CH660411A5

CH660411A5 - Magnetbetaetigtes mehrwegesteuerventil.

Info

Publication number: CH660411A5
Application number: CH380983A
Authority: CH
Inventors: Willy Herold
Original assignee: Werner & Pfleiderer
Priority date: 1982-09-18
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1987-04-15
Also published as: DE3234705A1; DE3234705C2

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil für HFA-Flüssigkeiten, insbesondere Klarwasser, entsprechend der im Oberbegriff des Patentanspruches vorausgesetzten Art.

Derartige Mehrwegesteuerventile haben gegenüber Steuerschiebern, bei denen die Verbindung der Ventilanschlüsse für die zu führende Druckflüssigkeit mittels Steuerkolben erfolgt, den Vorteil eines wesentlich geringeren Steuerhubes. Mit der hierdurch erzielbaren höheren Vorschubkraft sind grosse, bei hohen Betriebsdrücken auftretende Ventilkräfte beherrschbar. Ausserdem stehen den durch den Schaltmagneten und die Druckfeder vermittelten Kräften im Vergleich zur Vorschubkraft von Magnet und Druckfeder prozentual geringere Reibkräfte entgegen.

Von besonderer Bedeutung ist, dass der beaufschlagbare Schliesskörper des Mehrwegesteuerventils nach jedem Schaltvorgang sicher in seiner Ruhestellung verharrt.

Aus der DE-OS 2 326 085 ist ein Mehrwegesteuerventil der in Betracht gezogenen Art bekannt, das eine Kompensation einwirkender hydraulischer Schliesskräfte einseitig über eine Umgehungsleitung im Gehäuse vorsieht. Das bekannte Mehrwegesteuerventil ist daher in seiner Grundkonzeption auf eine Funktion begrenzt, indem die Ventilanschlüsse von s Anbeginn festliegen und nicht tauschbar sind. Je nach Verwendungszweck ist es erforderlich mehrere in ihrer Bauart unterschiedliche Mehrwegesteuerventile zu fertigen und auf Lager zu nehmen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe io zugrunde, ein magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil mit gleichbleibend wirksamen und kontrollierbarem Kräfteausgleich zu schaffen, das unabhängig seiner Anschlussart in unterschiedlicher Funktion einsetzbar ist.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung gemäss den Merk-15 malen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.

Die formfeste Verbindung des Schliesskörpers mit dem Ventilstössel ermöglicht einen in jeder Bewegungsrichtung des Schliesskörpers wirksamen Ausgleich der Beaufschla-20 gungskräfte und damit eine austriebsfreie Schliessfunktion des Ventils. Da die beaufschlagbaren Flächen des Schliesskörpers und des Ventilstössels jeweils räumlich einander zugeordnet sind und sich entsprechen wirken diese Beaufschlagungskräfte in gleicher Grössenordnung einander ent-2s gegengerichtet und unmittelbar im hydraulischen Druckeinwirkungsbereich, mit der Möglichkeit variabler Anschlüsse.

Dadurch ist das Mehrwegesteuerventil universell, d.h. in unterschiedlicher Funktion einsetzbar, ohne dass es einer Änderung des Aufbaues der Ventilteile oder des Ventilge-30 häuses bedarf.

Ventilstössel und Schliesskörper bilden eine Einheit und können bei geringstem Fertigungsaufwand in engsten Toleranzbereichen aus einem Stück hergestellt werden, so dass masslich bedingte Flächenabweichungen und hieraus resul-35 tierende Kräftedifferenzen sich nicht auswirken.

Die austriebsfreie Funktionstüchtigkeit des Mehrwegesteuerventils ist auf einfache Weise durch fühlbare bzw. optische Kontrolle des Ventilstössels überprüfbar.

Eine nach den Merkmalen des Anspruches 2 gekennzeich-40 nete Ausführung ermöglicht in einfacher Weise die massgenaue Zuordnung und formfeste Verbindung gleicher Ventil-stösselteile in engsten Toleranzbereichen, so dass eine Austriebsfreiheit auch bei höchsten Druckwerten erreicht ist.

