CH660411A5

CH660411A5 - MAGNETIC ACTUATED MULTI-WAY CONTROL VALVE.

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. The invention relates to a solenoid-operated multi-way control valve for HFA liquids, in particular clear water, corresponding to the type required in the preamble of the claim.

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. Compared to spool valves, in which the valve connections for the pressure fluid to be guided are connected by means of control pistons, such multi-way control valves have the advantage of a significantly smaller control stroke. With the higher feed force that can be achieved in this way, large valve forces occurring at high operating pressures can be controlled. In addition, the forces imparted by the switching magnet and the compression spring are opposed by friction forces which are lower in percentage compared to the feed force of the magnet and compression spring.

Von besonderer Bedeutung ist, dass der beaufschlagbare Schliesskörper des Mehrwegesteuerventils nach jedem Schaltvorgang sicher in seiner Ruhestellung verharrt. It is particularly important that the closing body of the multi-way control valve that can be acted upon remains securely in its rest position after each switching operation.

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. From DE-OS 2 326 085 a multi-way control valve of the type under consideration is known, which provides compensation of hydraulic closing forces acting on one side via a bypass line in the housing. The basic concept of the known multi-way control valve is therefore limited to one function, in that the valve connections are fixed from the beginning and cannot be replaced. Depending on the intended use, it is necessary to manufacture and store several multi-way control valves with different designs.

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. Proceeding from this, the object of the invention is to create a solenoid-operated multi-way control valve with a consistently effective and controllable force balance, which can be used in different functions regardless of its type of connection.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung gemäss den Merk-15 malen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst. This object is achieved according to the invention according to the Merk-15 paint the characterizing part of claim 1.

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. The dimensionally stable connection of the closing body with the valve tappet enables an effective balancing of the application forces in every direction of movement of the closing body and thus an expulsion-free closing function of the valve. Since the surfaces of the closing body and the valve tappet that can be acted upon are each spatially assigned to one another and correspond to one another, these acting forces act in the same order of magnitude in opposite directions and directly in the hydraulic pressure area, with the possibility of variable connections.

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. This makes the multi-way control valve universal, i.e. can be used in different functions without changing the structure of the valve parts or the valve housing.

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. Valve tappets and closing bodies form a unit and can be manufactured from one piece in the tightest tolerance ranges with the least manufacturing effort, so that mass-related surface deviations and the resulting differences in force do not have an effect.

Die austriebsfreie Funktionstüchtigkeit des Mehrwegesteuerventils ist auf einfache Weise durch fühlbare bzw. optische Kontrolle des Ventilstössels überprüfbar. The drive-free functionality of the multi-way control valve can be checked in a simple manner by tactile or visual control of the valve tappet.

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. A design characterized in accordance with the features of claim 2 enables the dimensionally accurate assignment and dimensionally stable connection of the same valve tappet parts in the narrowest tolerance ranges in a simple manner, so that freedom from drive is achieved even at the highest pressure values.

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. A further embodiment according to the features of claim 3 favors the closing function of the valve by a linear overlap of the closing seat, which compensates for surface shoals in the micro range. The closing seat can be pressed in a simple manner by means of a ball stamp.

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. It is particularly advantageous here to form longitudinal slides and closing bodies from oxide ceramic, which material is characterized by a low coefficient of friction with a high surface quality. A further advantageous embodiment according to the features of claim 5 enables the precise adjustment of the closing body to the closing seat, which compensates for the smallest manufacturing inaccuracies.

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. According to a further embodiment corresponding to the features of claim 6, a flow-efficient discharge of the pressure fluid is achieved with the result that the closing body remains largely unaffected by impulse forces acting on it.

Nachfolgend wird die Erfindung und ihre weiteren Vor-65 teile an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen: In the following, the invention and its further advantages are illustrated and explained in more detail using exemplary embodiments in the drawing. Show it:

Fig. 1 ein magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil in Sitz- 1 is a solenoid operated multi-way control valve in seat

3 3rd

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Kegelausbildung seines Schliesskörpers im Längsschnitt. Cone formation of its closing body in longitudinal section.

