DE1425595B2 - Einrichtung zur daempfung von druckstoessen mit einem nadelventil - Google Patents

Description

gesamten, die Kraft der Öffnungsfeder übersteigenden Druck unterworfen sind. Bei starken Druckstößen kann daher das sich rasch schließende Nadelventil Beschädigungen erleiden, da die starken Kräfte von der kleinen Nadelspitze und dem Ventilsitz aufgenommen werden müssen.

Bei anderen Typen von hydraulischen Ventilen (USA.-Patentschrift 2 696 828) ist es bekannt, ein bewegliches Verschlußstück durch eine Schließfeder gegen den die Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz zu drücken, so daß der auf das Verschlußstück ausgeübte Druck der Flüssigkeit das Verschlußstück mehr oder weniger weit gegen die Wirkung der Feder von seinem Sitz abhebt und damit das Ventil entsprechend öffnet. Bei einem weiteren bekannten hydraulischen Ventil, welches ebenfalls eine als Funktion des herrschenden Flüssigkeitsdruckes veränderbare Durchflußöffnung aufweist, unterliegt ein auf seiner Kolbenfläche mit einer Öffnung versehener Kolben der Wirkung einer den Kolben entgegen dem Druck der Flüssigkeit verschiebenden Feder, und ein in die Kolbenöffnung ragender konischer Zapfen definiert eine kreisringförmige Durchflußöffnung derart, daß sich ihr Querschnitt entsprechend der Konizität dieses Zapfens verringert, wenn der Kolben entgegen der Wirkung der Feder verschoben wird und damit der konische Zapfen tiefer in die Öffnung eintaucht. Diese beiden zuletzt erwähnten bekannten Typen von hydraulischen Ventilen unterscheiden sich wesentlich sowohl hinsichtlich der Funktion als auch hinsichtlich des Aufbaus von der eingangs erwähnten Einrichtung; darüber hinaus bewirken auftretende starke Druckstöße bei einem Ventil mit einem in Schließrichtung federbelasteten Verschlußstück lediglich, daß dieses Verschlußstück entgegen der Federwirkung entsprechend stark verschoben wird, während bei einem Ventil mit einem federbelasteten Kolben, dessen Öffnung mit einem konischen Zapfen zwecks Veränderung des Durchflußquerschnittes zusammenwirkt, der Rand der Kolbenöffnung sehr wohl bei starken Druckstößen gegen den konischen Zapfen schlagen kann, so daß auch in diesem Falle Beschädigungen infolge starker Druckstöße nicht ausgeschlossen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß Beschädigungen des empfindlichen Nadelventils infolge von eingangsseitig auftretenden stoßartigen Druckschwankungen, welche ein rasches Schließen des Nadelventils zur Folge haben, vermieden werden.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ventilnadel durch eine in Schließrichtung des Nadelventils wirkende Feder abgestützt ist,

b) die relativ zum unbeweglichen Ventilsitz des Nadelventils verschiebbare Hülse von der Öffnungsfeder beaufschlagt wird und

c) die Ventilnadel erst bei Anlage der Hülse am vorderen Anschlag auf ihrem Sitz aufliegt.

Das Teilmerkmal a) ist an sich bei einem hydraulischen Ventil anderen Typs bekannt (USA.-Patentschrift 2 696 828).

Durch die Einrichtung nach der Erfindung wird erreicht, daß die in der Hülse federnd abgestützte Ventilnadel nach dem Auftreffen auf den Ventilsitz elastisch nachgeben kann und nicht mit der gesamten, auf die in Schließrichtung des Ventils bewegte Hülse wirkenden Kraft belastet wird, welche vielmehr bei Anlage der Hülse am erwähnten vorderen Anschlag von diesem und der Hülse selber aufgenommen wird.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

ίο Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche eine Einrichtung nach der Erfindung im Schnitt zeigt.

