die gebrochene Leitung dann einfach ausgewechselt werden, ohne daß
weiteres Hydraulikmedium wegströmt.
[0031] Der Steuerkolben ist mithin als Stufenkolben ausgebildet. Er hat einen axialen Bereich
mit großem Querschnitt und großem Durchmesser und einen axialen Bereich mit kleinerem
Querschnitt und kleinerem Durchmesser. Beide Bereiche des Steuerkolbens sind in entsprechend
ausgebildeten Bereichen des Zylinders dichtend geführt. Infolge der Differenz der
Durchmesser entsteht an Kolben und Zylinder eine Stufe zwischen dem Bereich mit großem
Durchmesser und entsprechend großem Querschnitt und dem Bereich mit kleinerem Durchmesser
und entsprechend kleinerem Querschnitt. Diese Stufe bildet am Kolben und am Zylinder
jeweils in Achsrichtung weisende Ringflächen 8.1. Diese Ringflächen sind erfindungsgemäß
als Sitzventil ausgebildet. Die Ringfläche des Zylinders liegt auf der Unterkante
des Ringkanals 18, die dem Wegeventilanschluß 5 des Zylinders zugewandt ist. Die entsprechend
ausgebildete Ringfläche am Steuerkolben 8 liegt in der Schließstellung als Sitzventil
auf der Ringfläche des Zylinders. Erfindungsgemäß ist dabei jedoch die Differenz des
großen Durchmessers des Steuerkolbens zu dem kleinen Durchmesser des Steuerkolbens
sehr gering. Die Differenz beträgt in der Praxis weniger als 1/10 des kleinen Durchmessers.
Dadurch ist die hydraulisch wirksame Ringfläche 8.1, die an dem Steuerkolben 8 im
Bereich des Ringkanals 18 entsteht, kleiner als 1/20 der Steuerfläche 51 des Steuerkolbens
8, die über Steuerleitung 50 druckbeaufschlagt wird. Als hydraulisch wirksame Ringfläche
wird hier die Differenz zwischen dem Kolbenquerschnitt mit großem Durchmesser (große
Kolbenstufe) und dem Kolbenquerschnitt mit kleinem Durchmesser (kleine Kolbenstufe)
bezeichnet. Der Kolbenquerschnitt mit kleinem Durchmesser ist gleich der Steuerfläche
51 des Kolbens. Dadurch wird folgendes erreicht: Beim Absenken des Verbrauchers 46
wird die Senkleitung 45 durch Verbindung mit Pumpe 41 druckbeaufschlagt. Der Ventilsitz
8.1 am Steuerkolben 8 bleibt so lange geschlossen, bis die Druckkräfte an der Steuerfläche
51 des Steuerkolbens 8, auf die der Druck der Senkleitung 45 über Steuerleitung 50
wirkt, die Federkraft 23 überwiegt. Wenn die Druckkräfte die Federkraft überwiegen,
wird der Steuerkolben 8 angehoben und durch die Querbohrungen 28, 29 des Steuerkolbens
und das Kolbeninnere eine Verbindung zwischen der Hubleitung 47 mit Verbraucheranschluß
4 und der Hubleitung 48 mit Wegeventilanschluß 5 hergestellt. Der Steuerkolben 8 steuert
also den -Durchlaß der Hubleitung 47, 48 beim Senkbetrieb in Abhängigkeit von dem
Druck in der Senkleitung 45. Wenn nunmehr der Senkbetrieb beendet wird, so muß gewährleistet
sein, daß der Verbraucher 46 infolge von Leckagen nicht unbeabsichtigt und unkontrolliert
weiter absinkt. Das wird dadurch erreicht, daß die Feder 23 den Steuerkolben 8 gegen
den Ventilsitz 8.1 drückt. Dabei hat man sich jedoch vor Augen zu führen, daß in der
Hubleitung 47 nach wie vor der Verbraucherdruck, der der Last des Verbrauchers 46
proportional ist, ansteht. Dieser Verbraucherdruck übt bei geöffnetem Steuerkolben
8 eine Kraft auf die Ringfläche 8.1 des Steuerkolbens 8 aus, die gegen die Federkraft
23 gerichtet ist. Da die Ringfläche 8.1 am Steuerkolben.jedoch sehr klein ist und
in einem sehr kleinen Verhältnis zur Steuerfläche 51 an dem Steuerkolben 8 steht,
ist gewährleistet, daß eine verhältnismäßiq geringe Federkraft 23 ausreicht, die hydraulischen
Kräfte an der Ringfläche 8.1 zu überwinden und ein sicheres Schließen des Ventilsitzes
8.1 zu gewährleisten.
