ENTSPERRBARES RÜCKSCHLAGVENTIL MIT INTEGRIERTEM DRUCKBEGRENZUNGSVENTIL

Die Erfindung betrifft ein Sperrventil bzw. Rückschlagventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Sperrventile werden als Sitzventil ausgeführt, bei dem ein Ventilkörper an einem Ventilsitz dichtend anliegt, und haben in einem Hydrosystem die Aufgabe, einen Volumenstrom in eine Richtung zu sperren und in Gegenrichtung einen freien Volumenstrom zu ermöglichen.

Bei hydraulischen Systemen werden Sperrventile z.B. zwischen einem Wegeventil und einem Verbraucher angeordnet, wobei die Durchlassrichtung vom Wegeventil zum Verbraucher und die Sperrrichtung entsprechend vom Verbraucher zum Wegeventil gerichtet sind. Damit wird z.B. bei einem vom Verbraucher gehaltenen Lastdruck eine Leckage des Wegeventils verringert, da das zwischengeschaltete Sperrventil leckagefrei den Lastdruck hält und eine Rückwärtsbewegung des Druckmittels vom Verbraucher zum Wegeventil verhindert.

In der Druckschrift DE 19627 306 A1 ist ein Sperrventil offenbart, wobei der Hauptventilkörper des Sperrventils entsperrbar ist, so dass Druckmittel auch in die Richtung strömen kann, die prinzipiell die Schließrichtung des Sperrventils ist. Dazu wird zunächst durch einen Entsperrstößel ein durch den Hauptventilkörper verlaufender Entlastungskanal mit geringem Querschnitt geöffnet. Nachdem dadurch ein gewisser Druckausgleich zwischen den beiden Anschlüssen des Sperrventils stattgefunden hat, wird (ebenfalls durch den Entsperrstößel) der gesamte Hauptventilkörper des Sperrventils von seinem Sitz gehoben, so dass Druckmittel auch in die Richtung strömen kann, die prinzipiell die Schließrichtung des Sperrventil ist.

Um bei derartigen Anordnungen mit geschlossenem Sperrventil einen Druckanstieg z.B. durch Erwärmung in der das Sperrventil mit dem Verbraucher verbindenden Leitung zu begrenzen, ist ein zusätzliches Druckbegrenzungsventil (DBV) vorgesehen, das bei einem vorbestimmten Maximaldruck diese Leitung zu der das Wegeventil und das Sperrventil verbindenden Leitung entlastet. Um eine kompakte Bauweise dieser Ventilkombination zu erreichen, können das Sperrventil in einem Verbraucherkanal des Wegeventilgehäuses und gemäß der o. g. Druckschrift das DBV im Hauptventilkörper des Sperrventils angeordnet werden.

Nachteilig an derartigen Sperrventilen ist die hohe Anforderung an die Härte bzw. das Material des Hauptventilkörpers, das durch die Härteanforderung für den damit einstückig gebildeten Sitz des DBVs bestimmt wird.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein kompaktes Sperrventil mit optional integrierbarem Druckbegrenzungsventil zu schaffen, bei dem die Materialkosten reduziert und der Fertigungsaufwand insbesondere bei einer Nachrüstung eines DBVs minimiert sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sperrventil nach Patentanspruch 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Sperrventil ist als Sitzventil ausgebildet und hat einen Hauptventilkörper, in dem ein Vorsteuerventil mit einem Vorsteuerventilkörper und in dem weiterhin ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil zumindest abschnittsweise in den Vorsteuerventilkörper integriert. Dadurch können für den Hauptventilkörper und das Druckbegrenzungsventil unterschiedliche Materialen mit unterschiedlichen Härtegraden verwendet werden, wodurch insbesondere bei einer Fertigung mit höheren Stückzahlen Materialkosten gesenkt werden können.

