DE1049184B - Pressure relief valve for hydraulic systems - Google Patents

Pressure relief valve for hydraulic systems

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DE1049184B
DE1049184B DEF21591A DEF0021591A DE1049184B DE 1049184 B DE1049184 B DE 1049184B DE F21591 A DEF21591 A DE F21591A DE F0021591 A DEF0021591 A DE F0021591A DE 1049184 B DE1049184 B DE 1049184B
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pressure
spring
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valve
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Johann Paul
Dipl-Ing Helmut Dischler
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Frieseke and Hoepfner GmbH
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Frieseke and Hoepfner GmbH
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D15/00—Props; Chocks, e.g. made of flexible containers filled with backfilling material
    • E21D15/50—Component parts or details of props
    • E21D15/51—Component parts or details of props specially adapted to hydraulic, pneumatic, or hydraulic-pneumatic props, e.g. arrangements of relief valves
    • E21D15/512—Arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F16K17/0406—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded in the form of balls

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei Überdruckventilen für hydraulische Anlagen ist es wesentlich, daß der Druck im ölraum beim Öffnen des Ventils nicht stark unter den Öffnungswert abfällt, sondern die freigegebene öffnung schnell wieder schließt. Oft, z. B. bei Überdruckventilen an hydraulischen Grubenstempeln, muß das Druckmittel auch unter anhaltendem Überdruck abgeführt werden, der Druck darf den eingestellten Nenndruck trotzdem nicht unterschreiten.In pressure relief valves for hydraulic systems, it is essential that the pressure in the oil chamber when Opening the valve does not drop sharply below the opening value, but rather the released opening drops quickly closes again. Often, e.g. B. with pressure relief valves on hydraulic pit rams, the pressure medium must can also be discharged under sustained overpressure, the pressure may still reach the set nominal pressure not fall below.

Es sind bereits Überdruckventile für hydraulische Grubenstempel bekannt, die das erhebliche Absinken des Druckes beim Eindrücken des Oberstempels durch das Hangende durch Verwendung von Gegendruck auf der Abflußseite verhindern sollen. Die Wirkung des Gegendruckes reicht bei kleinem Durchfluß aber nicht aus. Es ist auch schon bekannt, zum selben Zweck vor der Absperrstelle eine Drossel anzuordnen, so daß der Druck an der Absperrstelle selbst bei offenem Ventil unter den in der Anlage absinkt und das Ventil rasch wieder schließt. Aber auch wenn man die Drossel sehr eng macht im Verhältnis zum Durchmesser an der Absperrstelle, bleibt eine Strömung bestehen, die das Schließen erst dann zuläßt, wenn der Druck in der Anlage schon zu stark abgesunken ist.There are already pressure relief valves for hydraulic pit rams known that the significant drop the pressure when pressing the upper punch through the hanging wall by using counter pressure to prevent the discharge side. The effect of the back pressure is not sufficient with a small flow the end. It is also already known to arrange a throttle in front of the shut-off point for the same purpose, so that the Even with the valve open, the pressure at the shut-off point drops below that in the system and the valve quickly closes again. But even if you make the throttle very narrow in relation to the diameter at the shut-off point, a flow remains that only allows closing when the pressure in the system has already dropped too much.

Gemäß der Erfindung wirkt auf das Überdruckventil mit einer Drossel im Zufluß und einer Kammer zwischen Drossel und Ventilsitz eine Schließkraft ein, die im Augenblick des öffnens sprunghaft kleiner wird. Wie damit erreicht wird, daß der Druck in der Anlage beim Ansprechen des Ventils nicht stark absinkt, ist an Hand der Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher beschrieben. Die Einzelheiten der Ausführungsbeispiele und der Unteransprüche sind durch das vorliegende Patent nur im Rahmen des Hauptanspruchs geschützt.According to the invention, the pressure relief valve acts with a throttle in the inflow and a chamber There is a closing force between the throttle and the valve seat, which is suddenly smaller at the moment of opening will. How this ensures that the pressure in the system does not drop sharply when the valve responds, is described in more detail on the basis of the exemplary embodiments in the drawing. The details of the Embodiments and the subclaims are only in the context of the present patent Main claim protected.