Nach der Zeichnung weist diese Einrichtung ein Gehäuse 10 mit einer Stufenbohrung 57 auf, die am einen Ende durch einen Gewindestopfen 67 und am anderen Ende durch einen Gewindestopfen 92 dicht verschlossen ist. Ein Flüssigkeitseinlaßkanal 59 und ein Flüssigkeitsauslaßkanal 60, die beide mit der Stufenbohrung 57 in Verbindung stehen, münden auf der Unterseite des Gehäuses 10, welches als Deckel derart auf den Ventilkörper eines Hauptventils aufgesetzt werden kann, daß der Einlaßkanal 59 mit dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum auf der Rückseite des Hauptventilschiebers in Verbindung steht, welcher auf seiner Vorderseite vom Druck der in das Hauptventil eintretenden Flüssigkeit beaufschlagt wird und welcher bei seinem gegen die Wirkung einer Schließfeder erfolgenden Öffnungshub sukzessive Durchlaßöffnungen zum Ausgang des Hauptventils freigibt. Der Hauptventilschieber muß also bei seinem Öffnungshub die auf seiner Rückseite befindliche Flüssigkeit durch den Einlaßkanal 59 und die Einrichtung hindurch verdrängen, wobei die Flüssigkeit aus der Einrichtung durch den Auslaßkanal 60 dem Ausgang des Hauptventils zugeleitet wird.

Das Hauptventil kann beispielsweise mit seinem Eingang an eine Flüssigkeitspumpe und mit seinem Ausgang an einen Flüssigkeitsmotor angeschlossen sein, und die Aufgabe der Einrichtung besteht darin, am Eingang des Hauptventils auftretende Druckstöße nur gedämpft auf den Ausgang und damit den Verbraucher zu übertragen.

In dem nach der Zeichnung linken Bereich der Stufenbohrung 57 ist eine Einsatzbuchse 64 eingepaßt, welcher mit ihrer dem Gewindestopfen 67 abgewandten Stirnfläche gegen eine Ringkante der Stufenbohrung 57 anliegt und in dieser Stellung vom Gewindestopfen 67 unter Zwischenschaltung eines an diesem anliegenden Zwischenstück 66 gehalten wird. Ein zwischen dem Umfang der Einsatzbuchse 64 und der Wand der Stufenbohrung 57 gebildeter Ringraum 71, in welchen der Einlaßkanal 59 mündet, steht über eine Quernut 69 des Zwischenstücks 66 mit der Innenbohrung 74 eines Kolbens 72 in Verbindung, der axial verschiebbar in der Einsatzbuchse 64 gelagert ist und auf seinem Außenumfang eine Reihe von Ringnuten 77 zwecks Bildung einer Flüssigkeitsdichtung aufweist. Die Innenbohrung 74 des Kolbens 72 verengt sich an dessen dem Gewindestopfen 67 abgewandten, vorderen Ende zu einer eine Drosselstelle 73 bildenden Öffnung kleinen Durchmessers, welche über Radialnuten 84 einer Hülse 78 im Raum 76 der Stufenbohrung 57 mündet.

In diesem Raum 76 ist die Hülse 78 mit einem auf ihrem Außenumfang angebrachten Ringbund 79 zwischen zwei Anschlägen axial verschiebbar angeordnet. Der hintere Anschlag 64 α wird durch die vordere Stirnfläche der den hinteren Bereich der Hülse

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78 mit Spiel umgebenden Einsatzbuchse 64 gebildet, Raum 76 auf der Außenseite der Hülse 78 und durch wobei der Ringbund 79 der Hülse 78 in der auf der die Ventilöffnung 93 des Nadelventils sowie die zen-Zeichnung dargestellten Stellung unter der Wirkung trale Bohrung 94, die Quernut 95 und die Ringnut einer an der vorderen Ringfläche des Ringbunds 79 97 des zylindrischen Einsatzes 89 in den Auslaßkaanliegenden Öffnungsfeder 83 mit seiner hinteren 5 nal 60. Beim Passieren der Drosselstelle 73 erfährt Ringfläche am hinteren Anschlag 64 a anliegt. Der die Flüssigkeit einen Druckabfall, der mit der Strövordere Anschlag 89 α wird durch die hintere Stirn- mungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zunimmt, fläche eines zylindrischen Einsatzes 89 gebildet, wel- Diese Druckdifferenz beiderseits der Drosselstelle eher in den nach der Zeichnung rechten Bereich der hat einen mit steigender Strömungsgeschwindigkeit Stufenbohrung 57 eingepaßt, durch einen O-Ring 91 io durch die Drosselstelle zunehmenden Druck auf die abgedichtet und in seiner axialen Stellung durch den Vorder- oder Eingangsseite des Kolbens 72 zur Gewindestopfen 92 blockiert ist. Folge, so daß dieser Kolben 72 unter Mitnahme der

