DE1425595C3 - Einrichtung zur Dampfung von Druck stoßen mit einem Nadelventil - Google Patents

Description

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gesamten, die Kraft der Öffnungsfeder übersteigen- Ventilnadel nach dem Auftreffen auf den Ventilsitz

den Druck unterworfen sind. Bei starken Druckstö- elastisch nachgeben kann und nicht mit der gesam-

ßen kann daher das sich rasch schließende Nadelven- ten. auf die in Schließrichtung des Ventils bewegte

til Beschädigungen erleiden, da die s^arken Kräfte Hülse wirkenden Kraft belastet wird, welche viel-

von der kleinen Nadelspitze und dem Ventilsitz auf- 5 mehr bei Anlage der Hülse am erwähnten vorderen

genommen werden müssen. Anschlag von diesem und der Hülse selber aufge-

Bei anderen Typen von hydraulischen Ventilen nommen wird.

(USA.-Patentschrift 2 696 828) ist es bekannt, ein-be- Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den

wegliches Verschlußstück durch eine Schließfeder ge- Unteransprüchen.

gen den die Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz zu io Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel drücken, so daß der auf das Verschlußstück ausge- an Hand der Zeichnung näher erläutert, weiche eine übte Druck der Flüssigkeit das Verschlußstück mehr Einrichtung nach der Erfindung im Schnitt zeigt,
oder weniger weit gegen die Wirkung der Feder von Nach der Zeichnung weist diese Einrichtung ein seinem Sitz abhebt und damit das Ventil entspre- Gehäuse 10 mit einer Stufenbohrung 57 auf, die am chend öffnet. Bei einem weiteren bekannten hydrau- 15 einen Ende durch einen Gewindestopfen 67 und am lischen Ventil, welches ebenfalls eine als Funktion anderen Ende durch einen Gewindestopfen 92 dicht des herrschenden Flüssigkeitsdruckes veränderbare verschlossen ist. Ein Flüssigkeitseinlaßkanal 59 und Durchflußöffnung aufweist, unterliegt ein auf seiner ein Flüssigkeitsauslaßkanal 60, die beide mit der Stu-Kolbenfläche mit einer Öffnung versehener Kolben fenbohrung 57 in Verbindung stehen, münden auf der Wirkung einer den Kolljen entgegen dem Druck 20 der Unterseite des Gehäuses 10, welches als Deckel der Flüssigkeit verschiebenden Feder, und ein in die derart auf den Ventilkörper eines Hauptventils auf-Kolbenöffnung ragender konischer Zapfen definiert gesetzt werden kann, daß der Einlaßkanal 59 mit eine kreisringförmige Durchflußöffnung derart, daß dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum auf der Rücksich ihr Querschnitt entsprechend der Konizität die- seite des Hauptventilschiebers in Verbindung steht, ses Zapfens verringert, wenn der Kolben entgegen 25 welcher auf seiner Vorderseite vom Druck der in das der Wirkung der Feder verschoben wird und damit Hauptventil eintretenden Flüssigkeit beaufschlagt der konische Zapfen tiefer in die Öffnung eintaucht. wird und welcher bei seinem gegen die Wirkung Diese beiden zuletzt erwähnten bekannten Typen einer Schließfeder erfolgenden Öffnungshub sukzesvon hydraulischen Ventilen unterscheiden sich we- sive Durchlaßöffnungen zum Ausgang des Hauptvensentlich sowohl hinsichtlich der Funktion als auch 30 tils freigibt. Der Hauptventilschieber muß also bei hinsichtlich des Aufbaus von der eingangs erwähnten seinem Öffnungshub die auf seiner Rückseite befind-Einrichtung; darüber hinaus bewirken auftretende liehe Flüssigkeit durch den Einlaßkanal 59 und die starke Druckstöße bei einem Ventil mit einem in Einrichtung hindurch verdrängen, wobei die Flüssig-Schließrichtung federbelasteten Verschlußstück Ie- keit aus der Einrichtung durch den Auslaßkanal 60 diglich, daß dieses Verschlußstück entgegen der 35 dem Ausgang des Hauptventils zugeleitet wird.
Federwirkung entsprechend stark verschoben wird, Das Hauptventil kann beispielsweise mit seinem während bei einem Ventil mit einem federbelasteten Eingang an eine Flüssigkeitspumpe und mit seinem Kolben, dessen Öffnung mit einem konischen Zapfen Ausgang an einen Flüssigkeitsmotor angeschlossen zwecks Veränderung des Durchflußquerschnittes zu- sein, und die Aufgabe der Einrichtung besteht darin, sammenwirkt, der Rand der Kolbenöffnung sehr 40 am Eingang des Hauptventils auftretende Druckwohl bei starken Druckstößen gegen den konischen stoße nur gedämpft auf den Ausgang und damit den Zapfen schlagen kann, so daß auch in diesem Falle Verbraucher zu übertragen.