Das in Fig. 1 dargestellte schnell schließende Sicherheits- und Bremsventil veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der sich die Anpreßkraft der Ventilkugel aus Federkraft und Haftkraft zusammensetzt. Der Ventilkörper 1 enthält einen Druckmittelspeicher 2, überdruckventil für hydraulische AnlagenThe quick-closing safety and brake valve shown in Fig. 1 illustrates an embodiment in which the contact pressure of the valve ball is composed of spring force and adhesive force. The valve body 1 contains a pressure medium accumulator 2, pressure relief valve for hydraulic systems

Anmelder:Applicant:

Frieseke & Hoepfner G.m.b.H.,
Erlangen-BruckFrieseke & Hoepfner GmbH,
Erlangen-Bruck

Dipl.-Ing. Johann Paul, Erlangen,
und Dipl.-Ing. Helmut Disctüer, Erlangen-Bruck,
sind als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Johann Paul, Erlangen,
and Dipl.-Ing. Helmut Disctüer, Erlangen-Bruck,
have been named as inventors

dessen Volumen sich durch die elastische Verformung eines Federelementes 3 mit zunehmendem Druck vergrößert. Der Druckspeicher 2 steht einerseits über eine Drosselbohrung 4 und eine Anschlußbohrung 5 mit dem nicht gezeichneten zu steuernden Druckraum und andererseits über eine Bohrung 6 mit dem besonders ausgebildeten Ventil 7 bis 12 in Verbindung. Die Ventilkugel 8 wird über den Federteller 9 von der Feder 10, welche mit einer Federspannschraube 12 auf eine beliebige Kraft entsprechend dem Höchstwert des Druckes gespannt werden kann, gegen den Ventilsitz 7 gedrückt. Der Ventilsitz 7 ist so ausgebildet, daß die Kugel 8 durch die Anpreßkraft der Feder infolge derthe volume of which increases with increasing pressure due to the elastic deformation of a spring element 3. The pressure accumulator 2 is connected on the one hand via a throttle bore 4 and a connection bore 5 to the pressure chamber to be controlled (not shown) and on the other hand via a bore 6 to the specially designed valve 7 to 12 . The valve ball 8 is pressed against the valve seat 7 via the spring plate 9 by the spring 10, which can be tensioned with a spring tensioning screw 12 to any force corresponding to the maximum value of the pressure. The valve seat 7 is designed so that the ball 8 by the pressing force of the spring as a result of

4545

5050

Haftreibung im Sitz klemmt. Die Bohrung 13 führt zur Abflußleitung.Static friction is stuck in the seat. The bore 13 leads to the drainage line.

Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Ventils ist folgende:The function of the valve described above is as follows:

Da der Druckmittelspeicher 2 über die Drosselbohrung 4 mit dem Druckraum dauernd verbunden ist, muß bei geschlossenem Ventil der Druck im Druckmittelspeicher 2 mit dem Druck im Druckraum übereinstimmen. Das Ventil bleibt infolge der Haltekraft, welche sich aus der Federkraft und der Haftkraft zusammensetzt, so lange geschlossen, bis der eingestellte Druck in dem Druckmittelspeicher 2 erreicht ist. Im Moment des Abhebens der Kugel 8 vermindert sich die Haltekraft sprunghaft um den Wert der Haftkraft P" zwischen der Kugel 8 und dem Sitz 7. Die Kugel 8 kann gegen die nun allein wirksame Federkraft P' weit abheben und gibt einen großen Durchflußquerschnitt zwischen dem Druckmittelspeicher 2 und der Federkammer 11 frei.Since the pressure medium accumulator 2 is permanently connected to the pressure chamber via the throttle bore 4 , the pressure in the pressure medium accumulator 2 must match the pressure in the pressure chamber when the valve is closed. As a result of the holding force, which is composed of the spring force and the adhesive force, the valve remains closed until the set pressure in the pressure medium reservoir 2 is reached. When the ball 8 is lifted off, the holding force is suddenly reduced by the value of the adhesive force P ″ between the ball 8 and the seat 7. The ball 8 can lift far against the spring force P ', which is now only effective, and provides a large flow cross-section between the pressure medium reservoir 2 and the spring chamber 11 free.

