DE112005001473B4

DE112005001473B4 - Entsterrbares Rückschlagventil

Info

Publication number: DE112005001473B4
Application number: DE200511001473
Authority: DE
Inventors: Willi Kussel
Original assignee: Tiefenbach Control Systems GmbH
Current assignee: Tiefenbach Control Systems GmbH
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2025-07-02
Also published as: US20070157971A1; DE112005001473A5; RU2358175C2; CN1989364A; US7357152B2; PL381579A1; GB0701478D0; PL206052B1; GB2431708B; RU2007105142A; WO2006005302A1; GB2431708A; CN100487291C

Abstract

Entsperrbares Rückschlagventil,
bei dem eine Verbindung zwischen einer Lastkammer und einer Verbindungskammer durch einen Rückschlagkolben sowie durch einen Entlastungskolben schließbar und öffenbar ist,
indem der Rückschlagkolben und der Entlastungskolben durch Federkraft jeweils einer Schließfeder sowie durch den Lastdruck in ihrer Schließstellung gehalten werden,
und indem ein in einer Entsperrkammer geführter Entsperrkolben mit einem Entsperrschaft bei Beaufschlagung der Entsperrkammer mit einem Entsperrdruck eine Entsperrbewegung ausführt, bei welcher der Entsperrschaft nach einander zunächst mittels seiner freien Stirnfläche den Entlastungskolben und sodann den Rückschlagkolben formschlüssig derart greift, daß zuerst der Entlastungskolben und sodann Rückschlagkolben in ihre jeweilige Öffnungsstellung schiebbar sind,
wobei Rückschlagkolben, Entlastungskolben sowie Entsperrkolben mit Entsperrschaft in einem Ventilgehäuse konzentrisch zu einander in der gemeinsamen Ventilachse angeordnet sind
dadurch gekennzeichnet, daß
der Entsperrschaft (32) den Rückschlagkolben (35) gleitend und dichtend durchdringt und zum Öffnen mittels einer Durchmesserstufe (41) den Kolbenboden hintergreift,
daß der Rückschlagkolben...

Description

Die Erfindung betrifft ein entsperrbares Rückschlagventil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Dieses Rückschlagventil ist bekannt durch die DE 18 14 214 A .
Ein derartiges Ventil dient z. B. zur Steuerung und hydraulischen Sicherung des Schreitausbaus im untertägigen Bergbau. Im Schließzustand dient der Rückschlagkolben der Absicherung des mehr als 400 bar hohen Arbeitsdrucks der Hydraulikstempel. Zum Rauben der Schreitausbaugestelle lässt sich der Rückschlagkolben hydraulisch entsperren, um eine Verbindung zwischen dem unter dem hohen Arbeitsdruck stehenden Arbeitsraum z. B. Hydraulikstempel und der Rücklaufleitung herzustellen.
Derartige Ventile haben wegen des Einsatzes im Untertagebergbau zum einen sehr hohe Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Zum anderen sind derartige Ventile bei Verwendung von Wasser als Hydraulikflüssigkeit, wegen der extrem hohen Drücke, der sehr hohen Durchflussmengen und der großen Schalthäufigkeit einer hohen Belastung unterworfen. Aus diesem Grunde werden die verschleißanfälligen Teile derartiger Ventile in Patronenbauweise ausgeführt. Dabei wird in das Ventilgehäuse – es handelt sich üblicher Weise um einen Ventilblock, in den mehrere Ventilbohrungen für mehrere Ventile eingebracht sind – ein im wesentlichen zylindrischer Körper als Ventilpatrone eingebracht, in welchem die Ventilkolben geführt sind und die Ventilsitze und Ventilkammer gebildet werden. Bei Verschleiß bzw. nach Ablauf der festgesetzten Standzeit können sodann aus dem Ventilgehäuse bzw. Ventilblock die Patronen mit den darin geführten Ventilkolben ausgetauscht werden.
Bei dem bekannten Rückschlagventil ist ein Entlastungsventil vorgesehen, welches durch Einwirkung eines Entsperrkolbens eine gedrosselte Verbindung zwischen der unter sehr hohem Arbeitsdruck stehenden Lastkammer des Rückschlagventils und der mit dem Rücklauf verbundenen Verbindungskammer herstellt, bevor der Rückschlagkolben von seinem Sitz abgehoben und ein großer Durchflussquerschnitt zwischen der Lastkammer und der Verbindungskammer freigegeben wird. Durch dieses Entlastungsventil ist es möglich, den Druck des Arbeitsraums und der Lastkammer zunächst – zumindest teilweise – abzubauen und dadurch bei Öffnung des großen Strömungsquerschnittes hohe Druckdifferenzen und Strömungsgeschwindigkeiten zu vermeiden. Bei dem bekannten Ventil ist das Entlastungsventil in den Rückschlagkolben eingebaut, so dass das Entlastungsventil stets gemeinsam mit dem Rückschlagventil ein- und ausgebaut werden muss, obgleich die Standzeiten wegen der unterschiedlichen Belastung auch deutlich unterschiedlich sind.
Entsperrbare Rückschlagventile, bei welchen ein Entlastungsventil in dem Rückschlagkolben angeordnet ist, zeigen auch die DE 25 44 579 A1 , DE 199 56 379 A1 und DE 22 11 404 A .
Bei dem in DE 199 56 379 A1 gezeigten Ventil wird das Entlastungsventil durch einen Strömungssensor gesteuert.
EP 595427 A1 zeigt ein entsperrbares Rückschlagventil mit Rückschlagkolben zwischen 1 Lastkammer und Rücklauf, bei welchem der Entlastungskolben zwar außerhalb des Rückschlagkolbens angeordnet ist, jedoch mit dem Rückschlagkolben fluchtet und mit diesem zusammenwirkt, indem er einen Entlastungskanal verschließt bzw. öffnet, der den Rückschlagkolben zentrisch durchdringt.