Eine weitere Ausbildung nach den Merkmalen des 45 Anspruches 3 begünstigt die Schliessfunktion des Ventils durch linienförmige Überdeckung des Schliesssitzes, die im Mikrobereich vorhandene Oberflächenuntiefen ausgleicht. Der Schliesssitz ist in einfacher Weise mittels Kugelstempel pressbar.

so Von besonderem Vorteil hierbei ist, Längsschieber und Schliesskörper aus Oxidkeramik zu bilden, welcher Werkstoff sich bei hoher Oberflächengüte durch einen geringen Reibungsbeiwert auszeichnet. Eine weitere vorteihafte Ausgestaltung nach den Merkmalen des Anspruches 5 ermög-55 licht die präzise, geringste Fertigungsungenauigkeiten ausgleichende Anpassung des Schliesskörpers an den Schliesssitz.

Gemäss einer weiteren, den Merkmalen des Anspruches 6 entsprechenden Ausbildung ist eine strömungsgünstige Ableitung der Druckflüssigkeit mit dem Ergebnis erreicht, dass der Schliesskörper von einwirkenden Impulskräften weitgehend unbeeinflusst bleibt.

Nachfolgend wird die Erfindung und ihre weiteren Vor-65 teile an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil in Sitz-

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Kegelausbildung seines Schliesskörpers im Längsschnitt.

Fig. 2 ein weiteres magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil mit kugelförmig ausgebildetem Schliesskörper.

Fig. 3 eine Einzelheit A des in Fig. 2 gezeigten Mehrwegesteuerventils.

Fig. 4 einen Querschnitt von Fig. 2 in Schnittrichtung B.

Das gezeigte Mehrwegesteuerventil ist gebildet aus einem Gehäuse 1 mit in dessen Längsachse durchgehender Bohrung 3 in welcher ein zylinderförmiger Einsatz 4 aufgenommen ist.

Ein an das Gehäuse 1 stirnseitig angeflanschter Betätigungsmagnet 5 dient der Kraftübertragung auf die aus Ventilstössel 6 und Schliesskörper 7 gebildeten Ventilteile. An der zum Betätigungsmagnet 5 entgegengesetzten Stirnseite des Gehäuses 1 befindet sich ein topfartiger Flansch 8 zur Aufnahme einer Druckfeder 9, deren Federkraft nach Erregung des Betätigungsmagneten 5 durch diesen überwunden wird.

Im Einsatz 4 mit in dessen Längsrichtung durchgehender Bohrung 10 befindet sich der in der Bohrungslängsachse bewegliche Schliesskörper 7. Die Begrenzung des Bewegungsspielraumes des Schliesskörpers 7 erfolgt durch eine die Bohrung 10 konzentrisch erweiternde zylinderförmige Aussparung 13 deren vorzugsweise Ausbildung nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Aussparung 13 steht in Verbindung mit einem radial die Bohrung 10, das Gehäuse 1 und dessen Einsatz 4 durchdringenden Druckanschluss 14.

Ein weiterer ebenfalls radial in die Bohrung 10 einmündender Anschluss 15 dient beispielsweise der Druckmittelzuführung, während der Anschluss 16 dann für den Druckmittelrücklauf vorgesehen ist. Die Anschlüsse 15 und 16 sind in entsprechender Endlage des Schliesskörpers 7 wechselweise mit dem Druckanschluss 14 verbindbar.

Der Schliesskörper 7 mit seinem grösser bemessenen Aus-sendurchmesser wie der Durchmesser der Bohrung 10 ist an beiden Stirnseiten mit einer kegelförmigen Schliessfläche 17 bzw. 17' ausgebildet, die jeweils mit einem kegelförmigen Schliesssitz 25 der Bohrung 10 korrespondiert. Die Schliessfläche 17 bzw. 17' ist Teil der beaufschlagbaren Schliessebene, die in etwa dem Querschnitt der Bohrung 10 entspricht.