Fig. 2 ein weiteres magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil mit kugelförmig ausgebildetem Schliesskörper. Fig. 2 shows a further solenoid-operated multi-way control valve with a spherical closing body.

Fig. 3 eine Einzelheit A des in Fig. 2 gezeigten Mehrwegesteuerventils. Fig. 3 shows a detail A of the multi-way control valve shown in Fig. 2.

Fig. 4 einen Querschnitt von Fig. 2 in Schnittrichtung B. 4 shows a cross section of FIG. 2 in the direction of cut 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. The multi-way control valve shown is formed from a housing 1 with a bore 3 passing through its longitudinal axis and in which a cylindrical insert 4 is received.

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. An actuating magnet 5 flanged to the housing 1 at the end serves to transmit the force to the valve parts formed from valve tappet 6 and closing body 7. On the end face of the housing 1 opposite the actuating magnet 5 there is a pot-like flange 8 for receiving a compression spring 9, the spring force of which is overcome after the actuating magnet 5 is excited by the latter.

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. In the insert 4 with the bore 10 extending in its longitudinal direction there is the closing body 7 which is movable in the longitudinal axis of the bore. The limitation of the freedom of movement of the closing body 7 is effected by a cylindrical recess 13 which concentrically widens the bore 10 and whose preferred configuration is explained in more detail below. The recess 13 is connected to a pressure connection 14 which radially penetrates the bore 10, the housing 1 and its insert 4.

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. Another connection 15, which also opens radially into the bore 10, serves, for example, the pressure medium supply, while the connection 16 is then provided for the pressure medium return. The connections 15 and 16 can be alternately connected to the pressure connection 14 in the corresponding end position of the closing body 7.

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. The closing body 7 with its larger outside diameter, such as the diameter of the bore 10, is formed on both ends with a conical closing surface 17 and 17 ', which corresponds to a conical closing seat 25 of the bore 10. The closing surface 17 or 17 'is part of the closing plane which can be acted upon and which corresponds approximately to the cross section of the bore 10.

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. By stepped arrangement of the diameter of the valve plunger 6 guided in the bore 10 and firmly connected to the closing body 7 and the formation of annular surfaces 12, 12 ', 4 pressure spaces 18, 18' are formed in the insert, which are connected to the connections 15 and 16, respectively are connected. Both pressure chambers 18 and 18 'are alternately connectable to the pressure connection 1.4 in accordance with an actuation via the valve tappet 6, but are always blocked against one another.

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. To seal the pressure chambers 18 and 18 'to the outside, sleeve seals 20 are provided in the cylindrical extension 19 of the flange 8 and the actuating magnet 5, respectively. Sealing rings 21 in the insert 4 and in the flange lugs 19 prevent leakage of water.

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. The multi-way control valve shown works without a drive since both the actionable closing planes 17 and 17 'of the closing body 7 and the actionable ring surfaces 12 and 12' of the valve lifter have the same area dimensions. The hydraulic forces acting and counteracting each other in the pressure chambers 18 and 18 'on the valve tappet 6 and the closing body 7 are therefore of the same magnitude. This ensures that, neglecting friction values, the full closing force acting on the closing body 7 is determined by the compression spring 9 on the one hand and the actuating magnet 5 on the other.

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. The full pressure equalization on the closing body 7 and the utilization of the almost full closing force enable the multi-way control valve to be used safely even for an operating pressure above 400 bar. Only two sleeve seals 20 are required, so that only low frictional forces occur. Since the valve tappet 6 and the closing body 7 form a unit, this unit can be manufactured with high manufacturing accuracy in automatic cutting machines without a tip and with a high surface quality.

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. In another embodiment, the valve tappet 6 and the closing body 7 are inserted into one another and connected to one another, for example, by gluing. With this manufacturing method, parts of exactly the same tolerance deviation can be connected to each other, whereby an absolute balancing of forces is ensured even at very high operating pressures and a full use of the closing forces.