Die hintere Stirnfläche des zylindrischen Einsatzes Hülse 78 in Richtung auf den Ventilsitz 88 verscho-89 bildet in ihrer Mitte den Sitz 88 eines Nadelventils ben wird, wenn die auf die Vorderseite des Kolbens mit der Ventilöffnung 93, welche in eine Innenboh- 15 72 wirkende Kraft größer wird als die auf die Rückrung 94 größeren Durchmessers mündet, die ihrer- seite dieses Kolbens wirkende Kraft, welche einerseits über eine Querbohrung 95 und eine äußere seits durch den Flüssigkeitsdruck im Raum 76 und Ringnut 97 des zylindrischen Einsatzes mit dem Aus- andererseits durch die Stärke der Öffnungsfeder 83 laßkanal 60 in Verbindung steht. Die Öffnungsfeder gegeben ist. In einem solchen Falle schließt daher 83 umgibt mit ihrem vorderen Bereich den hinteren 20 das Nadelventil mehr oder weniger rasch, indem die Abschnitt kleineren Durchmessers des zylindrischen Ventilnadel 86 mit ihrem konischen Abschnitt 86 a Einsatzes 89 und stützt sich mit ihrem vorderen auf den Sitz 88 gedrückt wird. Da nach der Schlie-Ende an einer äußeren Ringschulter dieses Einsatzes ßung des Nadelventils der Druckabfall an der Dros-89 ab. selstelle 73 verschwindet, wird unmittelbar nach

Die Ventilnadel 86 des Nadelventils ist axial ver- 25 einer Schließung des Nadelventils dieses wieder unter schiebbar im Innern der Hülse 78 gelagert, wird der Wirkung der Öffnungsfeder 83 so lange geöffnet, durch eine mit ihrem hinteren Ende an der vorderen bis ein eventueller erneuter hinreichender Druckab-Stirnfläche des Kolbens 72 anliegende Feder 87 ela- fall an der Drosselstelle 73 wiederum die Schließung stisch abgestützt, welche die Ventilnadel in Schließ- des Nadelventils zur Folge hat. Auf diese Weise wird richtung des Nadelventils beaufschlagt, und ragt im 30 beim Auftreten von raschen Druckänderungen am betrachteten Ausführungsbeispiel nur mit ihrem ko- Eingang des Hauptventils die Öffnungsbewegung des nischen Abschnitt 86 a durch eine öffnung in der Hauptventilschiebers entsprechend gedämpft, indem vorderen Stirnfläche der Hülse 78 aus der Hülse her- der Durchsatz der vom Hauptschieber bei seiner öffaus. Die Stärke der Öffnungsfeder 83 ist größer als nungsbewegung zu verdrängenden Flüssigkeit durch die der Feder 87, so daß bei Abwesenheit von den 35 die beschriebene Einrichtung entsprechend verringert Kolben 72 und damit der Hülse 78 verschiebenden oder vorübergehend gesperrt wird. Wenn dagegen Flüssigkeitsdrucken die Hülse 78 und die Ventilnadel der am Eingang des Hauptventils herrschende Druck 86 die auf der Zeichnung dargestellte Stellung ein- konstant ist oder nur so geringe Schwankungen aufnehmen, in welcher die Ventilnadel 86 von ihrem weist, daß die im wesentlichen durch die Stärke der Sitz 88 abgehoben und damit das Nadelventil voll ge- 40 Öffnungsfeder 83 bestimmte Schwelle der Ansprechöffnet ist. Die Feder 87 kann z.B. eine Federsteife empfindlichkeit der Einrichtung nicht erreicht wird, von 0,019 bis 0,028 kp/mm haben und in der gezeig- dann verbleibt das Nadelventil in der in der Zeichten Stellung eine Kraft von 0,113 kp aufbringen, wäh- nung dargestellten Öffnungsstellung, rend die Federsteife der Öffnungsfeder 83 0,45 kp/mm Da die Ventilnadel 86 nach Anlage auf ihrem

