DE4327825C2 - Drosselrückschlagelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselrückschlagelement zur Begrenzung des Durchflusses eines in einer Druckleitung geführten Fluids gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Im Sinne einer einfachen Regelung der Geschwindigkeit eines in einer Druckleitung fließenden Fluids werden Drosselstellen eingebaut, wobei man diese grundsätzlich unterscheidet in nichtverstellbare und verstellbare Drosseln. Nichtverstellbar bedeutet, daß die gewünschte Geschwindigkeitsreduzierung durch die Art und den Querschnitt der Verengung einmal vorgegeben ist und die Durchflußmenge dann nur noch viskositäts- d. h. in erster Linie temperaturabhängig ist. Bei einer verstellbaren Drossel kann der Querschnitt der Verengung in Stufen oder kontinuierlich von außen verändert werden. Die Betätigung kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch erfolgen. Falls die Drosselung nur in einer Fließrichtung erfolgen soll und bei Umkehrung der Fließrichtung ein freier Durchlaß gefordert wird, wählt man für die Mengenregelung ein sogenanntes Drosselrückschlagelement.

Um die gewünschte Drosselung zu erreichen, werden in einfacher Weise in dem eigentlichen Drosselkörper mindestens eine oder mehrere kleine Bohrungen angebracht, um das über einen wesentlich größeren Querschnitt zugeführte Fluid durch diese Verengung zu pressen. Diese Ausführungsform hat den Nachteil, daß in den engen Bohrungen sich sehr leicht Schmutzteilchen festsetzen können, so daß der Durchfluß unter Umständen völlig unterbunden wird. Dies ist für kritische Anwendungsfälle beispielsweise im Flugzeugbau zur Betätigung funktionswichtiger Elemente nicht akzeptabel. Aus diesem Grunde wird für solche Fälle an diesen Stellen die Anordnung eines Siebes vorgeschrieben, um die Schmutzteilchen abzufangen. Da die Bauteile meistens sehr klein sind, ist die Anordnung eines Siebes konstruktiv oft schwierig, zumal das Sieb in vielen Fällen austauschbar angeordnet werden muß, weil es sich ansonsten zusetzen könnte.

In der US-PS 3,595,265 ist ein selbstreinigendes Prüfventil offenbart, das in "Offen"-Stellung für einen freien Durchfluß und in der "Geschlossen"-Stellung für einen verminderten Durchfluß des Fluids sorgt. Zur Drosselung des Durchflusses ist auf einer Stirnseite des Ventilkörpers ein durchgehender Schlitz angeordnet, der mit zwei im Mantelbereich des Ventilkörpers angeordneten Überströmkanälen in Verbindung steht. Der Dichtsitz wird gebildet durch die Stirnfläche des Ventilkörpers mit der innenliegenden Stirnfläche der Bohrung des Gehäuses, in dem der Ventilkörper axial verschiebbar angeordnet ist. Die notwendige Anpreßkraft wird durch eine in der Bohrung des Gehäuses angeordnete Feder erzeugt, die sich einerseits auf den Ventilkörper und andererseits auf einen in der Bohrung angeordneten Stopfen abstützt. Das Gehäuse des Ventils ist mit zwei Arbeitsanschlüssen versehen, wobei der eine achsgleich mit der Bohrung des Gehäuses liegt und der andere senkrecht dazu in der Bohrung mündet. Für den Fall, daß sich der schmale Drosselschlitz mit Partikeln zugesetzt hat, kann in der "Offen"-Stellung des Ventils der Schlitz freigespült werden. Dazu muß aber der Druck in dem achsgleich mit der Bohrung liegenden Arbeitsanschluß so hoch sein, daß die entgegenstehende Federkraft überwunden wird. Dabei ist auch noch der im anderen Arbeitsanschluß herrschende Gegendruck zu berücksichtigen. Bei diesem Ventil ist von Nachteil, daß es wegen der senkrecht zueinander liegenden Arbeitsanschlüsse nicht ohne weiteres in eine Fluidleitung einbaubar ist. Von weiterem Nachteil ist die aufwendige Herstellung des Ventilgehäuses mit der langen genau fluchtenden Paßbohrung und der abdichtenden innenliegenden Stirnfläche. Verteuert wird die Konstruktion auch durch die Anordnung eines hochdruckdichten Stopfens zur Abstützung der Feder.