Beschädigungen infolge starker Druckstöße nicht In dem nach der Zeichnung linken Bereich der

ausgeschlossen sind. Stufenbohrung 57 ist eine Einsatzbuchse 64 einge-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 45 paßt, welcher mit ihrer dem Gewindestopfen 67 abEinrichtung der eingangs beschriebenen Art so aus- gewandten Stirnfläche gegen eine Ringkante der Stuzubilden. daß Beschädigungen des empfindlichen fenbohrung 57 anliegt und in dieser Stellung vom Nadelventils infolge von eingangsseitig auftretenden Gewindestopfen 67 unter Zwischenschaltung eines stoßartigen Druckschwankungen, welche ein rasches an diesem anliegenden Zwischenstück 66 gehalten Schließen des Nadelventils zur Folge haben, vermie- 50 wird. Ein zwischen dem Umfang der Einsatzbuchse den werden. 64 und der Wand der Stufenbohrung 57 gebildeter

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs be- Ringraum 71, in welchen der Einlaßkanal 59 mün-

schriebenen Art ist die Erfindung zur Lösung dieser det, steht über eine Quernut 69 des Zwischenstücks

Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß 66 mit der Innenbohrung 74 eines Kolbens 72 in

55 Verbindung, der axial verschiebbar in der Einsatz-

a) die Ventilnadel durch eine in Schließrichtung buchse 64 gelagert ist und auf seinem Außenumfane des Nadelventils wirkende Feder abgestützt ist, eine Reihe~von Ringnuten 77 zwecks Bildung einer

b) die relativ zum unbeweglichen Ventilsitz des Flüssigkeitsdichtung aufweist. Die Innenbohrung 74 Nadelventils verschiebbare Hülse von der Öff- des Kolbens 72 verengt sich an dessen dem Gewindenungsfeder beaufschlagt wird und 60 stopfen 67 abgewandten, vorderen Ende zu einer

c) die Ventilnadel erst bei Anlage der Hülse am eine Drosselstelle 73 bildenden öffnung kleinen vorderen Anschlag auf ihrem Sitz aufliegt. Durchmessers, welche über Radialnuten 84 einer

Hülse 78 im Raum 76 der Stufenbohrung 57 mündet.

Das Teilmerkmal a) ist an sich bei einem hydrauli- In diesem Raum 76 ist die Hülse 78 mit einem auf

sehen Ventil anderen Typs bekannt (USA.-Patent- 65 ihrem Außenumfang angebrachten Ringbund 79 zwischrift 2 696 828). sehen zwei Anschlägen axial verschiebbar angeord-

Durch die Einrichtung nach der Erfindung wird net. Der hintere Anschlag 64 a wird durch die vorerreicht, daß die in der Hülse federnd abgestützte dere Stirnfläche der den hinteren Bereich der Hülse

78 mit Spiel umgebenden Einsatzbuchse 64 gebildet, wobei der Ringbund 79 der Hülse 78 in der auf der Zeichnung dargestellten Stellung unter der Wirkung einer an der vorderen Ringfläche des Ringbunds 79 anliegenden Öffnungsfeder 83 mit seiner hinteren Ringfläche am hinteren Anschlag 64 a anliegt. Der vordere Anschlag 89 α wird durch die hintere Stirnfläche eines zylindrischen Einsatzes 89 gebildet, welcher in den nach der Zeichnung rechten Bereich der Stufenbohrung 57 eingepaßt, durch einen O-Ring 91 abgedichtet und in seiner axialen Stellung durch den Gewindestopfen 92 blockiert ist.

Die hintere Stirnfläche des zylindrischen Einsatzes 89 bildet in ihrer Mitte den Sitz 88 eines Nadelventils mit der Ventilöffnung 93, welche in eine Innenbohrung 94 größeren Durchmessers mündet, die ihrerseits über eine Querbohrung 95 und eine äußere Ringnut 97 des zylindrischen Einsatzes mit dem Auslaßkanal 60 in Verbindung steht. Die Öffnungsfeder 83 umgibt mit ihrem vorderen Bereich den hinteren Abschnitt kleineren Durchmessers des zylindrischen Einsatzes 89 und stützt sich mit ihrem vorderen Ende an einer äußeren Ringschulter dieses Einsatzes 89 ab.

