Will D., Gebhardt N. (Hrsg.) Hydraulik: Grundlagen, Komponenten, Schaltungen
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238 8 Ventile
p
2
(0) = 0,
mm
c
sc
s
An
vor
0024,0)0(
,
0)0( s
.
Nach 2 ms wird der Druck p
10
= 200 bar zugeschaltet (das Ventil wurde in
Abb. 8.25 nicht dargestellt), nach 15 ms wird er sprungförmig auf p
10
= 100 bar
reduziert. Der Druck p
3
bleibe die gesamte Zeit null. Abb. 8.28 zeigt die Zeitver-
läufe des Volumenstromes Q
3
und des Weges s für die zwei Leitwerte des Dros-
selventils
bar
inml
Ns
mm
G
Dr
/
38,020000
4
1
und
bar
inml
Ns
mm
G
Dr
/
9,1100000
4
3
.
a
b
Abb. 8.28 Dynamisches Verhalten eines Zwei-Wege-Stromregelventils nach Abb. 8.25.
a Volumenstrom-Verläufe Q
3
b Weg des Ventilschiebers s
Aus den Kurven in Abb. 8.28 a ist erkennbar, dass beim Zuschalten des Ventils
ein Stromimpuls entsteht, der bei einem angeschlossenen Arbeitszylinder zu ei-
nem Anfahrsprung führt. Ursache ist die schnelle Bewegung des Ventilschiebers
aus seiner Nulllage in den Arbeitspunkt der Regelung, was zu dem Verschiebe-
volumenstrom Q
2
führt.
Es sind Vorschläge bekannt geworden, die den Volumenstromsprung unter
-
binden bzw. verringern [8.15 – 8.19]. Das dynamische Verhalten eines Kreislaufes
mit Stromregelventil und Verbraucher wird besonders von der Speicherwirkung
8.2 Stromventile 239
der Leitung zwischen Stromregelventil und Verbraucher beeinflusst [8.22 – 8.26].
Abgesehen vom Anfahrsprung wird ein günstiges Verhalten erreicht, wenn das
Leitungsvolumen zwischen Stromregelventil und Verbraucher möglichst gering
gehalten wird. Häufig wird in der Praxis das Stromregelventil am Verbraucher an-
geflanscht [8.30].
8.2.3 Stromteilventile
Stromteilventile VST teilen einen Volumenstrom z. B. von einer Pumpe in zwei
Ströme in einem vorgegebenen Verhältnis. Dabei wird das Teilverhältnis auch bei
unterschiedlichen Belastungsdrücken durch die Verbraucher aufrechterhalten und
ermöglicht den Synchronlauf von zwei Arbeitszylindern bzw. Hydromotoren.
Das Teilverhältnis ist entsprechend der unterschiedlichen Nenngröße der Ver-
braucher festzulegen bzw. einzustellen. Häufig ist das Teilverhältnis konstant und
1 : 1 bei gleich großen Verbrauchern.
Das Stromteilventil besteht in seiner Grundvariante nach Abb. 8.29 und Abb.
8.30 aus zwei parallel geschalteten Drosselwiderständen und einem doppelt wir-
kenden Regelkolben mit seinen veränderlichen Widerständen 3 und 4. Der Regel-
kolben hält die Druckdifferenz
'
p = p - p
1
= p - p
2
über den Drosselwiderständen
1 und 2 konstant aufrecht. Wird dem Stromteilventil ein Strom Q zugeführt, ergibt
sich bei gleich großen Belastungsdrücken p
3
und p
4
die Mittelstellung des Regel-
kolbens. Steigt die Belastung eines Verbrauchers z. B. durch Erhöhung des Dru-
ckes p
3
, dann fließt zunächst über die Drossel 1 ein verminderter Volumenstrom
Q
1
bei ansteigendem Druck p
1
. Das hat zur Folge, dass der Regelkolben so weit
nach rechts verschoben wird und der Regeldrosselwiderstand 3 sich verringert, bis
der Druck p
1
= p
2
und damit das Teilverhältnis wieder hergestellt ist. In Abb. 8.29
und Abb. 8.30 sind die Regeldrosseln 3 und 4 vergrößert dargestellt.