Aus der DE-GM 70 16 093 ist ein gattungsgleiches Drosselrückschlagelement bekannt, das aus einem druckfesten Gehäuse mit zwei achsgleich liegenden Arbeitsanschlüssen besteht. In einer Bohrung des Gehäuses ist ein axial frei verschiebbarer Ventilkörper in Form eines Kegelstumpfes angeordnet, der auf einer Stirnseite mit einem, einen Überströmkanal bildenden Schlitz versehen ist. Der Dichtsitz wird gebildet durch die Kegelfläche des Ventilkörpers im Zusammenwirken mit einer entsprechenden Fläche des Gehäuses. Zur Drosselung des Gasstromes ist auf der kleinen Stirnfläche des Ventilkörpers eine Bohrung mit einem Durchmesser zwischen 0,07-0,1 mm angeordnet.

In der "Geschlossen"-Stellung ist der durchgehende Schlitz durch die Kegelfläche des Gehäuses abgedeckt und der Gasstrom kann nur durch die kleine Bohrung des Ventilkörpers fließen. In der "Offen"-Stellung bildet der durchgehende Schlitz sowie der zwischen Kegelmantel des Ventilkörpers und Bohrung des Gehäuses sich bildende Ringraum Überstromkanäle, die für einen freien Durchfluß des Gases sorgen.

Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die nur endseitige Führung des Ventilkörpers, die ein Verkanten nicht ausschließt. Die Herstellung der großen aufeinanderpassenden Dichtflächen ist aufwendig und ein Freispülen der möglicherweise sich zusetzenden Bohrung ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein nicht verstellbares Drosselrückschlagelement anzugeben, das selbstreinigend ist und bei geringem Gewicht einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und insbesondere für die Flugzeughydraulik geeignet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Der Ventilkörper ist erfindungsgemäß als ein im wesentlichen zylindrischer Kolben ausgebildet, der in einem Bohrungsabschnitt des Gehäuses geführt wird, wobei die Länge dieses Bohrungsabschnittes mindestens die halbe Kolbenlänge beträgt. Damit ist eine sichere Führung gewährleistet, die ein Verkanten ausschließt. Diese genaue Führung ist auch erforderlich, da der Dichtsitzbereich sehr klein gehalten wird. Er wird gebildet aus der ringförmigen Stirnfläche eines als Normverschraubung ausgebildeten Anschlußnippels, das abdichtend in einem der Arbeitsanschlüsse angeordnet ist und mit der ihm zugewandten Stirnfläche des Kolbens zusammenwirkt. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß der Aufwand für die Herstellung des Dichtsitzes gering ist, da beide Dichtsitzflächen vor der Montage gut zugänglich sind und entsprechend bearbeitet werden können. Für eine in einer Bohrung liegende Dichtsitzfläche ist der Fertigungsaufwand erheblich höher.

Der durchgehende Schlitz kann in einfacher Weise freigespült werden, da hierfür nur eine kurze Umsteuerung des Durchflusses des Fluids erforderlich ist. Der Kolben ist frei beweglich und bei Druckausgleich in beiden Arbeitsanschlüssen kräftefrei. Eine "Offen"-Stellung des Ventils ist für das Freispülen nicht erforderlich, da ein kurzes Abheben der den Schlitz aufweisenden Stirnfläche vom Dichtsitz ausreichend ist. Dieses kurzfristige Freispülen ist für die Flugzeughydraulik von großer Bedeutung, beispielsweise für das Betätigen der Fahrwerksklappen. Hier ist es ganz wesentlich, daß der die Fahrwerksklappen betätigende Arbeitszylinder in die erforderliche Endstellung gefahren werden kann und nicht wegen mangelnder Hydraulikzufuhr in halber Stellung stehen bleibt. Das würde beispielsweise dann passieren, wenn beim Ausfahren des Arbeitszylinders ein Schmutzteilchen sich im Schlitz festsetzt und die weitere Hydraulikzufuhr soweit drosselt, daß der Druck für das weitere Verschieben des Kolbens des Arbeitszylinders nicht ausreichen würde.

Damit das Fluid in der "Offen-Stellung des Ventils ungehindert den Kolben passieren kann, weist es entsprechende Überströmkanäle auf. Das können zum einen senkrecht zueinander stehende Bohrungen sein oder gerade abgefräste Flächen im Führungsbereich des Kolbens, wobei sichergestellt ist, daß unabhängig von der axialen Lage des Kolbens diese Überströmkanäle immer in Verbindung stehen mit der zylindrischen Ausnehmung in der Gehäusebohrung.