betragen kann, wobei in der gezeichneten Stellung 45 Ventilsitz 88 infolge ihrer federnden Abstützung elaeine Kraft von etwa 5 kp und bei stärkster Kompres- stisch nachgeben kann, werden Ventilnadel und Vension von etwa 5,9 kp aufgebracht wird. tilsitz durch die insbesondere bei einem raschen Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgender- Schließen des Nadelventils auftretenden Kräfte nur maßen: Die Menge der je Zeiteinheit durch den Ein- unbedeutend belastet, da diese Kräfte im wesentlilaßkanal 59 in die Einrichtung gelangenden Flüssig- 50 chen nach Anlage der Hülse 78 am vorderen Ankeit hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich schlag 89 α von diesem und der Hülse selber aufgeder nicht dargestellte Hauptventilschieber des Haupt- nommen werden.

ventils unter der Wirkung des Flüssigkeitseingangs- Der Hub, den die Ventilnadel 86 bis zum Schlie-

druckes im Sinne einer Vergrößerung des Durchfluß- ßen des Nadelventils benötigt, und damit die Anquerschnitts des Hauptventils bewegt. Diese vom 55 Sprechgeschwindigkeit des Nadelventils kann auf ein-Hauptventilschieber verdrängte Flüssigkeit gelangt fache Weise durch axiale Einstellung des zylinüber den Einlaßkanal 59, den Ringraum 71, die drischen Einsatzes 89 verändert werden, indem ein-Quernut 69 in Zwischenstück 66, die Innenbohrung fach der Gewindestopfen 92 mehr oder weniger weit 74 des Kolbens 72, die Drosselstelle 73 und die Ra- in das Ende der Stufenbohrung 57 eingeschraubt dialnuten 84 im hinteren Bereich der Hülse 78 in den 60 wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Dämpfung von Druckstößen mit einem Nadelventil, das in Abhängigkeit von eingangsseitig auftretenden Druckstößen gegen die Wirkung einer Öffnungsfeder geschlossen wird und dessen Nadel axial verschiebbar in einer Hülse gelagert ist, die ihrerseits federbelastet und zwischen einem hinteren und einem vorderen Anschlag axial verschiebbar ist, wobei die auf das Nadelventil wirkende Schließkraft von der Druckdifferenz beiderseits einer in einem Kolben angebrachten Drosselstelle bestimmt ist, welche die durch das Nadelventil strömende Flüssigkeit passieren muß, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ventilnadel (86) durch eine in Schließrichtung des Nadelventils wirkende Feder

(87) abgestützt ist,

b) die relativ zum unbeweglichen Ventilsitz

(88) des Nadelventils verschiebbare Hülse (78) von der Öffnungsfeder (83) beaufschlagt wird und

c) die Ventilnadel erst bei Anlage der Hülse am vorderen Anschlag (89 a ) auf ihrem Sitz aufliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur der konische Abschnitt (86 a) der federbelasteten Ventilnadel (86) aus der dem Ventilsitz (88) zugewandten Stirnseite der Hülse (78) vorsteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die die Ventilnadel (86) beaufschlagende Feder (87) mit ihrem hinteren Ende gegen den die Drosselstelle (73) aufweisenden Kolben (72) abstützt, welcher vom Eingangsdruck der Flüssigkeit beaufschlagt ist und bei seiner Verschiebung die Hülse (78) mitnimmt, wobei die Öffnungsfeder (83) stärker als die die Ventilnadel beaufschlagende Feder ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (78) auf ihrem Außenumfang einen Ringbund (79) aufweist, an dessen vorderer Ringfläche die den vorderen Bereich der Hülse umgebende Öffnungsfeder (83) anliegt und dessen hintere Ringfläche mit dem hinteren Anschlag (64 a) für die Hülse zusammenwirkt, welcher durch die vordere Stirnseite einer den Kolben (72) führenden und den hinteren Bereich der Hülse mit Spiel umgebenden Einsatzbüchse (64) gebildet ist, und daß der vordere Anschlag (89 ä) für die Hülse die Stirnfläche eines den Ventilsitz (88) und die Ventilöffnung (93) des Nadelventils aufweisenden zylindrischen Einsatzes (89) ist, welcher eine äußere Ringschulter zur Abstützung des vorderen Endes der diesen zylindrischen Einsatz über einen Teil seiner axialen Länge umgebenden Öffnungsfeder aufweist.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Ventilnadel (86) bis zum Schließen des Nadelventils erforderliche Hub einstellbar ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Einsatz (89) axial einstellbar angeordnet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Dämpfung von Druckstößen mit einem Nadelventil, das in Abhängigkeit von eingangsseitig auftretenden Druckstößen gegen die Wirkung einer Öffnungsfeder geschlossen wird und dessen Nadel axial verschiebbar in einer Hülse gelagert ist, die ihrerseits federbelastet und zwischen einem hinteren und einem vorderen Anschlag axial verschiebbar ist, wobei die auf das Nadelventil wirkende Schließkraft von der