Der Druck im Druckmittelspeicher 2 entspannt sich infolge des großen Druckgefälles zwischen Speicher 2 und Abflußbohrung 13 und durch den großen freigegebenen Durchflußquerschnitt sehr rasch. Gleichzeitig entspannt sich das Federelement 3 und verdrängt die durch seine Durchfederung gespeicherte Druckmittelmenge. Während dieses Vorganges strömt zusätzlich Druckmittel durch die Drossel 4 und das Ventil zum Abfluß. Gegen den während des Öffnungsvorganges wesentlich geringeren Druck gegenüber dem Öffnungsdruck im Druckmittelspeicher 2 hat die Feder 10 die Kraft, die Kugel wieder auf den Sitz zu drücken. Die Schließkraft der Feder 10 wird im letzten Teil des Schließvorganges durch die frei werdende Trägheitskraft von Kugel 8, Federteller 9 und Feder 10 unterstützt. Bei entsprechender Wahl des Druckmittelbehälters kann die Kompressibilität des Druck-The pressure in the accumulator 2 relax very rapidly due to the large pressure drop between memory 2 and outlet bore 13 and through the shared large flow area. At the same time, the spring element 3 relaxes and displaces the amount of pressure medium stored by its deflection. During this process, pressure medium also flows through the throttle 4 and the valve to the drain. Against the pressure during the opening process, which is much lower than the opening pressure in the pressure medium reservoir 2 , the spring 10 has the force to push the ball back onto the seat. The closing force of the spring 10 is supported in the last part of the closing process by the released inertia force of the ball 8, spring plate 9 and spring 10 . With the appropriate choice of the pressure medium tank, the compressibility of the pressure

809 730/250809 730/250

Claims (9)