p
1
1
2
Q
Q
1
Q
2
p
p
2
p
4
3
5
p
4
p
3
Abb. 8.29 Stromteilventil. 1 Regelkolben; 2, 4 Drosselwiderstand; 3, 5 Drosselquerschnitt;
Q Gesamtvolumenstrom (Eingang); Q
1
, Q
2
Ausgangsvolumenströme
240 8 Ventile
Die Volumenstromteilung ist mit Fehlern verbunden. Dabei sind Störkräfte am
Regelkolben, Kompressibilität der Druckflüssigkeit und Elastizitäten von Leitun-
gen und Schläuchen verantwortlich. Deshalb sollte, wie bei den Stromregelventi-
len, das Leitungsvolumen
zwischen Stromteilventil und Verbraucher so gering wie
möglich gewählt werden. Zwischen Stromteilventil und Verbraucher sollte kein
Ventil mit Leckage geschaltet sein [8.28].
b
Q
Q
1
Q
2
p
1
p
2
p
3
p
4
p
a
1
2
3
4
Abb. 8.30 Stromteilventil. a Funktionsprinzip b Symbol
Stromteilventile werden für einen bestimmten Volumenstrom Q ausgewählt
(Dimensionierung der Regeldrosseln). Die Funktion des Stromteilventils ist auch
gewährleistet, wenn der Zulaufstrom sich ändert. Ein zu großer Volumenstrom Q
erhöht die Drosselverluste. Ein zu kleiner Volumenstrom Q vermindert die Teil-
genauigkeit. Häufig werden Stromteilventile mit Rückschlagventilen kombiniert,
die einen ungeregelten Rücklauf des Verbrauchers ermöglichen. Auf Anfahr-
sprünge, wie sie bei Stromregelventilen auftreten, ist zu achten, da beim Start der
Regelkolben eine beliebige Lage einnehmen kann (s. Abb. 8.28 a).
Eine Volumenstromsummation lässt sich mit einer analogen Ventilvariante der
Stromteilung erzielen (s. Abb. 8.31).
b
Q
Q
1
Q
2
p
1
p
3
p
4
a
Abb. 8.31 Stromsummationsventil. a Funktionsprinzip b Symbol
8.3 Sperrventile 241
Ein Gleichlauf für zwei bzw. mehrere Verbraucher lässt sich auch mit zwei
bzw. mehreren Zwei-Wege-Stromregelventilen erzielen, die jeweils in Reihe zum
Verbraucher geschaltet werden. Weitere Volumenstromteilungen können mit ge-
koppelten Rotationsmotoren [8.27] oder mit gesonderten elektro-hydraulischen
Gleichlaufregelungen erreicht werden (s. Kap. 14).
8.3 Sperrventile
Sperrventile haben die Aufgabe, den Durchfluss eines Volumenstromes in einer
oder in beiden Richtungen zu sperren und die Sperrung unter bestimmten Voraus-
setzungen aufzuheben. In Sperrventilen werden vorwiegend Sitzelemente als Ven-
tilelemente verwendet. Die Sperrventile lassen sich einteilen in:
Absperrventile,
Rückschlagventile,
Entsperrbare Rückschlagventile,
Wechselventile für logische Funktionen.
8.3.1 Absperrventile
Absperrventile VA werden für das Sperren und Öffnen einer Leitung verwendet.
Sie gewährleisten beim Öffnen den Durchfluss in beliebiger Richtung. Als Ventil-
elemente werden von Hand, hydraulisch über Kolben oder elektro-mechanisch
über Gewindespindel verstellbare Kegelsitz- oder Plansitzelemente verwendet.
Durch den Gegendruck erzeugte Schließkraft bewirkt eine elastische Verformung
am Sitzelement. Bei ausreichender Schließkraft ist eine leckfreie Dichtheit ge-
währleistet.
Abb. 8.32 Kugelhahn als Absperrventil (Argus)
242 8 Ventile
Häufig werden Kugelelemente mit durchgehender Bohrung verwendet, die in
einer sich selbsttätig nachstellenden Dichtung gelagert sind und bei Drehung um
90° die volle Öffnung freigeben (s. Abb. 8.32).