[0032] Durch diese verhältnismäßig schwache Auslegung der Feder 23 ist andererseits dafür
gesorgt, daß auch die an der Steuerfläche 51 gegen die Federkraft 23 wirkenden Druckkräfte
bei Senkbetrieb entsprechend niedrig sein können.
BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG
[0033]
1 Brems-Sperrventil
2 Ventilgehäuse
3 Sacklochbohrung
4 Querbohrung, Verbraucheranschluß
5 Ouerbohrung, Wegeventilanschluß
6 Ouerbohrung, Steueranschluß
7 Filterelement
8 Steuerkolben
8.1 Rinqfläche, Ventilkegel
9 Anschlußstopfen
10a Rückschlagventil
10b Rückschlagventil
11a Drossel
11b Drossel
12 Buchse
13 Gewinde
14 Mutter
15 Verschlußschraube
16 Ringkanal
17 Querbohrung
18 Ringkanal
19 Ringkanal
20 Stufe
21a radiale Stufe der Längsbohrung bis 21d
22 Federraum
23a/b Steuerfeder
24 Federteller
25 Sacklochbohrung
26 )
27 )
28 ) Querbohrung
29 )
30 )
31 Sitzfläche
32 Schließglied
33 Schließfeder
34 Stützschraube
35 Kugelkörper
36 Querbohrung im Schließglied
37 Zwillingsdichtung
38 Entlüftungsbohrung
39 Filter
40 Tank
41 Pumpe
42 Überdruckventil
43 Vierwegeventil
44 Verbindung
45 Leitung, Senkleitung
46 Zylinder/Kolben Aggregat, Verbraucher
47 Leitung, Hubleitung
48 Leitung, Hubleitung
49 Rücklauf-, Tankleitung
.50 Steuerleitung
1. Hydraulisch steuerbares, leckfreies Brems-Sperrventil (1)
mit einem hohlen Steuerkolben (8), einem Sitzventil (8.1) und einem Rückschlagventil
(31-33),
mit den kennzeichnenden Merkmalen:
Der Steuerkolben (8) ist auf einer Stirnseite druckbeaufschlagt und mit der Senkleitung
(45) des Verbrauchers (46) verbunden;
der Steuerkolben (8) ist auf der gegenüberliegenden Kolbenseite durch eine Steuerfeder
(23) belastet und in Schließstellung gedrückt;
der Steuerkolben (8) weist Radialbohrungen (26, 27) auf, die jeweils in der Schließstellung
mit dem Verbraucheranschluß (4) und dem Wegeventilanschluß (5) fluchten und den Wegeventilanschluß
(5) über das Kolbeninnere (25) mit dem Verbraucheranschluß (4) verbinden;
das Rückschlagventil (31-33) ist im Kolbeninneren (25) angeordnet und gibt den Durchfluß
von dem Wegeventilanschluß (5) zu dem Verbraucheranschluß (4) frei und sperrt die
umgekehrte Durchflußrichtung;
zwischen dem Rückschlagventil (31-33) und dem Wegeventilanschluß (5) bzw. der damit
fluchtenden Radialbohrung (27) sind im Steuerkolben (8) Querbohrungen (28, 29) angeordnet;
das Sitzventil (8.1) wird dadurch gebildet, daß der Steuerkolben (8) als Stufenkolben
mit einem großen und einem kleineren Durchmesser ausgebildet und in einem entsprechend
ausgebildeten, zweistufigen Zylinder (Buchse 12) geführt ist,
und daß die Ringflächen, die an Zylinder und Kolben im Übergang zwischen dem Bereich
mit kleinerem Durchmesser
und dem Bereich mit größerem Durchmesser entstehen, als Ventilsitzflächen ausgebildet
und
in axialer Richtung zwischen dem Verbraucheranschluß (4) und den Querbohrungen (28,
29) des Steuerkolbens (8) angeordnet sind;
die hydraulisch wirksame Ringfläche an dem Steuerkolben, die die Differenz zwischen
dem großen und dem kleinen Kolbenquerschnitt ist, ist kleiner als 1/20 des druckbeaufschlagten
kleinen Kolbenquerschnitts (Stirnfläche 51 des Steuerkolbens R).