Bei dem in DE 29 92 115 U1 gezeigten Ventil erfolgt die Vorentlastung der Druckkammer durch einen an dem Rückschlagkolben angeformten Drosselansatz, welcher zur Innenwandung des Dichtsitzes einen ringförmigen Drosselspalt bildet, bevor der Durchfluss-Querschnitt des Dichtsitzes vollständig freigegeben wird.
Bei diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, das bekannte Ventil so weiterzubilden, dass das Rückschlagventil und das Entlastungsventil zwar funktionsmäßig in der gewünschten Weise zusammenwirken, jedoch hinsichtlich der baulichen Ausführung unabhängig voneinander sind und insbesondere unabhängig voneinander austauschbar sind.
Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.
Nach dieser Erfindung sind das Rückschlagventil, das Entlastungsventil und der Entsperrkolben auf der Achse des Ventils angeordnet. Rückschlagventil und das Entlastungsventil weisen jeweils einen Kolben auf, der durch jeweils eine Feder belastet ist und nach Art eines Rückschlagventils auf jeweils einem Sitz aufliegt. Beide, das Rückschlagventil und das Entlastungsventil sind unabhängig von einander in derselben Richtung bewegbar und von ihrem Sitz abhebbar. Wenn sie gegen die Kraft der jeweiligen Feder von ihrem Sitz abgehoben sind, verbindet jedes von ihnen jeweils die Lastkammer des Ventilgehäuses, in welcher der im Verbraucher herrschende Lastdruck ansteht, mit einem Rücklaufkanal des Ventilgehäuses. Das Rückschlagventil ist zwischen dem Entsperrkolben und dem Entlastungsventil angeordnet. Der Entsperrkolben ist im Zentrum der Stirnseite, auf welcher er mit dem Lastdruck beaufschlagt ist, mit einem Entsperrschaft fest verbunden. Der Entsperrschaft erstreckt sich auf der Ventilachse, durchdringt den Kolben des Rückschlagventils und endet mit seiner freien Stirnfläche kurz vor dem Entlastungskolben. Der Entsperrschaft ist so ausgebildet, daß er dichtend im Boden des Rückschlagventils gleiten kann. Er weist jedoch auf seinem Umfang eine Vorsprung auf, der über den in dem Kolbenboden gleitenden Teil des Entsperrschaftes hinausragt. Dabei kann es sich z. B. um eine Durchmesserstufe, aber auch um einen in den Kolbenschaft senkrecht zu seiner Achse eingebrachten Stift handeln, welcher den in dem Kolbenboden gleitenden Umfang des Entsperrschaftes überragt. Der Entsperrschaft ist so dimensioniert, daß er bei seiner Bewegung in Richtung Entlastungsventil zuerst gegen dessen Kolbenboden bzw. einen daran angebrachten Vorsprung trifft und den Kolben bei der werteren Bewegung von seinem Sitz abhebt. Dadurch zunächst eine nur enge Verbindung zwischen der Lastkammer und der Rücklaufkammer freigegeben. Erst dann trifft der genannte Vorsprung vor den Kolbenboden des Rückschlagventils und nimmt bei seiner weiteren Bewegung auch dessen Kolben mit. Dabei ist der Entsperrkolben in Öffnungsrichtung mit dem Vorsteuerdruck, vorzugsweise dem Arbeitsdruck des Hydrauliksystems und auf der anderen Seite mit dem Lastdruck beaufschlagt. Seiner Bewegung in Öffnungsrichtung stehen ferner die Federn an den geschilderten Kolben entgegen, welche diese in Schließrichtung auf ihren jeweiligen Sitz drücken. Die Dimensionierung der Kolbenflächen an dem Entsperrkolben und der Federn des Rückschlagventils und des Entlastungsventils erfolgt in der Weise, daß der Entsperrkolben zunächst nur den Kolben des Entlastungsventils abheben kann. Erst wenn der Lastdruck an der in Gegenrichtung wirkenden Seite des Entsperrkolbens weit genug abgefallen ist, bewegt sich der Entsperrkolben aufgrund des Vorsteuerdrucks bzw. des Systemdrucks gegen die Federkräfte weiter in Öffnungsrichtung und hebt mit dem genannten Vorsprung auch den Kolben des Rückschlagventils von seinem Sitz ab. Nun erfolgt eine großflächige Verbindung zwischen Lastkammer und Rücklauf.
Der Rücklaufkanal kann durch ein Schaltventil auch mit dem Pumpenkanal verbunden werden. Dadurch wird der Kolbenboden des Rückschlagventils mit dem Systemdruck beaufschlagt und von seinem Sitz abgehoben. Gleichzeitig wird auch der Entsperrkolben auf seiner Rückseite mit dem Systemdruck beaufschlagt und vorzugsweise auf der anderen Seite entlastet. Dadurch fährt der Entsperrkolben zurück, sodaß der Kolben des Entlastungsventils sich druckabhängig und durch Federkraft schließt und der Kolben des Rückschlagventils seine normale Funktion eines Rückschlagventils übernimmt und nur geöffnet bleibt, solange der Druck auf seiner Unterseite höher ist als der Lastdruck auf der Schließseite.