Das vorgeschlagene Drosselrückschlagelement kann man in einfacher Weise auch zu einem echten Rückschlagventil umfunktionieren, indem man den auf der Stirnfläche angebrachten Schlitz wegläßt. Damit der Kolben dann wirklich dichtet, ist eine entsprechende Bearbeitung sowohl der anschlagenden Stirnfläche des Kolbens als auch der ringförmigen Stirnfläche des Anschlußnippels erforderlich.

Um das Element als Drosselelement für beide Durchflußrichtungen verwenden zu können, wird auf der dem Anschlußnippel abgewandten Stirnfläche des Kolbens ebenfalls ein durchgehender Schlitz angebracht. Dies geht aber nur in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Überstromkanal in Form einer abgefrästen geraden Fläche. Außerdem ist es erforderlich, daß die Tiefe der angefrästen Fläche so gewählt wird, daß die Kante der Fläche außerhalb der Bohrungsfläche des Arbeitsanschlusses liegt. Die Querschnitte der an beiden Stirnflächen angebrachten Schlitze kann man so wählen, daß in beiden Richtungen der Drosseleffekt gleich groß oder unterschiedlich ist.

Je nach Anforderung kann der Kolben aus einem metallischen Werkstoff oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt sein, wobei im letzteren Fall das Gewicht des Elementes entsprechend reduziert wird.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Drosselrückschlagelementes ist darin zu sehen, daß unter Beibehaltung des Selbstreinigungseffektes das Element gewichtsmäßig leichter wird, und nur aus wenigen Bauteilen besteht. Außerdem ist die Herstellung kostengünstiger, da außer dem Kolben standardmäßige Teile verwendet werden können. Bei entsprechender Auslegung des einen Arbeitsanschlusses bzw. des Anschlußnippels ist ein solches Element ohne Adapterstück in jede Druckleitung einbaubar.

In der Zeichnung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele das erfindungsgemäße Drosselrückschlagelement näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselrückschlagelementes,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht des Kolbens in Richtung x,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht des Kolbens in Richtung y.

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform des Drosselrückschlagelementes 1 dargestellt, wobei Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht des Kolbens 7 in Richtung x zeigt. Es besteht aus einem druckfesten Gehäuse 2, das eine Bohrung mit zwei unterschiedlichen Längsabschnitten 3, 4 sowie zwei achsgleich entgegenliegende Arbeitsanschlüsse 5, 6 aufweist. In der Bohrung des Gehäuses 2 ist ein Kolben 7 angeordnet, der im ersten Längsabschnitt 3 des Gehäuses 2 geführt ist. Der Kolben 7 ist in der Bohrung axial frei verschiebbar, hier angedeutet durch einen Pfeil 8. Der zweite Längsabschnitt 4 der Bohrung des Gehäuses 2 weist eine zylindrische Ausnehmung 9 auf, so daß zwischen der Mantelfläche des Kolbens 7 und der Innenfläche der Ausnehmung 9 ein ringförmiger Kanal gebildet wird. In den auf der rechten Seite des Gehäuses 2 liegenden Arbeitsanschluß 6 ist ein genormter Anschlußnippel 10 eingeschraubt. Da das Einschraubgewinde keine sichere Abdichtung gewährleistet, wird im Bereich der Anschlagfläche des Nippels 10 eine Dichtung 11 angeordnet. Die beiden Anlagen für die jeweilige Endlage des Kolbens 7 werden einmal gebildet durch die innenliegende ringförmige Stirnfläche 12 des Nippels 10 und zum anderen durch die innenliegende Stirnfläche 13 des Gehäuses 2, in die der zweite Arbeitsanschluß 5 mündet. Damit es zu keiner Kantenpressung an der letztgenannten Anschlagfläche kommt, weist diese Stirnfläche 13 eine leichte Hinterdrehung 14 auf.