Da an den Hauptventilkörper geringere Anforderungen bzgl. seiner Härte bestehen, wird es zur Reduzierung der Materialkosten besonders bevorzugt, wenn der Hauptventilkörper aus Kunststoff besteht.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sperrventils ist der Hauptventilkörper im geschlossenen Zustand des Sperrventils von einer sich an einem Ventilgehäuse abstützenden Schließfeder gegen einen Hauptventilsitz vorgespannt, wobei die Kraft der Schließfeder größer als die Gewichtskraft des Hauptventilkörpers ist. Dadurch liegt der Hauptventilkörper bei ausgeglichenem Druck an den Anschlüssen des Sperrventils in allen Einbaulagen des Sperrventils am Hauptventilsitz an. Dabei kann der Hauptventilkörper im geschlossenen Zustand des Sperrventils von der Schließfeder indirekt über einen Federteller und über den Vorsteuerventilkörper gegen den Hauptventilsitz vorgespannt sein. Damit wird bei einem Abheben des Vor- steuerventilkörpers der Hauptventilkörper von der Vorspannung durch die Schließfeder befreit, so dass ein Öffnen des Sperrventils erleichtert ist.

Dabei wird es bevorzugt, wenn der Vorsteuerventilkörper im geschlossenen Zustand des Vorsteuerventils über die Schließfeder und über den Federteller gegen einen am Hauptventilkörper ausgebildeten Vorsteuerventilsitz vorgespannt ist. Dadurch können die Ventilkörper des Vorsteuerventils und des Sperrventils von einer gemeinsamen Schließfeder in Schließrichtung vorgespannt werden, wobei Durchmesserunterschiede zwischen dem Vorsteuerventilkörper und der Schließfeder durch den Federteller ausgeglichen werden können.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sperrventils hat der Vorsteuerventilkörper einen etwa halbkugelförmigen Schließabschnitt, der im geschlossenen Zustand des Vorsteuerventils an dem Vorsteuerventilsitz anliegt, und weiterhin einen Führungsabschnitt, der in einer Vorsteuerventilausnehmung des Hauptventilkörpers verschiebbar aufgenommen ist. Mit dem etwa halbkugelförmigen Schließabschnitt ist ein leckagefreies Schließen des Vorsteuerventils gewährleistet, während der Führungsabschnitt eine sichere Führung des Vorsteuerventilkörpers im Hauptventilkörper und gleichzeitig Einbauraum für das erfindungsgemäß darin aufgenommene Druckbegrenzungsventil bietet.

Dabei hat der Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers vorzugsweise einen kreiszylindrischen Außenmantel und die Vorsteuerventilausnehmung einen etwa quadratischen Querschnitt. Somit hat eine Innenwandung der Vorsteuerventilausnehmung vier Anlageabschnitte mit dem Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers, und zwischen der Vorsteuerventilausnehmung und dem Führungsabschnitt verbleiben vier Freiräume, die beim Öffnen des Vorsteuerventils von Druckmittel durchströmt werden.

Dabei wird es bevorzugt, wenn der Führungsabschnitt des Vorsteuerventilkörpers etwa rohrförmig ist und darin das Druckbegrenzungsventil aufgenommen ist. Für ein ungehindertes Abströmen von Druckmittel bei Ansprechen des DBVs ist im Schließabschnitt des Vorsteuerventilkörpers eine Durchgangsbohrung vorgesehen. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das DBV einen Druckbegrenzungsventilkörper, der von einer sich am Schließabschnitt abstützenden Druckbegrenzungsfeder gegen einen Druckbegrenzungsventilsitz vorgespannt ist.

Aus Gründen einer einfachen Einstellbarkeit des Ansprechdrucks hat das DBV ein in den Führungsabschnitt des Vorsteuerventil körpers eingeschraubtes Einstellteil, an dem der Druckbegrenzungsventilsitz angeordnet ist. Dabei weist das Einstellteil eine Durchgangsausnehmung auf, durch das bei Ansprechen des DBVs Druckmittel strömt.

Dabei kann zur einfachen Einstellbarkeit des Ansprechdrucks des DBVs die Durchgangsausnehmung einen Innensechskant aufweisen, in den eine Sicherungskugel eingepresst ist, die ein ungewolltes Verdrehen des Einstellteils bzw. ein Verstellen des Ansprechdrucks des DBVs verhindert. Dabei verbleiben zwischen dem Innensechskant und der Sicherungskugel sechs Freiräume, die beim Ansprechen des DBVs von Druckmittel durchströmt werden.