Rückschlagventil und Entlastungsventil sind in Patronenbauweise ausgeführt mit jeweils einer eigenen Patrone, welche unabhängig von einander in das Ventilgehäuse fluchtend eingesetzt werden können. Der Entsperrkolben ist ebenfalls in einer Patrone untergebracht Diese kann mit der Patrone des Rückschlagventils aus einem Stück bestehen. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Patrone des Entlastungsventils, das besonderem Verschleiß unterworfen ist, ausgetauscht werden kann, ohne daß man auch die Patrone des Rückschlagventils und des Entsperrkolbens ausbaut.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 dient dem Zweck, Dichtprobleme an dem Entlastungsventil und insbesondere Entlastungsventilkolben zu vermeiden, gleichwohl aber eine sichere Einkammerung des Lastdrucks bewirken. Diese Ausführung ist für ein Entlastungsventil in Patronenbauweise von besonderer Bedeutung, da der Anbau der Patronen an die Lastkammer ermöglicht und das Ventil bzw. der Ventilsitz ungewöhnlicher Weise von der kleinen zur großen Durchmesserseite durchströmt wird. Die Ausführung nach Anspruch 2 hat daher auch selbständige erfinderische Bedeutung.
Die Ausführung nach Anspruch 3 gewährleistet eine eindeutige Ruhelage des Entlastungskolbens, so dass ein sicheres Schließen des Ventilsitzes aus jeder Betriebssituation heraus gewährleistet ist.
Bei dem bekannten Ventil ist ferner nicht berücksichtigt, dass auch das Vorsteuerventil einer hohen Belastung unterworfen ist und andererseits ein für die Sicherheit des Ventils funktionswesentliches Element ist, das eines regelmäßigen Austausches bedarf. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 hat daher den Vorteil, dass auch der Entsperrkolben einfach austauschbar ist.
Dabei ist in der Weiterbildung nach Anspruch 5 die Entsperrventil-Patrone vorzugsweise einstückig mit der Rückschlag-Ventilpatrone ausgebildet, so dass Vorsteuerkolben und Rückschlagventil ein gemeinsames Bauteil bilden und gemeinsam austauschbar sind. Die Ausbildung der Entlastungsventil-Patrone ergibt sich aus den Ansprüchen 6 und 7. Dabei kann die Entlastungsventil-Patrone aus einem Stück mit Patronenkappe und Patronenbuchse ausgebildet sein. Es kann jedoch auch, um die Herstellung zu erleichterten und den Austausch auf die dem Verschleiß unterworfenen Teile zu begrenzen, die Patronenbuchse als selbständiger hohlzylindrischer Führungskörper ausgebildet sein, welcher ein Aussengewinde besitzt und in die Patronenkappe vorzugsweise einschraubbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist es zur Vermeidung von Dichtungsproblemen und zur Verbindung der Lastkammer mit der Entlastungskammer des Entlastungsventils erforderlich, dass die Stirnseite des Entsperrschaftes in die Lastkammer ragt.
Zur sicheren Führung des Entsperrkolbens dient die Ausführung nach Anspruch 8, deren Vorteil es ist, dass auch die Ruhefeder, welche den Entsperrkolben in seine Neutralstellung drückt, mit in die Baueinheit einbezogen wird.
Das bekannte Rückschlagventil erlaubt es, die Lastkammer vor der Öffnung des Rückschlagkolben weitgehend zu entlasten. Der Grad dieser Entlastung wird zum einen durch das Flächenverhältnis der hydraulisch wirksamen Kolbenflächen am Entsperrkolben einerseits und am Rückschlagkolben andererseits bestimmt. Unter der Voraussetzung, dass der Steuerdruck am Entsperrkolben und der Arbeitsdruck bzw. Schließdruck am Rückschlagkolben gleich ist (Systemdruck), wie es bei den im Bergbau verwandten Ventilen, die den Arbeitsdruck gleichzeitig auch als Steuerdruck benutzen, weitgehend der Fall ist, bestimmt die Kolbenfläche am Entsperrkolben wie weit der Lastdruck am Rückschlagkolben abgefallen sein muss, bevor der Rückschlagkolben von seinem Sitz abgehoben werden kann. Maßgebend ist hierfür jedoch auch die Stärke der Hauptschließfeder, welche auf den Rückschlagkolben einwirkt.
Bei dem bekannten Ventil wird der Entsperrkolben durch eine Ruhefeder in seine Ruheposition gedrückt, wobei der Entsperrkolben außer in der Betriebsphase der Entsperrung nicht druckbelastet ist. Eine derartige Ruhefeder ist zur Erzielung einer eindeutigen Ruheposition stets erstrebenswert (Anspruch 10). Diese Ruhefeder kann jedoch nicht beliebig stark ausgebildet werden, da hierdurch das Öffnungsverhalten des Ventils beeinflußt wird; außerdem muß vermieden werden, dass der Entsperrkolben, welcher mit dem auf ihm gleitbaren und an ihm abgestützten Rückschlagkolben zusammenwirkt, sich unversehens bei Bewegung des Rückschlagkolbens mit bewegt. Hierzu dient die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9, die gewährleistet, dass der Entsperrkolben insbesondere in dem Betriebszustand, in dem die Verbindungskammer mit der Pumpe verbunden ist und der Rückschlagkolben von seinem Sitz abhebt, aus der Ruhestellung bewegt wird.
Weiterhin wird das Öffnungsverhalten des bekannten Rückschlagventils dadurch bestimmt, dass der Entsperrkolben nur gedrosselt und über eine Stufensteuerung mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird.
In der bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 11 wird dies auch für das erfindungsgemäße Ventil, jedoch in einer anderen Ausgestaltung vorgesehen. Es kann dadurch bei langsamer Bewegung des Entsperrkolbens zunächst die Öffnung des Entlastungsventils und der allmähliche Druckabbau des Arbeitsdrucks erfolgen bevor durch die mit der Kolbenbewegung des Entsperrkolbens vorangehende Verkürzung des Drosselspaltes zwischen Entsperrkolben und Entsperr-Patrone der Druckaufbau in der Steuerkammer des Entsperrkolbens sich verstärkt und schließlich der Steuerdruck ausreicht, den Rückschlagkolben von seinem Sitz abzuheben.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die 1 bis 4 zeigen unterschiedliche Teile und Baugruppen.