Die Arbeitsweise dieses Elementes 1 kann wie folgt beschrieben werden. Der axial frei verschiebbare Kolben 7 wird in Bewegung 8 gesetzt, wenn zwischen den Arbeitsanschlüssen 5 und 6 ein Differenzdruck herrscht. Unter der Annahme, daß der Druck im links liegenden Arbeitsanschluß 5 größer ist, wird der Kolben 7 nach rechts bis zur ringförmigen Anschlagfläche 12 des Nippels 10 geschoben. Durch die Führung des Kolbens 7 im ersten Längsabschnitt 3 der Bohrung des Gehäuses 2 wird, von einer gewissen Leckagerate einmal abgesehen, das Fluid gezwungen, durch die Sackbohrung 15 des Kolbens 7 zu strömen. Diese Sackbohrung 15 mündet in einer Querbohrung 16, so daß das Fluid nach beiden Seiten in den Ringraum 9 strömen kann. Ein direktes Weiterströmen wird verhindert durch den an der Stirnfläche 12 des Nippels anliegenden Kolben 7 infolge des auf die linke Stirnfläche 26 des Kolbens wirkenden Differenzdruckes. Das Fluid hat nur die Möglichkeit, durch den auf der Stirnfläche 17 des Kolbens 7 angebrachten Schlitz 18 zu strömen, wobei durch den kleinen Querschnitt des Schlitzes 18 im Vergleich zu den im Kolbenkörper angebrachten Kanälen 15, 16 die gewünschte Drosselwirkung erzielt wird. Von da an kann das Fluid ungehindert durch die Bohrung 19 des Nippels 10 weiterströmen. Bei Umkehrung des Differenzdruckes wird der Kolben 7 nach links geschoben, bis er an der ringförmigen Stirnfläche 13 des Gehäuses 2 zur Anlage kommt. Die Bewegung des Kolbens 7 erfolgt durch die Einwirkung des Differenzdruckes auf die Stirnfläche 17 des Kolbens 7. Durch das Wegschieben des Kolbens 7 entsteht zwischen der Stirnfläche 17 des Kolbens 7 und der Anschlagfläche 12 des Nippels 10 ein großer freier Raum, durch den das Fluid ungehindert fließen kann. Der weitere Abfluß erfolgt über den Ringraum 9 sowie die Kanäle 15, 16 des Kolbens 7.

Es ist leicht erkennbar, daß man diese Ausführungsform in einfacher Weise in ein echtes Rückschlagventil umfunktionieren kann, indem man den Schlitz 18 der Stirnfläche 17 des Kolbens 7 wegläßt. Bei entsprechend sorgfältig bearbeiteter Oberfläche der beiden anschlagenden Stirnflächen 12, 17 kann dann für diese Durchflußrichtung, d. h. von links nach rechts eine völlige Durchgangssperre erreicht werden.

In Fig. 3 ist ebenfalls in einem Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselrückschlagelementes 1 dargestellt, wobei Fig. 4 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht des Kolbens 20 in Richtung y zeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden. Der grundsätzliche Aufbau ist ähnlich dem der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, nur der Kolben 20 ist anders gestaltet. Statt der Kanäle 15, 16 (Fig. 1) sind für das Überströmen im Führungsbereich des Kolbens 20 zwei gerade Flächen 21 angefräst. Die axiale Länge dieser angefrästen Flächen 21 muß mindestens der Länge des ersten Längsabschnittes 3 des Gehäuses 2 entsprechen, damit das Fluid in den Ringraum 9 fließen kann. Für einen freien Durchfluß in umgekehrter Richtung, d. h. vom Arbeitsanschluß 6 zum Arbeitsanschluß 5 ist es erforderlich, die angefrästen Flächen 21 bis in den Endbereich des Kolbens 7 zu verlängern. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Einnehmen der linken Endlage des Kolbens 7 ein Teil der angefrästen Flächen 21 in den Ringraum 9 hineinragt. Alternativ ist es auch möglich, wie hier in Fig. 3 dargestellt, im Anschluß an die angefrästen Flächen 21 einen Bereich 22 mit einem geringeren Durchmesser anzudrehen. Auch dadurch wird sichergestellt, daß ein freier Durchfluß für das Fluid vom Arbeitsanschluß 6 zum Arbeitsanschluß 5 gewährleistet ist. Um das Element als Drosselelement für beide Durchflußrichtungen verwenden zu können, ist wie in Fig. 3 und 4 dargestellt auf der linken Stirnfläche 24 des Kolbens 20 ebenfalls ein durchgehender Schlitz 25 angebracht. Damit die Drosselung über dem Schlitz 25 wirksam wird, ist es erforderlich, daß die Kante der angefrästen Flächen 21 außerhalb der Bohrungsfläche 23 des Arbeitsanschlusses 5 liegt. Anderenfalls könnte das Fluid ungehindert abströmen und wäre nicht gezwungen, durch den Schlitz 25 zu fließen. Je nach Wahl des Querschnittes der beiden Schlitze 18, 25 kann man die Drosselwirkung in beiden Durchflußrichtungen gleich oder unterschiedlich machen. Für den Fall, daß dieses Element die gleiche Funktion erfüllen soll, wie die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform, wird in einfacher Weise der Schlitz 25 entsprechend größer gemacht. Auf eine Beschreibung der Arbeitsweise dieses zweiten Ausführungsbeispieles kann verzichtet werden, da sie prinzipiell mit der zuvor erläuterten Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform übereinstimmt. Auch dieses in Fig. 3 dargestellte Element kann man in einfacher Weise als echtes Rückschlagventil verwenden, indem man den Schlitz 18 auf der rechten Stirnfläche 17 des Kolbens 7 wegläßt oder alternativ den Schlitz 25 auf der linken Stirnfläche 24 des Kolbens 7.