Durch abgestufte Anordnung der Durchmesser des in der Bohrung 10 geführten und mit dem Schliesskörper 7 fest verbundenen Ventilstössels 6 und der Bildung von Ringflächen 12,12' sind im Einsatz 4 Druckräume 18,18' gebildet, die mit den diesen zugeordneten Anschlüssen 15 bzw. 16 verbunden sind. Beide Druckräume 18 bzw. 18' sind entsprechend einer über den Ventilstössel 6 erfolgenden Betätigung wechselweise mit dem Druckanschluss 1.4 verbindbar, gegeneinander jedoch stets gesperrt.

Zur Abdichtung der Druckräume 18 bzw. 18' nach aussen sind im zylinderförmigen Ansatz 19 des Flansches 8 bzw. des Betätigungsmagneten 5 jeweils Manschettendichtungen 20 vorgesehen. Dichtungsringe 21 im Einsatz 4 und in den Flanschansätzen 19 verhindern den Austritt von Leckwasser.

Das gezeigte Mehrwegesteuerventil arbeitet austriebsfrei, da sowohl die beaufschlagbaren Schliessebenen 17 bzw. 17' des Schliesskörpers 7 wie auch die beaufschlagbaren Ringflächen 12 bzw. 12' des Ventilstössels gleiche Flächenabmessungen aufweisen. Die in den Druckräumen 18 bzw. 18' auf den Ventilstössel 6 und den Schliesskörper 7 einwirkenden und einander entgegenwirkenden hydraulischen Kräfte sind daher gleich gross. Dadurch ist gewährleistet, dass unter Vernachlässigung von Reibungswerten die volle auf den Schliesskörper 7 einwirkende Schliesskraft durch die Druckfeder 9 einerseits und den Betätigungsmagnet 5 andererseits bestimmt ist.

Der jeweils volle Druckausgleich am Schliesskörper 7 und die Ausnutzung der nahezu vollen Schliesskraft ermöglicht den sicheren Einsatz des Mehrwegesteuerventils auch für einen Betriebsdruck über 400 bar. Nur zwei Manschettendichtungen 20 sind erforderlich, so dass lediglich geringe Reibkräfte auftreten. Da der Ventilstössel 6 und der Schliesskörper 7 eine Einheit bilden, lässt sich diese Einheit mit hoher Fertigungsgenauigkeit in Zerspanungsautomaten spitzenlos und bei hoher Oberflächengüte herstellen.

In einer anderen Ausführungsart sind der Ventilstössel 6 und der Schliesskörper 7 ineinandergesteckt und beispielsweise durch Einkleben miteinander verbunden. Bei dieser Herstellungsweise lassen sich Teile exakt gleicher Toleranzabweichung miteinander verbinden, wobei ein absoluter Kräfteausgleich auch bei sehr hohen Betriebsdrücken sowie eine volle Nutzung der Schliesskräfte sichergestellt ist.

Das in Fig. 2 gezeigte Mehrwegesteuerventil unterscheidet sich von Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass der Schliesskörper eine kugelförmige Schliessfläche aufweist, insbesondere als Kugelkörper 28 ausgebildet ist. Der Kugelkörper 28 besteht aus Oxidkeramik und ist in seinem Kern mit einer Bohrung 22 versehen. In dieser Bohrung 22 ist ein Führungsteil 23 aus hochelastischem korrosionsfreiem Werkstoff eingeklebt, welches an seinen Enden ebenfalls durch Einkleben befestigte Längsschieber 26 bzw. 26' aus Oxidkeramik aufweist. Der Schliesssitz 24 in der Gehäusebohrung 10 ist ebenfalls kugelförmig und durch Eindrücken einer Hartstahlkugel grösseren Durchmessers hergestellt. Der hierdurch erhaltene Schliesssitz 24 ist wie Fig. 3 zeigt, durch eine Schliesskante 24' mit zum Druckanschluss 14 sich öffnender Sitzfläche 29 gebildet.

Auf diese Weise bewirken die vom Betätigungsmagneten 5 und der Druckfeder 9 aufgebrachten Schliesskräfte ;ine hohe und längs der Schliesskante 24' gleichgrosse spezifische Flächenpressung, womit im Dauerbetrieb ein leckagefreier Schliesssitz des Kugelkörpers 28 erreicht ist.