8.3.2 Rückschlagventile
Rückschlagventile VR gewährleisten den Durchfluss eines Volumenstromes in ei-
ner Richtung. In der anderen Richtung erfolgt die Sperrung durch Kugel- oder
Kegelsitzelement (s. Abb. 8.33). Dabei wird zur Sicherung der Zentrierung das
Ventilelement häufig kolbenschiebergeführt (s. Abb. 8.1 e). Das Ventilelement
wird meistens durch eine Feder auf den Ventilsitz gedrückt. Beim Öffnen des
Ventils sind die Federkraft und der Gegendruck zu überwinden. Es werden Ventile
mit unterschiedlichen Federn ausgerüstet, die je nach Anwendungsfall Öffnungs-
drücke von 0,5 bis 10 bar erfordern. Wird ein Ventil ohne Feder ausgerüstet, so ist
seine einwandfreie Funktion nur bei senkrechtem Einbau zu erzielen. Solche Ven-
tile werden z. B. als Nachsaug- oder Füllventile eingesetzt.
Abb. 8.33 Rückschlagventil. 1 Gehäuse, 2 Feder, 3 Kugelelement,
Abb. 8.34 Gleichrichterschaltung mit vier Rückschlagventilen
1
2
3
8.3 Sperrventile 243
Die Dichtheit eines Rückschlagventils in Sperrstellung wird gewährleistet,
wenn das metallische Ventilsitzelement geometrisch einwandfrei ist und zentrisch
mit ausreichend Kraft auf seinen Sitz gedrückt wird. Die Verwendung von elasti-
schen Dichtungen im Bereich des Ventilsitzes hat sich bisher nicht bewährt.
Rückschlagventile werden vielfältig in Ventilkombinationen und Schaltungen
verwendet, wie z. B. als Drosselrückschlagventil (Parallelschaltung von Drossel
und Rückschlagventil), beim Abschaltventil (Abb. 8.8 d), als Gegendruckventil in
Rücklaufleitungen, in Gleichrichterschaltungen zur Durchströmung eines Ventils
(z. B. eines Stromregelventils) in einer Richtung (Abb. 8.34).
Eine häufig eingesetzte Bauart stellen die in Abb. 8.35 dargestellten Rohr-
bruchsicherungsventile dar. Mit ihrer Hilfe wird eine nicht kontrollierbare, be-
schleunigte Bewegung eines unter Last befindlichen hydraulischen Zylinders oder
Motors verhindert. Das Schließelement 2 wird durch die Federkraft nach oben ge-
drückt und das Ventil ist in der eingezeichneten Strömungsrichtung des Fluides
geöffnet. Durch die Strömungskräfte wirkt eine Kraft der Federkraft entgegen, die
das Ventil bei plötzlichem Druckabfall nach der Rohrbruchsicherung schließt.
Abb. 8.35 Rohrbruchsicherungsventil. 1 Ventilsitz, 2 Schließelement, 3 Feder
8.3.3 Entsperrbare Rückschlagventile
Rückschlagventile, deren Sperrwirkung durch Steuerdruck aufgehoben werden
kann, bezeichnet man als entsperrbare Rückschlagventile VRe (Abb. 8.27). Dabei
wird durch einen gesonderten Steuerdruck ein Kolben beaufschlagt, der den Ven-
tilkegel oder die Ventilkugel vom Sitz abhebt und damit den Durchfluss in der
vorher gesperrten Richtung freigibt. Der Steuerdruck ist niedriger als der sperren-
de Lastdruck und wird durch das Flächenverhältnis Rückschlagventilsitzfläche zu
Steuerkolbenfläche bestimmt und liegt etwa bei 1:3 bis 1:20. Es ist zwischen Ven-
244 8 Ventile
tilen mit oder ohne Voröffnung zu unterscheiden. Bei der Voröffnung wird beim
Öffnen des Ventils durch den Steuerkolben zuerst ein kleines Rückschlagventil,
das sich im eigentlichen Ventil befindet, geöffnet, um dann das Hauptventil zu
öffnen. Diese Ventilvariante wird insbesondere bei großen Nennweiten verwendet,
wodurch ein sanfteres Öffnen bei Vermeidung von Entlastungsschlägen und mit
geringerem Öffnungsdruck erfolgen kann. Bei den entsperrbaren Rückschlag-
ventilen ist zwischen druckentlasteten und nicht druckentlasteten Ventilen zu
unterscheiden. Bei der druckentlasteten Variante ist eine gesonderte Leckleitung
vom Kolbenraum hinter dem Steuerkolben angebracht. Dagegen erfolgt bei der
nicht druckentlasteten Variante die Abführung der entstehenden Leckage über
eine interne Bohrung zum Anschluss A des Ventils. Während die druckentlastete
Variante den momentan am Anschluss A herrschenden Druck zum Öffnen mit
nutzen kann, ist bei der nicht druckentlasteten Ventilvariante ein erhöhter
Öffnungsdruck erforderlich.