Ftmktion des Federelementes 3 Übermittels die nehmen. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die gewünschte Ventilfunktion durch ein geeignetes Federsystem erreicht wird. Im Ventilkörper 14 bildet die Drossel 15 die Verbindung zwischen dem zu steuernden Druckraum und einem Druckmittelspeicher 16., der von einem Federelement 17 abgeschlossen ist. Die Kugel 18 dichtet an dem Ventilsitz 19 gegen das Druckmittel im Speicher 16 ab. Die \rentilkugel 18 wird von einem Federelement 20 und einem Federelement 21 über eine Federhülse 22 und einen Federteller 23 gegen den Ventilsitz 19 gedrückt. Die Anpreßkraft der Kugel {Pv in Fig. 4) kann mit Hi Ife der Stellschraube 24 verändert werden. Die Stellschraube 24 ist über eine Gewindehülse 25 an dem Federelement 20 befestigt. Die Wirkungsweise des Ventils ist folgende: Unter dem steigenden Druck im Druckmittelspeicher 16 wird das Federelement 17 mit dem daran befestigten Ventilsitz 19 um einen bestimmten Federweg ausgelenkt, wobei einer Auslenkung von z. B. 2 mm ein Druck von 500 atü entspricht. Gleichzeitig erhöhen sich die Federkräfte in den bereits vorgespannten Federelementen 21 und 20 entsprechend den Federkennlinien F20 und F21 der Fig. 4. Die Darstellung der 15 30 35 45 Federkennlinie in Fig. 4 ist so gewählt, daß die Kennlinie des Federelementes 20 auf den Ventilkörper bezogen wird, während sich die Kennlinie des Federelementes 21 auf die jeweilige Lage des Federelementes 20 bezieht. Bei einer bestimmten Durchfederung / des Federelementes 17 erreicht das Federelement 20 den Punkt, von welchem an die Federkraft des Federelementes 20 mit steigender Durchf ederung kleiner ist als die Federkraft des Federelementes 21 bei Rückfederung um den gleichen Federweg des Federelementes 20. Unter der Federkraft des Federelementes 21 {PKipp in Fig. 4) biegt sich das Federelement 20 so weit durch, bis die Federkraft des Federelementes 21 auf die Nennkraft Plienn abgefallen ist, welche dem öffnungswert des Druckes in der Druckmittelkammer 16 entspricht. In diesem Kräftezustand hebt die Ventilkugel 18 von ihrem Sitz ab. Die Federkraft des Federelementes 21 nimmt weiter ab, bis die Durchbiegung des Federelementes 20 durch einen Anschlag beendet wird. Dadurch hebt die Kugel 18 genügend weit vom Sitz 19 ab. Nach der schnellen Entlastung des Druckmittelspeichers 16 federt das Federelement 17 zurück und drückt das durch die Auslenkung des Federelementes 17 gespeicherte Druckmittel gleichzeitig mit der durch die Drosselböhrung 15 strömenden Druckmittelmenge zur Abflußbohrung 26. Entsprechend der Kennlinien in Fig. 4 drücken die Federelemente 20 und 21 die Ventilkugel 18 auf den Sitz gegen den verminderten Druck im Druckmittelspeicher 16 zurück. Die Einstellung auf einen bestimmten Öffnungsdruck erfolgt durch die Wahl einer entsprechenden Vorspannung, die von der Einstellschraube 24 bestimmt wird. Mit steigender Vorspannkraft nimmt der zum öffnen erforderliche Federweg des Federelementes 17 und damit der notwendige Öffnungsdruck im Druckmittelspeicher 16 ab. Ein wesentlicher Vorteil des in Fig. 3 dargestellten Ventils besteht darin, daß die Kugel sogar noch im Öffnungspunkt mit einer um die Differenz zwischen Kippkraft Pftpi, und Nennkraft Pxenn größeren Kraft auf den Sitz gedrückt wird als die Kraft, welche der Druck im Drückmittelspeicher auf die Kugel ausübt. Verzichtet man auf den Effekt einer größeren Anpreßkraft bis zum Öffnungspunkt, so können die beiden Federelemente 20 und 21 durch ein Federelement mit negativer Kennlinie ersetzt werden. Patentansprüche:The function of the spring element 3 transmits the take. In Fig. 3 an embodiment is shown in which the desired valve function is achieved by a suitable spring system. In the valve body 14, the throttle 15 forms the connection between the pressure chamber to be controlled and a pressure medium reservoir 16, which is closed off by a spring element 17. The ball 18 seals against the pressure medium in the reservoir 16 at the valve seat 19. The \ rentilkugel 18 is pressed by a spring element 20 and a spring element 21 via a spring sleeve 22 and a spring plate 23 against the valve seat 19. The contact pressure of the ball (Pv in Fig. 4) can be changed with the help of the adjusting screw 24. The adjusting screw 24 is fastened to the spring element 20 via a threaded sleeve 25. The mode of operation of the valve is as follows: Under the increasing pressure in the pressure medium reservoir 16, the spring element 17 with the valve seat 19 attached to it is deflected by a certain spring travel, with a deflection of, for. B. 2 mm corresponds to a pressure of 500 atmospheres. At the same time, the spring forces in the already pretensioned spring elements 21 and 20 increase in accordance with the spring characteristics F20 and F21 of FIG. 4. The representation of the 15 30 35 45 spring characteristic in FIG while the characteristic curve of the spring element 21 relates to the respective position of the spring element 20. With a certain deflection / of the spring element 17, the spring element 20 reaches the point from which the spring force of the spring element 20 with increasing deflection is smaller than the spring force of the spring element 21 when springing back by the same spring path of the spring element 20 21 (PKipp in FIG. 4) the spring element 20 bends until the spring force of the spring element 21 has dropped to the nominal force Plienn, which corresponds to the opening value of the pressure in the pressure medium chamber 16. In this state of force, the valve ball 18 lifts from its seat. The spring force of the spring element 21 continues to decrease until the deflection of the spring element 20 is terminated by a stop. As a result, the ball 18 lifts sufficiently far from the seat 19. After the pressure medium accumulator 16 has been rapidly relieved of pressure, the spring element 17 springs back and presses