Mit der Erfindung ist ein Drosselrückschlagelement angegeben, das relativ einfach herstellbar ist, eine hohe Funktionssicherheit auch dadurch aufweist, daß eine einfache Selbstreinigung möglich ist und das durch geringfügige konstruktive Abänderungen für unterschiedliche Einsatzbedingungen variierbar ist.

Claims (4)

1. Drosselrückschlagelement zur Begrenzung des Durchflusses in der einen Strömungs­ richtung eines in einer Druckleitung geführten Fluids und zum freien Durchfluß bei Strömungsumkehr, das
ein druckfestes Gehäuse (2) mit zwei achsgleichen Arbeitsanschlüssen (5, 6) und
ein im Gehäuse geführtes axial frei verschiebbares, kolbenartiges Verschlußstück mit einer Drosselöffnung sowie
einen Überströmabschnitt zwischen Verschlußstück und Gehäuse aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verschlußstück als im wesentlichen zylindrischer Kolben (7, 20) ausgebildet ist, der im Gehäuse (2) in einem Bohrungsabschnitt (3) desselben geführt ist, dessen Länge min­ destens 50% der Kolbenlänge beträgt und
ein daran anschließender Bohrungsabschnitt (4) des Gehäuses (2) zu einer den Über­ strömabschnitt bildenden zylindrischen Ausnehmung (9) erweitert ist, die einerseits mit Überströmkanälen (16, 21, 22) des Kolbens (7, 20) in Verbindung steht und anderer­ seits mit einem Absatz in den einen etwas kleineren Innendurchmesser als der erste Arbeitsanschluß aufweisenden zweiten Arbeitsanschluß (6) übergeht, in dem abgedich­ tet ein als Normverschraubung (10) ausgebildeter Anschlußnippel angeordnet ist, dessen im Gehäuse (2) liegende ringförmige, in den Bereich der Überströmausnehmung (9) hineinragende Stirnseite (12) zusammen mit der ihr zugewandten Stirnfläche (17) des Kolbens (7, 20) einen Dichtsitz bildet, und
in der der Normverschraubung (10) zugewandten Stirnfläche (17) des Kolbens (7, 20) die als durchgehender Schlitz (18) ausgebildete Drosselöffnung angeordnet ist, die unabhängig von der axialen Lage des Kolbens (7, 20) ständig in Verbindung mit der Überströmausnehmung (9) des zweiten Bohrungsabschnittes (4) steht.

2. Drosselrückschlagelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (7) eine von der linken Stirnfläche (26) ausgehende Sackbohrung (15) aufweist, die in eine durch den Kolben (7) sich erstreckenden Querbohrung (16) mündet und die Querbohrung (16) unabhängig von der axialen Lage des Kolbens (7) mit der Überströmausnehmung (9) des zweiten Bohrungsabschnittes (4) in Verbindung steht (Fig. 1, 2).

3. Drosselrückschlagelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) in bekannter Weise im Führungsbereich mindestens einen von der Kreisform abweichenden, z. B. einen geraden Abschnitt (21) aufweist, dessen axiale Länge mindestens der Länge des ersten Bohrungsabschnittes (3) des Gehäuses (2) ent­ spricht und an den sich in bekannter Weise ein Kolbenabschnitt (22) mit einem geringeren Durchmesser anschließt, der unabhängig von der axialen Lage des Kolbens (20) mit der Überströmausnehmung (9) des zweiten Bohrungsabschnittes (4) in Verbindung steht (Fig. 3, 4).

4. Drosselrückschlagelement nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) an seiner der Normverschraubung (10) abgewandten Stirnfläche (24) einen durchgehenden Schlitz (25) aufweist und in der Draufsicht die Kante des Über­ strömbereiches (21) des Kolbens (20) außerhalb der Bohrungsfläche (23) des Arbeitsan­ schlusses (5) liegt (Fig. 4).