Geringe den Schliesssitz 25 beeinflussende Fertigungsun-genauigkeiten werden durch eine elastische Ausbildung des Führungsteils 23 ausgeglichen, indem sich der Kugelkörper 28 elastisch der Schliesskante 24 anzupassen vermag.

In Fig. 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der mit dem Anschluss 16 verbundenen Aussparung 13 näher aufgezeigt.

Der aus Fertigungsgründen geteilte Einsatz 4 weist stirnseitig und im Bereich der Schliesskante 24 radial und nach aussen sich erweiternde Leitkanäle 30 auf. Sie entsprechen in ihrem freien Querschnitt dem Querschnitt der Bohrung 10 und ermöglichen eine impulsarme Zu- bzw. Ableitung der Druckflüssigkeit über den Anschluss 16, wodurch der Kugelkörper 28 während des Schliessvorgangs von einwirkenden Impulskräften weitgehend befreit ist.

Das Mehrwegesteuerventil ist sowohl als 2/2 Wege wie auch 3/2 Wegeventil ohne konstruktive Änderung seiner Teile universell einsetzbar. Im ersteren Falle ist bedarfsweise lediglich der Anschluss 16 oder der Anschluss 15 blind zu verschliessen. Die Anschlüsse 15 bzw. 16 können bei Einsatz als 3/2 Wegeventil wahlweise als Zulauf- bzw. Rücklaufan-schluss dienen. Unabhängig von der gewählten Funktionsweise ist mit nur einer Ventilausbildung zwingend die Austriebsfreiheit des Schliesskörpers 7 sichergestellt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

660411 PATENTANSPRÜCHE

1. Magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil für HFA-Flüs-sigkeiten, insbesondere Klarwasser, mit einem koaxial zur Längsachse der Bohrung (10) eines Gehäuses angeordneten, in zwei Schliessebenen wirksamen Schliesskörper und einem gegen die Kraftwirkung einer Druckfeder betätigbaren Ven-tilstössel zur wechselweisen Verbindung von Anschlüssen, die in mittels des Schliesskörpers trennbare Druckräume der Bohrung einmünden, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Bohrung (10) geführte, das Gehäuse (1) in koaxialer Anordnung zur Druckfeder stirnseitig durchsetzende Ventil-stössel (6) mit dem Schliesskörper (7) in längsaxialer Betätigungsrichtung fest verbunden ist und innerhalb der Bohrung (10) den am Schliesskörper (7,28) mittels Schliesssitz (25,24) begrenzten Schliessebenen entgegengesetzt beaufschlagbare Ringflächen (12,12') aufweist, die einander sowie den beaufschlagbaren Schliessebenen des Schliesskörpers (7,28) entsprechen.

2. Mehrwegesteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstössel (6) aus beidseitig der Schliessebenen des Schliesskörpers (7) getrennt angeordneten, in der Bohrung ( 10) j eweils die Druckräume (18,18') begrenzende Längsschiebern (26,26') gebildet ist, die durch ein zylindrisches, den Schliesskörper (7) aufnehmendes Führungsteil (23) miteinander verbunden sind.

3. Mehrwegesteuerventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der sich von der jeweiligen Schliessebene zur zugeordneten Bohrung hin erstreckende Abschnitt des Schliesskörpers kugelförmig ist.

4. Mehrwegesteuerventil nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschieber (26,26') und der Schliesskörper (7) aus Oxidkeramik bestehen.

5. Mehrwegesteuerventil nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Führungsteil .(23) biegeelastisch ausgebildet ist.

6. Mehrwegesteuerventil nach Anspruch 1, mit in einer Bohrung (3) des Gehäuses angeordnetem im Bereich des Schliesskörpers geteiltem Einsatz, dessen Öffnungsquerschnitt jeweils mittels Schliesssitz begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (4,4') stirnseitig radial dem Schliesssitz (24,25) zugeordnete und in dessen Umfangsbe-reich in gleichen Abständen angeordnete und nach aussen sich erweiternde Leitkanäle (30) aufweist, deren insgesamt kleinster gemeinsamer Querschnitt dem Öffnungsquerschnitt des Einsatzes (4,4' ) entspricht.