ίο Druckdifferenz beiderseits einer in einem Kolben angebrachten Drosselstelle bestimmt ist, welche die durch das Nadelventil strömende Flüssigkeit passieren muß.

Eine derartige Einrichtung ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 690 762). Diese dient insbesondere dazu, den Öffnungshub des Schiebers eines Hauptventils, dessen Eingang beispielsweise an eine Flüssigkeitspumpe und dessen Ausgang beispielsweise an einen Flüssigkeitsmotor angeschlossen ist, derart zu steuern, daß eingangsseitig auftretende Druckstöße nur gedämpft auf den Verbraucher übertragen werden. Zu diesem Zwecke muß der Hauptschieber, der als Funktion des Eingangsdrucks gegen die Wirkung einer Schließfeder verschoben wird und dabei sukzessive den Durchflußquerschnitt durch das Hauptventil vergrößert, bei seinem Öffnungshub die in einer auf seiner Rückseite angeordneten Kammer befindliche Flüssigkeit durch die erwähnte Drosselstelle und die erwähnte Einrichtung hindurch verdrängen.

Wenn der Druckanstieg einen vorgebbaren Wert überschreitet und daher an der erwähnten Drosselstelle ein bestimmter Druckabfall auftritt, dann schließt die Einrichtung und verhindert damit eine weitere Öffnungsbewegung des Hauptschiebers.

Bleibt dagegen der auf den Hauptschieber wirkende Eingangsdruck der Flüssigkeit konstant oder treten nur geringe Druckschwankungen auf, die keine nachteiligen Folgen für den Verbraucher bedeuten, dann bleibt die Einrichtung geöffnet, und der Hauptschieber nimmt seine durch den Eingangsdruck bestimmte Öffnungsstellung ein. so daß ein im wesentlichen stetiger Durchsatz durch das Hauptventil stattfindet. Da die Einrichtung lediglich auf Druckänderungen anspricht, wird auf diese Weise erreicht, daß sich der Hauptschieber um so langsamer öffnet, je stärker der Anstieg des Eingangsdruckes ist.

Bei der bekannten Ausführungsform einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art bildet eine Radialwand der erwähnten Hülse den Ventilsitz für das Nadelventil mit der Ventilöffnung, während die Öffnungsfeder innerhalb dieser Hülse angeordnet ist und direkt auf die Ventilnadel wirkt, welche an dem die erwähnte Drosselstelle aufweisenden Kolben befestigt ist. Die Hülse liegt mit ihrer in Strömungsrichtung gesehen hinteren Stirnfläche direkt an dem den Durchfluß durch das Hauptventil steuernden Hauptschieber an und wird von diesem bei seinem Öffnungshub gegen die Wirkung einer Feder mitgenommen.

Bei einer Verschiebung der Hülse gegen die Wirkung ihrer Schließfeder wird daher der die Ventilnadel tragende Kolben vermittels der Öffnungsfeder des Nadelventils mitgenommen, und wenn der Druckabfall der von der Außenseite dieses Kolbens durch die Drosselstelle ins Innere der Hülse strömenden Flüssigkeit größer als die Stärke der Öffnungsfeder des Nadelventils wird, dann schließt sich dieses Ventil, wobei jedoch die Nadelspitze und der Ventilsitz dem