Zur Vergleichmäßigung der Kraft der Druckbegrenzungsfeder und zur Positionierung des vorzugsweise als Kugel ausgebildeten Druckbegrenzungsventilkörpers kann zwischen diesem und der Druckbegrenzungsfeder eine Hülse angeordnet sein.

Zum Entsperren des Sperrventils kann zunächst der Vorsteuerventilkörper von einem Vorsteuerabschnitt eines Entsperrstößels gegen die Kraft der Schließfeder vom Vorsteuerventilsitz abgehoben werden, wobei sich der Vorsteuerabschnitt durch eine Stößelöffnung des Hauptventilkörpers zum Schließabschnitt des Vorsteuerventilkörpers erstreckt.

Zum vollständigen Entsperren des Sperrventils kann danach der Hauptventilkörper von einem Hauptabschnitt des Entsperrstößels gegen die Kraft der Schließfeder vom Hauptventilsitz abgehoben werden.

Aus Gründen einer einfachen Fertigung und Montage des erfindungsgemäßen Sperrventils sind der Hauptventilkörper, der Vorsteuerventilkörper, der Druckbegrenzungsventilkörper und der Entsperrstößel etwa konzentrisch zueinander angeordnet und entlang einer gemeinsamen Ventilachse bewegbar.

Dabei gelten folgende Größenverhältnisse: Querschnitt der Durchgangsbohrung des Schließabschnitts < Querschnitt des Vorsteuerabschnitts des Entsperrstößels < Querschnitt der Stößelöffnung des Hauptventilkörpers < Querschnitt des Hauptabschnitts des Entsperrstößels.

Bei einem besonders bevorzugten Einsatz ist das erfindungsgemäße Sperrventil in einem Verbraucherkanal eines mobilhydraulischen Wegeventils angeordnet. Dabei kann Bauraum des Wegeventils mit integriertem Sperrventil mit wiederum integriertem Druckbegrenzungsventil eingespart werden.

Vorzugsweise hat das Wegeventil einen Ventilschieber mit einer Kulisse, über die der Entsperrstößel bewegbar ist.

Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sperrventils in einem seitlichen Schnitt; und

Figur 2 den Hauptventilkörper mit dem Vorsteuerventilkörper gemäß Figur 1 in einem Schnitt gemäß der Linie M-Il aus Figur 1.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rückschlag- bzw. Sperrventils in einem seitlichen Schnitt. Es ist in einem nur ausschnittsweise gezeigten Gehäuse 1 eines (nicht näher gezeigten) Wegeventils zwischen einem ersten Druckraum 2 und einem zweiten Druckraum 4 vorgesehen, wobei die beiden Druckräume 2, 4 und das gezeigte Sperrventil verbraucherseitig bzw. ablaufseitig im Wegeventil angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Sperrventil ist als Sitzventil ausgeführt und hat einen Hauptventilkörper 6 und einen Hauptventilsitz 8, Dabei ist der Hauptventilkörper 6 erfindungsgemäß aus Kunststoff gefertigt und hat an seinem dem ersten Druckraum 2 zugewandten Abschnitt drei Führungsstege, von denen (in Figur 1) ein erster Führungssteg 10a in einer Ansicht und ein zweiter Führungssteg 10b in einem Schnitt dargestellt sind.

Figur 2 zeigt deutlich die drei Führungsstege 10a, 10b, 10c, die gleichmäßig am Umfang des Hauptventilkörpers 6 angeordnet sind und mit ihren jeweiligen äußeren Endabschnitten an der Innenwandung einer Hauptventilbohrung 12 (vgl. Figur 1 ) anliegen. Figur 1 zeigt weiterhin eine Ventilachse 14, zu der die Hauptventilbohrung 12, der Hauptventilsitz 8 und ein daran anliegender kegelstumpfförmiger Schließabschnitt 18 des Hauptventilkörpers 6 konzentrisch angeordnet sind.

Weiterhin ist eine als Druckfeder eingespannte Schließfeder 20 vorgesehen, die sich (in Figur 1) nach oben an einem Verschluss 22 abstützt, der in das Gehäuse 1 entlang der Ventilachse 14 eingeschraubt ist. Die Schließfeder 20 taucht mit ihrem (in Figur 1) unteren Abschnitt in eine entsprechende Ausnehmung des Hauptventilkörpers 6 ein und beaufschlagt diesen indirekt mit einer (in Figur 1 ) nach unten gerichteten Schließkraft.

