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Die Erfindung betrifft einen mit einer Verdrehsicherung ausgeführten Ventilschieber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Insbesondere bei vorgesteuerten Proportional- und Regelventilen kann es aufgrund der Druckmittel-Strömungskräfte vorkommen, dass ein Ventilschieber oder Kolben des Ventils innerhalb einer Ventilbohrung mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, das zu einer Verdrehung führt. Um dies zu verhindern, werden die Ventile mit einer Verdrehsicherung ausgeführt.
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In der
DE 37 37 392 C2 ist eine Verdrehsicherung offenbart, bei der auf einem Endabschnitt eines Ventilschiebers über Längsnuten ein Kupplungsteil geführt ist, das an seinem Außenumfang mit einer Ausnehmung versehen ist, in die eine radial in einen Gehäusedeckel eingesetzte Schraube eintaucht, so dass der Ventilschieber durch den Eingriff mit dem Kupplungsteil verdrehgesichert ist.
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Die
US 4,133,510 offenbart eine Verdrehsicherung, bei der ein Endabschnitt des Ventilschiebers mit einem Zweiflach versehen ist, der in eine entsprechend oval ausgeführte Ausnehmung eines Gehäusedeckels eingreift.
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Die
US 3,771,564 zeigt eine Ventilanordnung, bei der ein Ventilschieber mit einer Längsnut ausgeführt ist, in die der Endabschnitt einer in ein Ventilgehäuse eingesetzten Schraube vorsteht.
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Die
US 4,238,112 zeigt eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verdrehsicherung, wobei bei einer Variante ein Federteller über einen Zweiflach auf einen Endabschnitt des Ventilschiebers aufgesetzt ist und am Außenumfang des Federtellers ein Vorsprung ausgebildet ist, der in eine Ausnehmung der Ventilbohrung eintaucht und somit ein Verdrehen des Ventilschiebers begrenzt.
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In einer alternativen Lösung ist der Federteller mit einem achsparallel verlaufenden Stift versehen, der in eine Ausnehmung einer Verschlussschraube eintaucht und somit den über einen Zweiflach auf den Ventilschieber aufsitzenden Federteller gegen Verdrehung sichert. Bei einer alternativen Lösung ist ein Endabschnitt des Ventilschiebers geschlitzt ausgeführt. In diesen Schlitz taucht ein Stift ein, der in Radialrichtung verlaufend in der Verschlussschraube abgestützt ist.
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Alle vorbeschriebenen Lösungen haben den Nachteil gemeinsam, dass die gehäusefesten Elemente lediglich mit Punkt- oder Linienberührung in Anlage an dem Ventilschieber stehen. Durch die in Radialrichtung wirkenden Strömungskräfte kann es dann vorkommen, dass sich die gehäusefesten Elemente in die Ausnehmung des Ventilschiebers einarbeiten und somit die Axialverschiebung des Ventilschiebers behindern und die Regelgüte des Ventils beeinträchtigen, so dass dieses Ventil vom Kunden beanstandet wird und ein Auswechseln des Ventilschiebers erforderlich ist.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, bei dem ein die Funktion behindernder Verschleiß der Verdrehsicherung gegenüber den herkömmlichen Lösungen verringert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das Ventil mit einer Verdrehsicherung ausgeführt, bei dem ein gehäusefestes Sicherungselement mit einer Ausnehmung des Ventilschiebers zusammenwirkt. Das Sicherungselement ist erfindungsgemäß ein Formstück, das in die Ausnehmung eintaucht und eine Wirkfläche hat, die mit einer entsprechend ausgebildeten Anlagefläche des Ventilschiebers zusammenwirkt. Dieses Formstück ist gemäß der vorliegenden Erfindung im Gehäuse mittels eines Befestigungsmittels festgelegt. Durch Auslegung der Formstückgeometrie ist es dann sehr einfach möglich, den Verschleiß des Ventilschiebers aufgrund der in Radialrichtung wirkenden Strömungskräfte zu verringern und somit die Standzeit des Ventilschiebers gegenüber herkömmlichen Lösungen zu verbessern. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ausnehmung des Ventilschiebers mit einer achsparallel oder in Achsrichtung verlaufenden Abflachung ausgeführt, zu der die Wirkfläche des Formstückes parallel verläuft. Mit anderen Worten gesagt, die Abflachung des Ventilschiebers und die Wirkfläche des Formstücks sind jeweils als ebene Flächen ausgeführt, die in geringem Abstand zueinander stehen, so dass die Axialverschiebung des Ventilschiebers nicht behindert wird. Bei einem ”neuen” Ventilschieber und bei radial auftretenden Strömungskräften tritt zwar zunächst auch zwischen Wirkfläche und der Anlagefläche des Ventilschiebers eine Linienberührung statt. Mit zunehmenden Verschleiß des Formstückes wird dann allerdings aus dieser Linienberührung eine Flächenberührung, die immer noch eine Verdrehsicherung des Ventilschiebers gewährleistet und dessen axiale Verschiebung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird dieses Formstück als Kreissegmentscheibe ausgeführt, deren Umfangsradius an den Durchmesser der Ventilbohrung angepasst ist.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Abflachung des Ventilschiebers an einem in einen Gehäusedeckel eintauchenden Endabschnitt ausgebildet ist, wobei der Gehäusedeckel etwa in Radialrichtung von dem Befestigungsmittel für das Formstück durchsetzt ist.