1 zeigt das Ventil insgesamt
2 zeigt das Ventilgehäuse und die darin eingesetzten Patronen für den Entsperrkolben (Entsperr-Patrone), für den Rückschlagkolben (Rückschlag-Patrone) und für den Entlastungskolben (Entlastungspatrone).
3 zeigt die Baueinheit von Entsperrkolben und Rückschlagkolben.
4 zeigt das Entlastungsventil.
Zur 2:
Das Ventilgehäuse 1 ist ein Stahlblock, in welchem mehrere Bohrungen (nicht gezeigt) eingebracht sind, die zur Aufnahme ihrer Ventile und andererseits als Hydraulikkanäle dienen. In den Figuren ist nur eine derartige Ventilbohrung mit den zugehörigen Hydraulikkanälen PST, P/R gezeigt. Die Ventilbohrung 2 ist von einer Seite (in den Figuren: der linken Seite) mit sich gestuft verjüngendem Durchmesser eingebracht. In diese Ventilbohrung ist von der offenen Seite her die Ventilpatrone, bestehend aus der Entsperr-Patrone 6 und der Rückschlag-Patrone 7 eingefügt. Diese Patronen sind im vorliegenden Fall aus einem Stück als eine einzige Ventilpatrone hergestellt.
Diese Ventilpatrone ist ein hohlzylindrischer Körper. Der Außendurchmesser ist den Durchmesserstufungen der Ventilbohrung 2 angepaßt Das erste Stück mit dem größten Durchmesser D1 ragt aus der Ventilbohrung heraus und dient zum Anfassen mit einem Schraubenschlüssel oder anderem Greifwerkzeug. Dabei dient das aus der Ventilbohrung herausragende Ende mit dem Durchmesser D1 auch als Anschlag. Daran schließt sich ein zweites Stück mit dem Durchmesser D2 an. Dieses besitzt ein Außengewinde, mit welchem die Ventilpatrone 2 in ein Innengewinde in der entsprechenden Durchmesserstufe der Ventilbohrung einschraubbar ist. An diese Gewindestufe mit dem Durchmesser D2 schließt sich die Steuerstufe mit dem kleineren Durchmesser D3 an. Diese Steuerstufe D3 besitzt auf ihrem Außenumfang einen Dichtring 4, mit welchem eine Dichtung des gegenüber dem Gewindeende der Ventilpatrone bewirkt wird. Ferner besitzt diese Stufe auf ihrem Außenumfang einen Ringkanal 8, welcher mit dem bereits erwähnten Steuerkanalanschluß PST des Ventilgehäuses 1 kommuniziert. Von dem Steuer-Ringkanal 8 aus wird die Wandung der Entsperr-Patrone 6 von einer Steuerbohrung 9 durchdrungen, deren Funktion später geschildert wird.
Der Durchmesserstufe D3 kann sich eine weitere Stufe mit dem kleineren Durchmesser D4 anschließen und sich bis zur Stirnseite der Ventilpatrone fortsetzen. In diesem Fall könnte der Durchmessersprung zwischen den Stufen D3 und D4 zum Anschlag an einen entsprechenden Durchmessersprung im Ventilgehäuse 1 dienen.
Im vorliegenden Fall folgt die axiale Festlegung der Entsperr-Patrone 6 mit Rückschlag-Patrone 7 durch die Durchmesserstufe D1/D2 auf der äußeren Stirnseite des Ventilgehäuses 1. Die Patrone 6, 7 wird also durch Einschrauben der Stufe mit dem Durchmesser D2 und durch den Anschlag in der Stufe D1/D2 im Ventilgehäuse festgelegt. Auf dem Außenumfang der Ventilpatrone 2 befindet sich weiterhin der Dichtring 5. Folglich wird der Steuerringkanal 8 beidseitig durch die Dichtringe 4 und 5 auf dem Außenumfang der Entsperr-Patrone 6 abgedichtet. Die Rückschlagstufe 7 der Ventilpatrone besitzt im Bereich vor ihrer Stirnfläche einen werteren Dichtring 13 auf ihrem Außenumfang.
Zwischen den Dichtringen 5 und 13 besitzt diese Rückschlag-Patrone 7 eine Einschnürung auf ihrem Außenumfang, welche mit dem Ventilgehäuse den Ringkanal 10 bildet. Dieser Ringkanal kommuniziert mit dem bereits zuvor beschriebenen Kanal P/R, welcher mittels eines hier nicht dargestellten Schaltventils wahlweise mit der Pumpenanlage oder der Rücklaufleitung des Strebs verbunden ist und als Entlastungskanal/Rücklaufkanal bzw. Pumpenkanal in noch zu beschreibender Weise dient. Die Wandung der Ventilpatrone 7 wird im Bereich dieses Ringkanals 10 von einem Kranz von radialen Stichleitungen 14 durchdrungen, die mit der im Inneren der Ventilpatrone gebildeten Kammer 34 1) kommunizieren.
Ferner besitzt die Ventilpatrone im Bereich der Entsperr-Patrone 6 eine gedrosselte Verbindungsbohrung 15, welche den Ringkanal 10 mit der im inneren der Entsperr-Patrone gebildeten Kammer 29 (3) verbindet. Diese Kammer wird durch eine Einschnürung der Entsperr-Patrone 16 mit Dichtring 17 abgeschlossen.