the pressure medium stored by the deflection of the spring element 17 at the same time as the amount of pressure medium flowing through the throttle hole 15 to the drain hole 26 Valve ball 18 back onto the seat against the reduced pressure in pressure medium reservoir 16. The setting to a specific opening pressure is made by selecting a corresponding preload, which is determined by the adjusting screw 24. As the pretensioning force increases, the spring travel of the spring element 17 required for opening and thus the necessary opening pressure in the pressure medium accumulator 16 decrease. A major advantage of the valve shown in FIG. 3 is that the ball is pressed onto the seat even at the opening point with a force greater by the difference between the tilting force Pftpi and the nominal force Pxenn than the force exerted by the pressure in the pressure medium accumulator Ball exercises. If the effect of a greater contact pressure up to the opening point is dispensed with, the two spring elements 20 and 21 can be replaced by a spring element with a negative characteristic curve. Patent claims: 1. Überdruckventil mit einer Drossel im Zufluß und einer Kammer zwischen Drossel und Ventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Ventil eine im Augenblick des Öffnens sprunghaft kleiner werdende Schließkraft einwirkt.1. Overpressure valve with a throttle in the inflow and a chamber between throttle and valve seat, characterized in that the valve is suddenly smaller at the moment of opening increasing closing force acts. 2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung des Drosselquerschnitts und des Ventilquerschnitts und des Volumens der Druckkammer und durch die Wahl der Federcharakteristik erreicht wird, daß das Wiederauffüllen der Kammer zwischen Drossel und Ventilsitz auf den Ansprechdruck nach dem Öffnen des Ventils mehr Zeit erfordert als das Schließen des Ventils, damit das Ventil geschlossen ist, bevor der Druck in der Kammer wieder den Ansprechdruck erreicht hat.2. Pressure relief valve according to claim 1, characterized in that by the dimensioning of the Throttle cross-section and the valve cross-section and the volume of the pressure chamber and through the choice of the spring characteristic is achieved that the refilling of the chamber between Throttle and valve seat to the response pressure after opening the valve requires more time than closing the valve so that the valve is closed before the pressure in the chamber has reached the response pressure again. 3. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß stück in Schließlage auf seinem Sitz haftet und die Haftung im Augenblick des Öffnens sprunghaft abnimmt.3. Pressure relief valve according to claim 1 or 2, characterized in that the closure piece in In the closed position adheres to its seat and the adhesion decreases by leaps and bounds at the moment of opening. 4. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Belastungsfedern von negativer Charakteristik vorgesehen sind.4. Pressure relief valve according to claim 1, characterized in that one or more loading springs of negative characteristics are provided are. 5. Überdruckventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Kombination von zwei hintereinandergeschalteten' Federelemeten (20,21 Fig. 3), deren eine Feder (20) eine Kennlinie mit flacher Charakteristik und deren andere Feder (21) die Kennlinie mit negativer Charakteristik aufweist.5. Pressure relief valve according to claim 4, characterized by a combination of two series-connected ' Spring elements (20,21 Fig. 3), one spring (20) of which has a characteristic curve with a flat characteristic and the other spring (21) which Has a characteristic curve with a negative characteristic. 6. Überdruckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (19) axial verschieblich auf einen vom Zufluß druck beaufschlagten Teil (17) gelagert ist und in Schließrichtung durch die zwei Federn (20., 21) belastet ist.6. Pressure relief valve according to claim 5, characterized in that the valve seat (19) is axially displaceable is mounted on a pressure acted upon by the inflow part (17) and in the closing direction is loaded by the two springs (20., 21). 7. Überdruckventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz auf einer Membran (17) gelagert ist.7. Pressure relief valve according to claim 6, characterized in that the valve seat on a Membrane (17) is mounted. 8. Überdruckventil nach Anspruch 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (18) bis zum Öffnungspunkt mit einer von der Wahl der Kennlinie der Federn und der Größe der Vorspannung abhängigen erheblich größeren Kraft auf den Sitz gedrückt wird, als zum Halten des jeweiligen Druckes notwendig ist (Fig. 4).8. Pressure relief valve according to claim 1 and 4 to 7, characterized in that the closure body (18) to the opening point with one of the choice of the characteristics of the springs and the size depending on the preload, considerably greater force is pressed onto the seat than to hold it of the respective pressure is necessary (Fig. 4). 9. Überdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer eine biegsame Wand hat.9. Pressure relief valve according to one of the preceding claims, characterized in that the Pressure chamber has a flexible wall. 60 In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 612136, 757 563, 844, 803 738, 815 800, 857 723; französische Patentschriften Nr. 458 255, 885 279; britische Patentschrift Nr. 588 004; USA.-Patentschriften Nr. 2 575 906, 2 609 835. 60 Considered publications: German Patent Nos. 612136, 757 563, 844, 803 738, 815 800, 857 723; French Patent Nos. 458 255, 885 279; British Patent No. 588,004; U.S. Patent Nos. 2,575,906, 2,609,835. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809 730/250 1.59© 809 730/250 1.59
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