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Die Verdrehsicherung ist besonders zuverlässig, wenn dieses Formstück aus einem Material ausgeführt wird, das härter als das Ventilschiebermaterial ist, so dass der Verschleiß am Ventilschieber stattfindet.
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Das Befestigungsmittel kann als Schraube ausgeführt sein, die vorzugsweise in Gewindeeingriff mit dem Formstück steht. Die Herstellung eines derartigen Formstücks ist besonders einfach, wenn die mit dem Gewinde versehene Bohrung des Formstückes als Durchgangsbohrung ausgeführt ist.
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Die Lagefixierung des Formstückes innerhalb der Ventilbohrung ist optimal, wenn die Schraube bis nahehin zu der Wirkfläche in das Formstück eingeschraubt ist.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines stetig verstellbaren Wegeventils mit Verdrehsicherung und
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2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1.
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In 1 ist ein Längsschnitt durch einen Endabschnitt einer Ventilscheibe oder eines Ventilgehäuses 2 eines stetig verstellbaren Wegeventils 1 dargestellt. Das Ventilgehäuse 2 wird von einer Ventilbohrung 4 besetzt, in der Ventilschieber 6 axialverschiebbar geführt ist. Unter dem Begriff ”Ventilschieber” wird jeder axial verschiebbare Ventilkörper verstanden, der als Schieber, als gegen einen Sitz vorgespannten Kolben oder mit Schiebesitz ausgeführt ist. Über diesen Ventilschieber lassen sich die Verbindungen mehrerer, nicht dargestellter Druckmittelanschlüsse auf- bzw. zusteuern.
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An dem in 1 dargestellten Endabschnitt des Ventilschiebers 6 ist eine Verdrehsicherung 8 vorgesehen, die dafür sorgt, dass der Ventilschieber 6 durch in Radialrichtung wirkende Strömungskräfte nicht verdreht werden kann. Der Hub des Ventilschiebers 6 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein induktives Wegmeßsystem 10 erfasst, wobei ein Wegaufnehmer 12 in dem Endabschnitt des Ventilschiebers 6 befestigt ist und mit einem Endabschnitt in eine Spule 14 eintaucht, so dass bei Axialverschiebung des Ventilschiebers 6 und damit des Wegaufnehmers 12 eine Spannung induziert wird, aus der auf den Hub des Ventilschiebers 6 zurückgeschlossen werden kann. Derartige Wegmeßsysteme 10 sind bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Die Spule 14 und die Auswerteelektronik des Wegmeßsystems 10 sind auf einen Deckel 16 aufgesetzt, der über Deckelschrauben 17 an einer Planfläche des Gehäuses 2 dichtend befestigt ist.
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In der gehäuseseitigen Stirnfläche des Deckels 16 ist eine Stirnausnehmung 18 ausgebildet, in die der Endabschnitt des Ventilschiebers 6 eintaucht. Diese Stirnausnehmung 18 verläuft etwa in Verlängerung zur Ventilbohrung 4 des Gehäuses 2. Die Stirnausnehmung 18 ist über einen Kanal 19 beispielsweise mit einem Vorsteuerventil verbunden.
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In 2 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in 1 dargestellt. Gemäß den beiden Figuren ist der Endabschnitt des Ventilschiebers 6 mit einer Ausnehmung 20 versehen, durch die eine Abflachung 22 des Ventilschiebers 6 ausgebildet wird. Diese Abflachung 22 verläuft parallel zur oder entlang der Achse 24 des Ventilschiebers 6.