Die vordere Stirnseite 31 der Ventilpatrone 2 geht mit einer Kegelmantelfläche 12 in die im Inneren der Ventilpatrone gebildete Kammer 34 über. Vor der Stirnseite 11 wird in dem Ventilgehäuse 1 eine Kammer 38 gebildet, deren Durchmesser dem kleinsten Außendurchmesser, hier D3 der Rückschlag-Patrone 7, entspricht. Diese Kammer kommuniziert mit dem bereits erwähnten Anschlußkanal A des Ventilgehäuses, welcher mit dem Arbeitsraum eines hier nicht dargestellten Verbrauchers, z. B. eines Hydraulikstempels zum Abstützen des Daches eines Ausbauschildes verbunden ist. Das Ventilgehäuse bzw. seine Bohrung besitzt nunmehr im Anschluß an die Kammer mit dem Durchmesser D3 noch einen Bohrungsabschnitt mit dem kleineren Durchmesser D4. Von der anderen (in 1: der rechten Seite) des Ventilblocks 1 ist fluchtend zur Ventilachse eine weitere Bohrung 3 mit gestuftem Durchmesser in das Ventilgehäuse 1 eingebracht. Diese Bohrung dient zur Aufnahme eines werteren Ventils, des genannten Entlastungsventils, welches in 3 im Einzelnen dargestellt ist und ebenfalls eine Ventilpatrone enthält. Diese Entlastungs-Ventilpatrone besteht aus einer Patronenkappe 21 und einer darin eingesetzten zylindrischen Patronenbuchse 22, welche in den Rand der Patronenkappe 21 eingeschraubt und auf dem Aussenumfang gegenüber dem Innenumfang des Randes der Patronenkappe 21 durch Dichtring 23 und gegenüber der engsten Einschnürung der Ventilbohrung mit dem Durchmesser D5 durch Dichtring 24 eingedichtet ist. Das Ende der Entlastungs-Ventilpatrone ragt bis in die Ebene, in welcher sich die Ventilbohrung 2 mit der Durchmesserstufe D4 und die kleinste Stufe der Entlastungsventilbohrung 3 mit dem Durchmesser D5 durchdringen.
Von dieser Seite bildet die Entlastungsventilpatrone eine Durchmesserstufe, deren Durchmesser D7 gegenüber dem vorhergehenden Durchmesser D6 wesentlich verengt ist. Die Durchmesser D6 und D7 gehen in einer Kegelmantelfläche 43 ineinander über.
Zu 3:
Die Ventilpatrone besteht – wie gesagt – aus zwei Sektionen 6,7, die auch getrennt voneinander ausgeführt sein können, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch als ein Stück ausgeführt sind. Die erste Sektion ist die Entsperrsektion 6.
In ihr ist eine Kammer gebildet, in welcher der Entsperrkolben 25 gleitend geführt ist. In dieser Kammer wird auf der einen Seite des Entsperrkolbens 26 die Entsperrkammer 25 und auf der anderen Seite des Entsperrkolbens 26 die Federkammer 29 gebildet und auf dem Außenumfang des Entsperrkolbens 26 durch Dichtring 28 abgedichtet. Die Entsperrkammer 25 wird der anderen Seite durch einen Stopfen 27 abgeschlossen. Der Stopfen 27 ist in ein Innengewinde am Ende der Entsperr-Patrone 6 mit Dichtring 30 eingeschraubt. Der Stopfen 27 begrenzt durch einen Anschlagzapfen die Beweglichkeit des Entsperrkolbens 26.
Auf der von dem Entsperrkolben 26 gewandten Seite wird die Federkammer 29 durch eine Einschnürung 16 der Entsperr-Patrone 6 dem bereits erwähnten Dichtring am Innenumfang der Einschnürung begrenzt. Diese Einschnürung wird von dem am Entsperrkolben 26 konzentrisch befestigten Entsperrschaft 32 durchstoßen und dadurch die Federkammer 29 zwischen den Dichtungen 17 und 28 begrenzt. An der Einschnürung 16 stützt sich die andererseits auf den Entsperrkolben 26 einwirkende Druckfeder, Entsperrfeder 33 ab und drückt im Ruhebetrieb den Sperrkolben 26 mit seinem Anschlag 31 gegen den Stopfen 27. Wie gesagt: Der Entsperrkolben 26 besitzt auf seinem Außenumfang einen Dichtring 28, der die Federkammer 29 gegenüber der Entsperrkammer 25 abdichtet. Die bereits erwähnte Steuerbohrung 9 in der Entsperr-Patrone 6 mündet auf dem Außenumfang des Entsperrkolbens 26 zwischen diesem Dichtring 28 und der Entsperrkammer 25. Daher bildet der Aussenumfang des Entsperrkolbens 26 in diesem Bereich einen mit der Bewegung des Sperrkolbens abnehmenden Drosselspalt zur langsamen Füllung der Entsperrkammer 25, wenn der Steueranschluß PST mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird. Die Federkammer 29 wird über die Verbindungsbohrung 15 mit dem Druck beaufschlagt, welcher in dem Verbindungsanschluß P/R ansteht.
Die Rückschlagpatrone 7 bildet in ihrem Innenraum die Verbindungskammer 34 auf der von der Einschnürung 16 der Entsperrsektion 6 abgewandten Seite. Die Verbindungskammer 34 wird über den Längskanal 10 an die Stichbohrungen 14 mit dem Druck beaufschlagt, welcher in dem Anschluß P/R ansteht. Dies ist – durch ein nicht dargestelltes Ventil gesteuert – wechselweise der Pumpendruck oder der Rücklaufdruck. Die Verbindungskammer 34 wird im Bereich des stirnseitigen Endes der Rückschlag-Patrone 7 durch den Rückschlagkolben 35 begrenzt. Dieser Rückschlagkolben ist ein Kegelstumpf – förmiges Bauteil mit einem daran angeformten kreiszylindrischen Rand 36. Die Rückschlagsektion 7 der Ventilpatrone besitzt – wie bereits beschrieben – an ihrer Stirnseite eine Kegelmantelfläche 12, welche in die Verbindungskammer 34 ausmündet. Diese Kegelmantelfläche wirkt als Sitzfläche zusammen mit der gleich geformten Kegelmantelfläche des Rückschlagkolbens 35. Ferner ist der Rückschlagkolben 35 mit einer zentralen Bohrung versehen und mit dieser Bohrung und einem Dichtring 42 dichtend und gleitend auf dem Entsperrschaft 32 geführt.