Damit ist gemäß dem Stand der Technik ein Rückschlag- bzw. Sperrventil beschrieben, das eine Durchströmung vom ersten Druckraum 2 zum zweiten Druckraum 4 dadurch ermöglicht, dass die Öffnungskraft des Druckmittels des ersten Druckraums 2 die Schließkräfte des Druckmittels des zweiten Druckraums 4 und der Schließfeder 20 überwiegen und sich der Hauptventilkörper 6 (in Figur 1) nach oben vom Hauptventilsitz 8 hebt. Dabei kann Druckmittel aus dem ersten Druckraum 2 durch drei Freiräume, die sich zwischen den drei Führungsstegen 10a, 10b, 10c ergeben (vgl. Figur 2) in den zweiten Druckraum 4 und weiter zu einem (nicht gezeigten) Verbraucheranschluss strömen. Wenn hingegen die Druckkraft des zweiten Druckraums 4 einschließlich der Kraft der Schließfeder 20 die Druckkraft des ersten Druckraums 2 überwiegt, wird der Schließabschnitt 18 des Hauptventilkörpers 6 in den Hauptventilsitz 8 gedrückt, wodurch ein Zurückströmen von Druckmittel aus dem zweiten Druckraum 4 in den ersten Druckraum 2 verhindert wird.

Im Innern des Hauptventilkörpers 6 ist ein Vorsteuerventil 23 angeordnet. Es hat eine Vorsteuerventilausnehmung 24 und einen Vorsteuerventilsitz 26, die zusammen mit einer Stößelöffnung 28 im Hauptventilkörper 6 angeordnet sind und sich entlang der Ventilachse 14 erstrecken. Wie in Figur 2 dargestellt ist, hat die Vorsteuerventilausnehmung 24 einen quadratischen Querschnitt.

In der Vorsteuerventilausnehmung 24 ist ein länglicher Vorsteuerventilkörper 30 aufgenommen, der einem kreiszylindrischen Führungsabschnitt 32 und einen an dem Vorsteuerventilsitz 26 anliegenden etwa halbkugelförmigen Schließabschnitt 34 hat. Der Führungsabschnitt 32 weist vier gleichmäßig an seinem Außenumfang verteilte etwa linienförmige Anlageabschnitte mit den vier Innenwandungsabschnitten der Vorsteuerventilausnehmung 24 auf (vgl. Figur 2). Der Vorsteuerventilkörper 30 ist von der Schließfeder 20 über einen Federteller 36 in der (in Figur 1 gezeigten) Schließstellung vorgespannt. Dazu liegt der Federteller 36 an der (in Figur 1) oberen Stirnseite des Führungsabschnittes 32 des Vorsteuerventilkörpers 30 an und ist dabei in der gleichen Ausnehmung des Hauptventilkörpers 6 geführt wie auch die Schließfeder 20.

Durch die Stößelöffnung 28 des Hauptventilkörpers 6 erstreckt sich (in Figur 1 ) von unten ein zylindrischer Vorsteuerabschnitt 37 eines Entsperrstößels 38. Der Vorsteuerabschnitt 37 ist gegenüber einem ebenfalls zylindrischen Hauptabschnitts 40 des Entsperrstößels 38 radial zurückgestuft. Der Entsperrstößel 38 kann von einem (nicht gezeigten) Ventilschieber des Wegeventils entlang der Ventilachse 14 (in Figur 1) nach oben bewegt werden. Dadurch ist die (in Figur 1) von oben nach unten gerichtete Strömungsrichtung entsperrbar. Dazu hebt zunächst der Vorsteuerabschnitt 37 des Entsperrstößels 38 den Vorsteuerventilkörper 30 vom Vorsteuerventilsitz 26 ab. Dadurch findet ein Druckmittelausgleich zwischen dem zweiten Druckraum 4 und dem ersten Druckraum 2 statt, bei dem Druckmittel durch die vier (in Figur 2 gezeigten) Freiräume 42 strömt. Nach einem Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 2, 4 wird der Entsperrstößel 38 (in Figur 1 ) weiter nach oben bewegt, so dass sein Hauptabschnitt 40 an der (Figur 1) unteren Stirnseite des Hauptventilkörpers 6 in Anlage gerät und den Hauptventilkörper 6 vom Hauptventilsitz 8 abhebt. Somit ist die Strömungsrichtung vom zweiten Druckraum 4 zum ersten Druckraum 2 entsperrt.