2. Brems-Sperrventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis der Sitzfläche des Sitzventils (8.1) zur druckbeaufschlagten Stirnfläche
des Steuerkolbens (8) größer ist als 1/40 und insbesondere etwa gleich 1/30 ist.
3. Brems-Sperrventil nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilsitz an einer einteiligen Buchse (12) ausgebildet ist, in der der Steuerkolben
(8) und ein sich daran axial anschließender Federraum (22) eingeschlossen ist.
4. Brems-Sperrventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (12) mit den darin eingeschlossenen Funktionselementen in eine im Durchmesser
abgestufte Sacklochbohrung (3) eines Ventilgehäuses (2) auswechselbar eingesetzt,
insbesondere eingeschraubt ist (Gewinde 13).
5. Brems-Sperrventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Grund der Sacklochbohrung (3) des Ventilgehäuses (2) ein Anschlußstopfen
(9) mit Drosselstelle (11a/b) und Rückschlagventil (10a/b) für den hydraulischen Anschluß
des Steuerkanals (6) dichtend eingebracht ist.
6. Brems-Sperrventil nach den Ansprüchen 4 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (12) an dem Anschlußstopfen (9) axial abgestützt ist.
7. Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (12) im Bereich des Verbraucher- (4) und Wegeventilanschlusses (5)
des Ventilgehäuses (2) und in deren axialem Abstand am Innen- und Außenumfang zugeordnete,
durch radiale Durchflußbohrungen (17, ...) verbundene Ringkanäle (16, 18, 19 ...)
aufweist, die mit den radialen Durchflußbohrungen (26, 27) des Steuerkolbens (8) in dessen Schließstellung kommunizieren,
und daß die Druckmitteldurchgänge durch Radialdichtringe gegeneinander sowie gegen
den Anschlußstopfen (9) und das Gewinde (13) der Sacklochbohrung (3) oder dgl. im
Ventilgehäuse (2) abgedichtet sind.
8. Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Federraum (22) mindestens zwei koaxial ineinander liegende Steuerfedern (23a/b)
zwischen einem Federteller (24) und einer axial einstellbaren Verschlußschraube (15)
eingespannt sind.
9. Brems-Sperrventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerfedern (23a/b) aus Federdraht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt
schraubenlinienförmig gewickelt sind,
und daß der Abstand der Federwindungen im vorgespannten Zustand der Steuerfedern (23a/b)
kleiner ist als die im Querschnitt und in Längsrichtung gesehene Längsseite des Federdrahtquerschnitts.
10. Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkolben (8) an seinem Umfang durch mindestens eine Radialdichtung (37)
gegen den Federraum (22) abgedichtet ist.
11. Brems-Sperrventil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (22) hermetisch verschlossen ist.
12. Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (22) eine Entlüftungsbohrung (38) aufweist.
13. Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Ventilgehäuse (2) ein Kanal verläuft, durch den der Federraum (22) mit dem
Wegeventilanschluß (5) verbunden ist.
14. Brems-Sperrventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (22) unmittelbar mit dem Vorratsbehälter (40) für das Druckmittel
verbunden ist.