Der Entsperrschaft 32 ist aus einem Stück mit dem Anschlagzapfen 31 und dem Entsperrkolben 23 hergestellt und auf der Ventilachse in der bereits erwähnten Einschnürung der Entsperrsektion 6 gleitend geführt. In dem Bereich, in welchem der Entsperrschaft 32 die Verbindungskammer 34 durchdringt, besitzt der Entsperrschaft eine weitere Durchmesserstufe mit einem gegenüber Durchmesser D6 verkleinerten Durchmessers D7. Mit dieser Durchmesserstufe durchdringt der Entsperrschaft – wie gesagt den Rückschlagkolben 35 und den Dichtring 37 und dichtet dadurch die Verbindungskammer 34 in der Schließstellung des Rückschlagkolben 35 ab. Auf der anderen Seite begrenzt der Rückschlagkolben 35 die Lastkammer 38. Auf der anderen Seite wird die Lastkammer 38 von dem noch zu beschreibenden Entlastungsventil 18 begrenzt. Die Lastkammer 38 ist über den Ventilanschluß A mit dem Lastdruck ständig beaufschlagt.
Der Entsperrschaft 32 ragt in die Lastkammer 38 hinein in eine verengte Durchmesserstufe der Ventilbohrung. Hier ist auf dem Ende des Entsperrschaft ein Führungsbund 39 durch Aufschrauben befestigt und in der Ventilbohrung gleitend jedoch nicht dichtend der Ventilbohrung geführt. Der Führungsbund 39 dient weiterhin als Widerlager für die Rückschlagfeder 40, mit welcher der Rückschlagkolben 35 in Richtung auf die Sitzfläche 12 bzw. den Anschlag 4 an der Durchmesserstufe D6/D7 des Entsperrschaftes 32 gedrückt wird.
Der Führungsbund 39 besitzt eine dem Rückschlagkolben 35 zugewandte zylindrische Schürze, auf welcher der zylindrische Rand 36 des Rückschlagkolbens gleitend, jedoch nicht dichtend geführt ist und in dem die bereits beschriebene Rückschlagfeder 40 untergebracht ist.
3 zeigt, dass in dieser Ausgestaltung die Ventilpatrone 6, 7 mit den darin gelagerten Entsperrkolben 26, Rückschlagkolben 35 sowie Führungsbund 39 eine Baueinheit bildet, welche durch Drehen der Entsperr-Patrone 6 aus der Ventilbohrung 2 heraus geschraubt und durch Einstecken und Einschrauben einer anderen derartigen Baueinheit ausgetauscht werden kann.
Zu 4:
Gezeigt (gegenüber 1–3 vergrößert) ist das Entlastungsventil 18 mit der Entlastungsventil-Patrone, bestehend aus Patronenkappe 21 und Patronenbuchse 22. In der Entlastungsventil-Patrone, d. h. Patronenbuchse ist ein Entlastungskolben 19 gleitend und durch Dichtring 42 dichtend geführt. Dieser Entlastungskolben 19 besitzt eine zum konischen Endbereich weisende Kegelmantelfäche und bildet mit dieser eine Sitzpaarung 43, die unter der Last der im Federraum 26 angeordneten Druckfeder 20 geschlossen wird.
Der Entlastungskolben 19 wird durch eine Entlastungsfeder 20 in den Sitz 43 gedrückt. Der Federraum 45 ist durch den Dichtring an der Patronenbuchse 22 einerseits und den Dichtring 42 an dem Entlastungskolben 19 eingekammert. Der Entlastungskolben 19 ragt mit seiner von dem Federraum abgewandten Seite in die Lastkammer 38.
Der Entlastungskolben 19 weist einen Zentralkanal 44 auf, welcher den Federraum 45 mit der Lastkammer 38 verbindet. Der Entlastungskolben 19 ragt mit einen Stößel 47 in die Lastkammer, welcher die Durchmesserstufe mit dem Durchmesser D9 der Innenbohrung der Patronenbuchse unter Freilassung eines ausreichend großen Spaltes durchdringt, und bei Bewegung der Stirnfläche des Entsperrschaftes 32 unter Freilassung eines gewissen Totweges zusammenwirkt.
Die Patronenbuchse 22 und die Patronenkappe 21 bilden im zusammengebauten und eingeschraubten Zustand in Ventilbohrung 3 eine ringförmige Rücklaufkammer 46. Diese ist mit dem Ventilanschluß R verbunden und über diese mit dem Rücklaufdruck in der Rücklaufleitung des Strebs verbunden. Diese Rücklaufkammer 46 ist über einen gedrosselten Stichkanal 48 mit einer Entlastungskammer 49 verbunden, welche zwischen dem Dichtring 42 am Entlastungskolben 19 und der Sitzfläche 43 am Entlastungskolben 19 dadurch gebildet wird, dass der Kegelmantel an dem Entlastungskolben nur den kleinen inneren Bereich des Kegelmantels an der Patronenbuchse 22 einnimmt, auf seinem äußeren Bereich jedoch einen deutlichen Spalt mit der Patronenbuchse 22 bildet. Dadurch wird erreicht, dass die hydraulische Wirkfläche an dem Dichtring 42 größer ist als die hydraulische Wirkfläche an der Ventilpaarung 43. Der Lastdruck, welcher auf beiden Seiten des Entlastungskolbens 19 anliegt, drückt daher den Entlastungskolben gegen den Sitz 43. Die Entlastungsfeder 20 dient lediglich dem Zweck, dass der Entlastungskolben stets eine eindeutige Stellung einnimmt.