Erfindungsgemäß ist im Innern des Vorsteuerventilkörpers 30 ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des Drucks im zweiten Druckraum 4 und somit in der daran angeschlossenen (nicht gezeigten) Verbraucherleitung vorgesehen. Dazu ist der Führungsabschnitt 32 des Vorsteuerventilkörpers 30 rohrförmig ausgebildet und der Schließabschnitt 34 hat eine konzentrische Durchgangsbohrung 44. Im Führungsabschnitt 32 sind ein Einstellteil 46 und eine Sicherungskugel 48 befestigt und weiterhin ein als Kugel 50 ausgebildeter Schließkörper, eine entlang der Ventilachse 14 verschiebbare Hülse 52 und eine Druckbegrenzungsfeder 54 aufgenommen. Die Druckbegrenzungsfeder 54 stützt sich am Schließabschnitt 34 ab und spannt über die Hülse 52 die Kugel 50 gegen einen am Einstellteil 46 ausgebildeten Druckbegrenzungsventilsitz 56 vor.

Das Einstellteil 46 hat einen Innensechskant 58 und ist über ein Gewinde in den Führungsabschnitt 32 des Vorsteuerventilkörpers 30 eingeschraubt, wodurch die Anpresskraft der Kugel 50 an den Druckbegrenzungsventilsitz 56 eingestellt ist. Als Ver- drehsicherung ist die Sicherungskugel 48 in den lnnensechskant 58 des Einstellteils 46 eingepresst, so dass sich eine Verspannung des Einstellteils 46 im Führungsabschnitt 32 ergibt. Der der Kugel 50 zugewandte Endabschnitt der Hülse 52 ist innen und der der Kugel 50 zugewandte Endabschnitt des Einstellteils 46 sind außen konusförmig angeschrägt. Der Durchmesser des Druckbegrenzungsventilsitzes 56 ist kleiner als der Durchmesser des Innensechskants 58. Zwischen der Sicherungskugel 48 und den lnnensechskant 58 verbleiben sechs Freiräume, durch die bei Ansprechen des Druckbegrenzungsventils Druckmittel strömt.

Das erfindungsgemäß im Innern des Vorsteuerventilkörpers 30 aufgenommene Druckbegrenzungsventil dient zur Begrenzung des Drucks der an den zweiten Druckraum 4 angeschlossen Verbraucherleitung. Dadurch wird eine Druckerhöhung z.B. auf Grund von Erwärmung der Verbraucherleitung begrenzt, wobei bei Ansprechen des Druckbegrenzungsventils Druckmittel in Schließrichtung des Rückschlag- bzw. Sperrventils zum ersten Druckraum 2 strömt. Dabei hebt der zu begrenzende Druck, der an der (in Figur 1 ) oberen Seite der Kugel 50 anliegt, diese vom Druckbegrenzungsventilsitz 56 ab, und das Druckmittel strömt durch den Innenraum des Führungsabschnitts 32, durch die Durchgangsbohrung 44 und durch die Stößelöffnung 28 in den ersten Druckraum 2.

Erfindungsgemäß bestimmt die Härteanforderung an den Druckbegrenzungsventilsitz 56 lediglich das Material des Einstellteils 46, während die geringere Härteanforderung an den Schließabschnitt 18 des Hauptventilkörpers 6 einen Hauptventilkörper 6 aus kostengünstigerem Kunststoff ermöglicht.

Offenbart ist ein als Sitzventil ausgebildetes Sperrventil mit einem Hauptventilkörper, in dem ein Vorsteuerventil mit einem Vorsteuerventilkörper und in dem weiterhin ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil zumindest abschnittsweise in den Vorsteuerventilkörper integriert. Besonders bevorzugt ist dabei ein Hauptventilkörper aus Kunststoff.