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In den Raum zwischen der Abflachung 22 und dem in 1 unten liegenden Umfangsbereich der Stirnausnehmung 18 ist ein Formstück 26 eingesetzt, das mit seiner in 1 rechten Stirnfläche 28 an einer Ringstirnfläche 30 der Stirnausnehmung 18 anliegt aber auch im Abstand dazu angeordnet sein kann. Wie insbesondere aus 2 entnehmbar ist, ist der Querschnitt (senkrecht zur Zeichenebene in 1) kreissegmentförmig ausgebildet, wobei eine ebene tangential verlaufende Wirkfläche 32 in geringem Parallelabstand oder gleitend zur Abflachung 22 des Ventilschiebers 6 verläuft und eine gekrümmte Umfangsfläche 34 an den Durchmesser der Ventilbohrung 4 angepasst ist, so dass die Umfangsfläche 34 flächig auf einem Teilbereich der Innenumfangsfläche der Ventilbohrung 4 aufsitzt. Die Breite des kreissegmentförmigen Formstücks 26 ist gemäß der Darstellung in 1 so gewählt, dass die in 1 dargestellte linke Stirnfläche 36 im Abstand zur Stirnfläche der Ausnehmung 20 des Ventilschiebers 6 endet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die linke Stirnfläche 36 des Formstücks 26 in einer Trennebene 38 zwischen dem Deckel 16 und dem Ventilgehäuse 2. Der Abstand und der Überlappungsbereich zwischen dem Formstück 26 und dem Ventilschieber 6 ist so gewählt, dass letzterer entlang seines vorbestimmten Hubes aus der Darstellung in 1 nach links oder rechts bewegbar ist.
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Die Sicherung des Formstücks 26 erfolgt mittels einer Senkschraube 40, die eine in der Stirnausnehmung 18 mündende abgestufte Durchgangsbohrung 42 durchsetzt und die mit ihrem Gewindeabschnitt 44 in eine durchgehende Gewindebohrung 46 des Formstücks 26 eingeschraubt ist. Die Einschraubtiefe ist so gewählt, dass die Stirnfläche der Schraube 40 in geringem Abstand unterhalb (Ansicht nach 1, 2) der Wirkfläche 32 mündet. Durch diese nahezu maximale Einschraubtiefe in das Formstück 26 ist dieses zuverlässig in seiner Position innerhalb der Ventilbohrung 4 lagefixiert, so dass eine vorbestimmte Relativposition zum Ventilschieber 6 aufrechterhalten werden kann.
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Das Formstück 26 kann aus einem etwas härterem Material als der Ventilschieber 6 ausgebildet werden, so dass der Verschleiß auf Seiten des Ventilschiebers 6 erfolgt.
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Um die Verstellkräfte für eine Axialverschiebung des Ventilschiebers 6 zu minimieren, steht die Wirkfläche 32 des Formstücks 26 im Neuzustand des Ventils in geringem Abstand zur Abflachung 22 des Ventilschiebers 6. Beim Auftreten von Strömungskräften wird der Ventilschieber 6 etwas verdreht, so dass zunächst eine Berührung zwischen einer Umfangskante der Abflachung 22 und der Wirkfläche 32 des Formstücks 26 erfolgt. Während der Benutzung des proportional verstellbaren Wegeventils 1 verschleißt die Wirkfläche 32 etwas, so dass aus der linienförmigen Anlage im Laufe der Zeit eine flächige Anlage wird und die Verdrehsicherung ohne Beeinträchtigung der Betätigungskräfte in Axialrichtung gewährleistet bleibt.
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Bei sehr präziser Fertigung und bei guter Schmierung zwischen der Wirkfläche 32 und der Abflachung 22 kann diese flächige Anlage auch von vorn herein vorgesehen werden.
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Offenbart ist ein Ventil mit einem Ventilschieber, dem eine Verdrehsicherung zugeordnet ist. Erfindungsgemäß hat diese Verdrehsicherung ein Formstück, das in eine Ausnehmung des Ventilschiebers eintaucht und das mittels eines Befestigungsmittels, vorzugsweise einer Schraube an einem Gehäuse des Ventils befestigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wegeventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Ventilbohrung
- 6
- Ventilschieber
- 8
- Verdrehsicherung
- 10
- Wegmeßsystem
- 12
- Wegaufnehmer
- 14
- Spule
- 16
- Deckel
- 17
- Deckelschraube
- 18
- Stirnausnehmung
- 19
- Kanal
- 20
- Ausnehmung
- 22
- Abflachung
- 24
- Achse
- 26
- Formstück
- 28
- Stirnfläche
- 30
- Ringstirnfläche
- 32
- Wirkfläche
- 34
- Umfangsfläche
- 36
- Stirnfläche
- 38
- Trennebene
- 40
- Senkschraube
- 42
- Durchgangsbohrung
- 44
- Gewindeabschnitt
- 46
- Gewindebohrung