Zu den Funktionen und zu den Betriebszuständen:

• in 1 ist der Ventilzustand in der Ruheposition des belasteten Arbeitszylinders dargestellt. An dem Lastkanal A liegt ein Druck von z. B. 400 bar an. Der Druck in dem Anschluß P/R und dem Steuerkanal PST entspricht dem Rücklaufdruck. Der Rückschlagkolben 35 wird durch die Kraft der Rückschlagfeder 40 sowie durch den auf der Stirnfläche des Rückschlagkolbens liegenden Lastdruck gegen seinen Sitz gedrückt und sperrt daher den Lastanschluß A gegenüber dem Verbindungsanschluß P/R. Der Entlastungskolben 19 des Entlastungsventils ist beidseitig mit dem Lastdruck von 400 bar belastet. Da die hydraulische Wirkfläche auf der Federseite (Dichtring 42) und größer ist als diejenige der Sitzseite des Entlastungskolbens 19 wirkt auf ihn eine hydraulische Kraft und außerdem die Entlastungsfeder 20 in Schließrichtung, so dass der Entlastungskolben dichtend auf dem Ventilsitz 43 aufliegt und die Lastkammer fest verschlossen ist. Der Steueranschluß PST ist drucklos bzw. hat Rücklaufdruck. Ebenso ist in dem Federraum 29 des Entsperrkolbens der Rücklaufdruck.
• Der Anschluß P/R ist über ein nicht dargestelltes Steuerventil mit dem Pumpenanschluß verbunden; in der Verbindungskammer 34 baut sich ein Druck auf, welcher höher ist als der Druck in der Lastkammer 38: Unter dem Pumpendruck hebt sich der Rückschlagkolben 35 von seinem Sitz 12 gegen die Kraft der Feder 40 ab und gibt die Verbindung zwischen der Pumpe und der Lastkammer 38 frei, bis der Druckausgleich unter Berücksichtigung der Federkraft 40 hergestellt ist. Auch in diesem Betriebszustand bleiben der Entsperrkolben und das Entlastungsventil unbetätigt.
• Der Anschluß P/R ist durch das nicht gezeigte Steuerventil an den Rücklauf angeschlossen; Der Lastdruck in der Lastkammer 38 soll abgebaut werden: Hierzu wird der Steueranschluß PSt mit dem Steuerdruck beaufschlagt, welcher im Wesentlichen gleich dem herrschenden Lastdruck ist. Hierdurch wird der Entsperrkolben 26 gegen die Federkraft 33 über die gedrosselte Steuerbohrung 9 und die Drosselstelle am Kolbenumfang zunächst mit dem Steuerdruck beaufschlagt und – in der Figur – nach rechts verfahren, bis die Stirnfläche des Entsperrschaftes an den Entlastungskolben 19 des Entlastungsventils 18 anschlägt und diesen von seinem Sitz abhebt und dabei die Verbindung der Lastkammer 38 über die Entlastungskammer zu dem Rücklauf freigibt. Durch die Drosselwirkung des Steuerkanals 9 und den Ringspaltes am Kolbenumfang 26 erfolgt diese Bewegung zum einen sehr langsam und zum anderen werden über den engen Stichkanal 48 zwischen der Lastkammer 38, kegelförmigen Sitz und der Entlastungskammer 49 geringe Flüssigkeitsmengen durchgelassen. Dieser Durchfluß reicht jedoch aus, um den Lastdruck von – im Beispiel – 400 bar abzubauen. Dabei bleibt der Rückschlagkolben 35 unter der Last der Feder und des hydraulischen Drucks auf seiner Stirnseite weiterhin geschlossen, bis der Druckausgleich ganz oder teilweise hergestellt ist. Durch die konstruktive Wahl des Flächenverhältnisses an dem Entsperrkolben 26 einerseits und an dem Rückschlagkolben 35 andererseits kann – wie schon bei dem bekannten Ventil – bewirkt werden, daß erst ein bestimmter abgesenkter Lastdruck oder ein bestimmtes Druckverhältnis erreicht sein muß, bevor die Kraft am Entsperrkolben 26 ausreicht, den Rückschlagkolben 35 von seinem Sitz abzuheben und die Lastkammer auf diesem Wege mit dem Rücklauf zu verbinden.