Die Ventilnadel 86 des Nadelventils ist axial verschiebbar im Innern der Hülse 78 gelagert, wird durch eine mit ihrem hinteren Ende an der vorderen Stirnfläche des Kolbens 72 anliegende Feder 87 elastisch abgestützt, welche die Ventilnadel in Schließrichtung des Nadelventils beaufschlagt, und ragt im betrachteten Ausführungsbeispiel nur mit ihrem konischen Abschnitt 86 a durch eine öffnung in der vorderen Stirnfläche der Hülse 78 aus der Hülse heraus. Die Stärke der Öffnungsfeder 83 ist größer als die der Feder 87, so daß bei Abwesenheit von den Kolben 72 und damit der Hülse 78 verschiebenden Flüssigkeitsdrucken die Hülse 78 und die Ventilnadel 86 die auf der Zeichnung dargestellte Stellung einnehmen, in welcher die Ventilnadel 86 von ihrem Sitz 88 abgehoben und damit das Nadelventil voll geöffnet ist. Die Feder 87 kann z. B. eine Federsteife von 0,019 bis 0,028 kp/mm haben und in der gezeigten Stellung eine Kraft von 0,113 kp aufbringen, während die Federsteife der Öffnungsfeder 83 0,45 kp/mm betragen kann, wobei in der gezeichneten Stellung 45* eine Kraft von etwa 5 kp und bei stärkster Kompression von etwa 5,9 kp aufgebracht wird.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Menge der je Zeiteinheit durch den Einlaßkanal 59 in die Einrichtung gelangenden Flüssigkeit hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich der nicht dargestellte Hauptventilschieber des Hauptventils unter der Wirkung des Flüssigkeitseingangsdruckes im Sinne einer Vergrößerung des Durchflußquerschnitts des Hauptventils bewegt. Diese vom Hauptventilschieber verdrängte Flüssigkeit gelangt über den Einlaßkanal 59, den Ringraum 71, die Quernut 69 in Zwischenstück 66, die Innenbohrung 74 des Kolbens 72, die Drosselstelle 73 und die Radialnuten 84 im hinteren Bereich der Hülse 78 in den Raum 76 auf der Außenseite der Hülse 78 und durch die Ventilöffhung 93 des Nadelventils sowie die zentrale Bohrung 94, die Quernut 95 und die Ringnut 97 des zylindrischen Einsatzes 89 in den Auslaßkanal 60. Beim Passieren der Drosselstelle 73 erfährt die Flüssigkeit einen Druckabfall, der mit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zunimmt. Diese Druckdifferenz beiderseits der Drosselstelle hat einen mit steigender Strömungsgeschwindigkeit durch die Drosselstelle zunehmenden Druck auf die Vorder- oder Eingangsseite des Kolbens 72 zur Folge, so daß dieser Kolben 72 unter Mitnahme der Hülse 78 in Richtung auf den Ventilsitz 88 verschoben wird, wenn die auf die Vorderseite des Kolbens 72 wirkende Kraft größer wird als die auf die Rückseite dieses Kolbens wirkende Kraft, welche einerseits durch den Flüssigkeitsdruck im Raum 76 und andererseits durch die Stärke der Öffnungsfeder 83 gegeben ist. In einem solchen Falle schließt daher das Nadelventil mehr oder weniger rasch, indem die Ventilnadel 86 mit ihrem konischen Abschnitt 86 σ auf den Sitz 88 gedrückt wird. Da nach der Schließung des Nadelventils der Druckabfall an der Drosselstelle 73 verschwindet, wird unmittelbar nach einer Schließung des Nadelventils dieses wieder unter der Wirkung der Öffnungsfeder 83 so lange geöffnet, bis ein eventueller erneuter hinreichender Druckabfall an der Drosselstelle 73 wiederum die Schließung des Nadelventils zur Folge hat. Auf diese Weise wird beim Auftreten von raschen Druckänderungen am Eingang des Hauptventils die Öffnungsbewegung des Hauptventilschiebers entsprechend gedämpft, indem der Durchsatz der vom Hauptschieber bei seiner Öffnungsbewegung zu verdrängenden Flüssigkeit durch die beschriebene Einrichtung entsprechend verringert oder vorübergehend gesperrt wird. Wenn dagegen der am Eingang des Hauptventils herrschende Druck konstant ist oder nur so geringe Schwankungen aufweist, daß die im wesentlichen durch die Stärke der Öffnungsfeder 83 bestimmte Schwelle der Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung nicht erreicht wird, dann verbleibt das Nadelventil in der in der Zeichnung dargestellten Öffnungsstellung.

Da die Ventilnadel 86 nach Anlage auf ihrem Ventilsitz 88 infolge ihrer federnden Abstützung elastisch nachgeben kann, werden Ventilnadel und Ventilsitz durch die insbesondere bei einem raschen Schließen des Nadelventils auftretenden Kräfte nur unbedeutend belastet, da diese Kräfte im wesentlichen nach Anlage der Hülse 78 am vorderen Anschlag 89 α von diesem und der Hülse selber aufgenommen werden.

Der Hub, den die Ventilnadel 86 bis zum Schließen des Nadelventils benötigt, und damit die Ansprechgeschwindigkeit des Nadelventils kann auf einfache Weise durch axiale Einstellung des zylindrischen Einsatzes 89 verändert werden, indem einfach der Gewindestopfen 92 mehr oder weniger weit in das Ende der Stufenbohrung 57 eingeschraubt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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 Schließrichlung 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 Ventilnadcl erst bei Anlage der Hülse am vorderen Anschlag (89« ) auf ihrem Sitz aufliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur der konische Abschnitt (86«) 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«) 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«) 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 Ventilnadcl (86) bis zum Schließen des Nadelventils erforderliche Hub einstellbar ist.

ft. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Einsatz (89Ϊ 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 Schliei3feder 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 Strömungsrich-

tung 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 offnungsfeder des Nadelventils wird, dann schließt sich dieses Ventil, wobei jedoch die Nadelspitze und der Ventilsitz dem