Abb. 8.36 Entsperrbares Rückschlagventil. 1 Aufstoßkolben, 2 Rückschlagventil,
x Anschluss für Steuerdruck
Entsperrbare Rückschlagventile werden vorwiegend zum Halten von belasteten
Arbeitszylindern eingesetzt. Dabei wird ein Absinken der Last auch nach längerer
Haltezeit verhindert. Die entsperrbaren Rückschlagventile werden deshalb auch
als Halteventile bezeichnet. Eine typische Anwendungsschaltung mit einem ent-
sperrbaren Rückschlagventil zeigt Abb. 8.37.
1
2
8.3 Sperrventile 245
A
B
P
T
X
Abb. 8.37 Anwendung des entsperrbaren Rückschlagventils als Halteventil
Dabei wird zum Absenken der Last nach Betätigung des Wegeventils VW die
Steuerleitung X zum Entsperren des Ventils beaufschlagt und gibt den Weg vom
Verbraucher zum Behälter T frei. Hierbei kann es zu ruckartigen Bewegungen des
Arbeitszylinderkolbens kommen, weil nach Öffnen des Sperrventils der Druck in
der Zuleitung und damit in der Steuerleitung X zusammenbricht. Danach schließt
das Sperrventil und der Vorgang wiederholt sich. Ist kontinuierliches Absenken
erforderlich, werden Senkbremsventile verwendet. Diese Ventile sind im Prinzip
entsperrbare Rückschlagventile mit entsprechenden Drossel- und Dämpfungsein-
richtungen und regeln die Absenkgeschwindigkeit entsprechend des auf der Ge-
genseite des Verbrauchers zugeführten Volumenstromes. Zu beachten ist, dass bei
Hydromotoren durch die funktionsbedingte Leckage ein Halten der Last im Still-
stand nicht möglich ist. In einem solchen Anwendungsfall ist eine zusätzliche Hal-
tebremse einzusetzen, die beim Anfahren des Hydromotors hydraulisch gelüftet
wird.
Entsperrbare Rückschlagventile sind möglichst nahe am Verbraucher anzuord-
nen oder direkt am Verbraucher anzuflanschen, um die Speicherwirkung der Lei-
tung auszuschalten. Zwischen Verbraucher und entsperrbarem Rückschlagventil
ist keine Schlauchleitung zu verwenden. Damit wird eine Schlauchbruchsicherung
erreicht. Wenn Schlauchleitungen erforderlich sind, sind sie zwischen Sperrventil
und Wegeventil zu installieren.
Wird ein Verbraucher in wechselnder Richtung belastet, müssen zwei entsperr-
bare Rückschlagventile eingesetzt werden, oder es wird ein entsperrbares Doppel-
rückschlagventil mit einem gemeinsamen Steuerkolben nach Abb. 8.29 verwen-
det. Das Prinzip des entsperrbaren Rückschlagventils wird in Wege-Sitzventilen
angewendet und es ermöglicht leckagefreies Abdichten zwischen den verschiede-
nen Leitungen.
246 8 Ventile
Abb. 8.38 Wechselseitig entsperrbares Rückschlagventil (Bosch Rexroth). 1 und 2 Rück-
schlagventile, 3 Steuerkolben zum wechselseitigen Öffnen der Rückschlagventile
8.3.4 Wechselventile
Wechselventile sind Doppelrückschlagventile für logische Funktionen. Dabei
werden in der Hydraulik insbesondere die ODER-Funktion und die UND-Funk-
tion verwendet. Diese Ventile arbeiten ohne Federn und fast ausschließlich in zwei
Schaltstellungen, den Endstellungen.