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. The multi-way control valve shown in FIG. 2 differs from FIG. 1 essentially in that the closing body has a spherical closing surface, in particular in the form of a spherical body 28. The spherical body 28 consists of oxide ceramic and is provided with a bore 22 in its core. In this bore 22, a guide part 23 made of highly elastic, corrosion-free material is glued, which also has longitudinal slides 26 and 26 'made of oxide ceramic, which are also fastened by gluing, at its ends. The locking seat 24 in the housing bore 10 is also spherical and is produced by pressing in a hard steel ball of larger diameter. The closing seat 24 obtained in this way is formed, as shown in FIG. 3, by a closing edge 24 'with a seat surface 29 opening towards the pressure connection 14.

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. In this way, the closing forces applied by the actuating magnet 5 and the compression spring 9 result in a high specific surface pressure along the closing edge 24 ′, which results in a leak-free closing fit of the spherical body 28 in continuous operation.

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. Minor manufacturing inaccuracies influencing the closing seat 25 are compensated for by an elastic design of the guide part 23, in that the spherical body 28 can adapt elastically to the closing edge 24.

In Fig. 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der mit dem Anschluss 16 verbundenen Aussparung 13 näher aufgezeigt. 4 shows an advantageous embodiment of the cutout 13 connected to the connection 16.

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. The insert 4, which is divided for production reasons, has guide channels 30 which widen radially and outwards at the front and in the area of the closing edge 24. Their free cross-section corresponds to the cross-section of the bore 10 and enables a low-pulse supply or discharge of the pressure fluid via the connection 16, as a result of which the spherical body 28 is largely freed from impulse forces acting during the closing process.

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. The multi-way control valve can be used universally as a 2/2 way as well as a 3/2 way valve without structural changes to its parts. In the former case, only the connection 16 or the connection 15 needs to be closed blindly. When used as a 3/2-way valve, ports 15 and 16 can either serve as inlet or return ports. Regardless of the selected mode of operation, the freedom to drive out of the closing body 7 is imperative with only one valve design.

5 5

io io

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

660411 PATENT CLAIMS

1. Solenoid-operated multi-way control valve for HFA liquids, in particular clear water, with a closing body which is arranged coaxially to the longitudinal axis of the bore (10) of a housing and is effective in two closing levels and a valve tappet which can be actuated against the force of a compression spring for the alternate connection of connections, which open into the pressure chambers of the bore, which can be separated by means of the closing body, characterized in that the valve tappet (6) guided in the bore (10) and penetrating the housing (1) in a coaxial arrangement with the compression spring with the closing body (7) in a longitudinal axial direction Direction of actuation is firmly connected and within the bore (10) has the closing planes (12, 12 ') which can be acted upon in the opposite direction and which act on the closing planes of the closing body (7, 28) correspond.

2. Multi-way control valve according to claim 1, characterized in that the valve tappet (6) from both sides of the closing planes of the closing body (7) arranged separately, in the bore (10) each of the pressure chambers (18, 18 ') delimiting longitudinal slides (26, 26 ') is formed, which are connected to one another by a cylindrical guide part (23) receiving the closing body (7).

3. Multi-way control valve according to claim 1 or 2,

characterized in that the section of the closing body extending from the respective closing plane to the associated bore is spherical.

4. Multi-way control valve according to claim 2 or 3,

characterized in that the longitudinal slides (26, 26 ') and the closing body (7) consist of oxide ceramic.

5. Multi-way control valve according to claims 2 to 4, characterized in that the cylindrical guide part. (23) is designed to be flexible.

6. Multi-way control valve according to claim 1, with in a bore (3) of the housing arranged in the area of the closing body divided insert, the opening cross section is limited by means of a closing seat, characterized in that the insert (4,4 ') radially the front end of the closing seat (24 , 25), which are arranged in the circumferential area at equal intervals and have outwardly widening guide channels (30), the overall smallest cross-section of which corresponds to the opening cross-section of the insert (4,4 ').