1: Ventilgehäuse, Ventilblock
2: Ventilbohrungen
3: Ventilbohrung
4: Dichtring
5: Dichtring
6: Entsperr-Patrone, Entsperrventil-Patrone
7: Rückschlag-Patrone, Rückschlagventil-Patrone
8: Ringkanal
9: Stichbohrung, Steuerbohrung, Steuerkanal (9)
10: Ringkanal
11: Stirnfläche
12: Kegelmantelfläche, Sitzfläche, Sitzpaarung, Ventilsitz
13: Dichtring
14: Stichbohrung, Stichleitung
15: Verbindungsbohrung
16: Einschnürung
17: Dichtring
18: Entlastungsventil
19: Entlastungskolben
20: Entlastungsschließfeder, Entlastungsfeder
21: Patronenkappe
22: Patronenbuchse
23: Dichtring
24: Dichtring
25: Entsperrkammer
26: Entsperrkolben
27: Stopfen
28: Dichtring
29: Federkammer
30: Dichtring
31: Anschlagzapfen
32: Entsperrschaft
33: Druckfeder, Ruhefeder, Entsperrfeder
34: Verbindungskammer 34
35: Rückschlagkolben
36: Rand
37: Dichtring
38: Lastkammer
39: Führungsbund
40: Rückschlagfeder, Hauptschließfeder
41: Anschlag, Durchmesserstufe
42: Dichtring
43: Sitzpaarung, Ventilsitz
44: Zentralkanal
45: Federraum
46: Rücklaufkammer
47: Stößel
48: Stichkanal
49: Entlastungskammer

Claims

Entsperrbares Rückschlagventil, bei dem eine Verbindung zwischen einer Lastkammer und einer Verbindungskammer durch einen Rückschlagkolben sowie durch einen Entlastungskolben schließbar und öffenbar ist, indem der Rückschlagkolben und der Entlastungskolben durch Federkraft jeweils einer Schließfeder sowie durch den Lastdruck in ihrer Schließstellung gehalten werden, und indem ein in einer Entsperrkammer geführter Entsperrkolben mit einem Entsperrschaft bei Beaufschlagung der Entsperrkammer mit einem Entsperrdruck eine Entsperrbewegung ausführt, bei welcher der Entsperrschaft nach einander zunächst mittels seiner freien Stirnfläche den Entlastungskolben und sodann den Rückschlagkolben formschlüssig derart greift, daß zuerst der Entlastungskolben und sodann Rückschlagkolben in ihre jeweilige Öffnungsstellung schiebbar sind, wobei Rückschlagkolben, Entlastungskolben sowie Entsperrkolben mit Entsperrschaft in einem Ventilgehäuse konzentrisch zu einander in der gemeinsamen Ventilachse angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, daß der Entsperrschaft (32) den Rückschlagkolben (35) gleitend und dichtend durchdringt und zum Öffnen mittels einer Durchmesserstufe (41) den Kolbenboden hintergreift, daß der Rückschlagkolben (35) in Schließrichtung durch eine eigene Rückschlagfeder (40) belastet ist, und daß der Entlastungskolben (19) von dem Rückschlagkolben (35) unabhängig auf der Ventilachse gegenüber dem freien Ende des Entsperrschafts (32) beweglich geführt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskolben (19) auf beiden Stirnseiten druck-ausgeglichen mit dem Lastdruck beaufschlagt ist und die Lastkammer (38) gegenüber einer Entlastungskammer (49 mit einem Ventilsitz (43) schließt, dessen hydraulisch wirksame Sitzfläche kleiner ist als die hydraulisch wirksame Kolbenfläche auf seiner anderen die Entlastungskammer (49) abschließenden Seite.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskolben (19) durch eine Entlastungsschließfeder (20) in seiner Schließstellung gehalten wird.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil in Patronenbauweise ausgebildet ist, und zwar mit einer in das Ventilgehäuse (1) einschiebbaren Rückschlag-Ventilpatrone (7), in welcher der Rückschlagkolben (35) einen Ventilsitz (12) bildet, welcher die Lastkammer gegenüber der mit dem Rücklauf verbundenen Verbindungskammer (34) abschließt und mit einer in das Ventilgehäuse (1) eingebrachten Entsperrventil-Patrone (6), in welcher der Entsperrkolben (26) geführt ist und eine mit einem Entsperrkanal verbundene Entsperrkammer (25) bildet,
Rückschlagventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Entsperrventil-Patrone (6) einstückig mit der Rückschlag-Ventilpatrone (7) ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil zusätzlich zu der Entsperrventil-Patrone (6) und der Rückschlag-Ventilpatrone (7) eine Entlastungsventilpatrone aufweist, welche aus einer einseitig geschlossenen Patronenkappe (21) und aus einem durch die Patronenkappe verschlossenen als hohlzylindrischer Führungskörper ausgebildeten Patronenbuchse (22) zur Aufnahme und verschieblichen Führung des Entlastungskolbens (19) besteht, wobei der Innenraum der Patronenkappe (21) und der Patronenbuchse (22) zur Aufnahme der Entlastungsschließfeder (20) dient und mit der Lastkammer (38) verbunden ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Patronenkappe (21) in das Ventilgehäuse (1) mittels eines Außengewindes aufschraubbar ist, und dass die Patronenbuchse (22) in den zylindrischen Rand der Patronenkappe (21) dichtend einsetzbar, vorzugsweise einschraubbar ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Entsperrschaftes (32) mit einem am Entsperrschaft befestigten, im Ventilgehäuse geführten Führungsbund (39) in die Lastkammer ragt, welcher zur Abstützung der Rückschlagfeder (40) des Rückschlagkolbens (35) dient.
Rückschlagventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschnürung (16) der Entsperrventil-Patrone (6) gegenüber dem Entsperrschaft (32) abgedichtet ist und eine Ausgleichkammer bildet, welche mit der Verbindungskammer (34) gedrosselt verbunden und mit dem Druck der Verbindungskammer (34) beaufschlagbar ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Entsperrkolben (26) in seine Ruheposition durch eine Entsperrfeder (33) gedrückt wird, welche sich an einer Einschnürung der Entsperrventil-Patrone (6) abstützt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der Entsperrkammer mit dem Entsperrdruck über einen Steuerkanal (9) erfolgt, welcher auf dem Umfang des Entsperrkolbens (26) mündet und welcher über einen an dem Kolbenumfang gebildeten Drosselspalt mit der Entsperrkammer (25) verbunden ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Entsperrkolben (26) mit dem Systemdruck beaufschlagt wird und daß unter Berücksichtigung der Federsteifigkeiten das Flächenverhältnis der hydraulisch wirksamen Flächen an dem Rückschlagkolben (35) und an dem Entsperrkolben (26) derart ist, daß der Entsperrdruck zum Öffnen des Rückschlagkolbens (35) erst dann ausreicht, wenn der Lastdruck unter einen vorgegebenen Wert gesunken ist.