Das ODER-Ventil (Abb. 8.39 a) besteht aus einem Gehäuse mit drei Anschlüs-
sen. Zwei Anschlüsse sind für die Eingangsgrößen x
1
und x
2
und ein Anschluss für
die Ausgangsgröße y vorgesehen. Im Gehäuse befindet sich eine Kugel oder ein
Doppelkegel, die bzw. der in den Endlagen den Ausgang verschließt. Das Aus-
gangssignal y hat dann einen Wert, wenn am Eingang 1 ODER am Eingang 2 ein
Signal anliegt. Werden beide Eingänge beaufschlagt, hat das Ausgangssignal den
Wert des größeren Eingangswertes.
x
2
x
2
x
1
y
x
1
y
x
1
x
2
y x
1
x
2
y
a
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
b
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
Abb. 8.39 Wechselventile mit Schaltbelegungstabelle. a ODER-Ventil b UND-Ventil
8.4 Wegeventile 247
ODER-Ventile werden z. B. in Load-Sensing-Systemen verwendet, wenn mehr
als ein Verbraucher von einer Pumpe versorgt wird. Dabei erfolgt die Signali-
sierung des jeweils höchsten Belastungsdruckes an die Regeleinrichtung der Pum-
pe.
Das UND-Ventil hat ebenfalls am Gehäuse drei Anschlüsse. Zwei Kugeln oder
zwei Kegel sind mechanisch starr verbunden und verschließen in ihren Endlagen
jeweils auf einem Sitz den Ausgang (Abb. 8.39 b). Das UND-Ventil wird dann
verwendet, wenn ein Ausgangssignal nur dann entstehen soll, wenn die beiden
Eingangsgrößen x
1
und x
2
gleichzeitig anliegen. Das Ausgangssignal y hat dann
den Wert des kleineren Eingangssignals. Eine Anwendung des UND-Ventils ist
dann sinnvoll, wenn z. B. in einem Hydraulikantrieb die Hauptpumpe erst dann
eingeschaltet werden darf, wenn die zwei getrennt wirkenden dazugehörigen Steu-
erkreisläufe eingeschaltet sind und in beiden Steuerkreisläufen Druck aufgebaut
worden ist.
8.4 Wegeventile
Um mit einem Arbeitszylinder oder Hydromotor die Hauptbewegungen auszufüh-
ren, wie z. B. Start, Stopp, Vorwärts und Rückwärts, sind bestimmte Leitungs-
wege für den Volumenstrom zu schalten. Für die verschiedenen Kombinationen
von Verbindungen und Sperrungen der entsprechenden Leitungen werden Wege-
ventile VW eingesetzt. Wegeventile lassen sich einteilen:
nach der Bauart in Schieber- und Sitzventile,
nach der Arbeitsweise in schaltende und stetig stellbare Ventile,
nach der Anzahl der Anschlüsse und der Schaltstellungen,
nach der Art und dem Aufbau der Steuer- und Stelleinrichtungen.
Bauarten. Schieberventile unterscheiden sich gegenüber Sitzventilen in der kon-
struktiven Ausführung (vgl. Abb. 8.1) und in der Dichtheit. Während Schieber-
ventile durch das konstruktiv bedingte Spiel zwischen Kolben und Gehäuse
Leckage zwischen den Ventilkanälen mit unterschiedlichen Drücken innerhalb des
Ventils und nach außen zulassen, ist mit Sitzventilen bei genügend hoher Sperr-
kraft Dichtheit zu erreichen.
Von den Schieberventilen werden vorwiegend Kolbenlängsschieberventile ein-
gesetzt, während Drehkolbenschieber nur bei Sonderfällen, aber auch bei mehr als
drei Schaltstellungen Verwendung finden. Bei den Sitzventilen sind sowohl Ku-
gel- oder Kegelsitzelemente (Abb. 8.1 a bis d) mit Aufstoßkolben nach dem Prin-
zip des entsperrbaren Rückschlagventils als auch schiebergeführte Kegelsitz-
elemente (Abb. 8.1 e) als gesteuerte Einzelwiderstände in der Anwendung. Sitz-
ventile haben den Vorteil, von ihrer Sperrstellung aus bei kleinstem Verstellhub
bereits einen nennenswerten Durchflussquerschnitt freizugeben. Schieberventile
benötigen dagegen wegen ihrer notwendigen positiven Überdeckung in Sperrstel-
lung einen relativ großen Hub, um einen vergleichbaren Durchflussquerschnitt zu