DE102005030173A1 - Ventilkolben und Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben - Google Patents

Ventilkolben und Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilkolben für ein hydraulisches Ventil mit einem sich entlang einer Kolbenachse erstreckenden Kolbenhals und mit einem radial über den Kolbenhals herausragenden kreisringförmigen Kolbenabschnitt, dessen Umfangsfläche in Axialrichtung durch eine Kante begrenzt ist, die durch eine in dem Kolbenabschnitt ausgebildete, sich entlang der Axialrichtung erstreckende und sich zu der Kante hin radial vertiefende Feinsteuernut durchbrochen ist, wobei in der Feinsteuernut eine Nutgrundlinie gebildet ist, die in einem Längsschnitt des Ventilkolbens einer stetigen Kurvenlinie folgt. Für jeden Punkt der Nutgrundlinie weist eine Schnittlinie zwischen einer Begrenzungsfläche der Feinsteuernut und einer in diesem Punkt senkrecht auf der Nutgrundlinie stehenden Fläche eine konstante Krümmung oder eine U-Form, deren gekrümmter Abschnitt halbkreisförmig ist, auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ventilkolben für ein hydraulisches Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen solchen Ventilkolben.
  • Ventilkolben hydraulischer Ventile, insbesondere die Ventilkolben von stetig verstellbaren Ventilen, sind üblicherweise mit Feinsteuerkerben bzw. -nuten in den Kolbenabsätzen versehen. Durch die Feinsteuernuten ist eine durch die Umfangsfläche des Kolbenabsatzes gebildete Sperrfläche zu einer Kante des Kolbenabsatzes hin durchbrochen. Die Feinsteuernuten erlauben somit, einen Öffnungsquerschnitt des Ventils in Abhängigkeit von dem Betätigungsweg feinfühlig zu steuern. Der Feinsteuerbereich liegt hinsichtlich des Betätigungswegs in einem Bereich, in dem die Kante des Kolbenabsatzes sich noch in Überdeckung mit dem Ventilgehäuse befindet.
  • Die US-A-6 397 890 B1 beschreibt ein Fluidventil, dessen Steuerschieber an seinen Absätzen mit Steuernuten versehen ist. In die Absätze des Steuerschiebers sind Nuten bzw. Kerben verschiedener Querschnittsform und insbesondere verschiedener Länge, Breite und Tiefe eingefräst. Zu einer Absatzkante hin breiter und tiefer werdende Steuernuten sind durch stufenweise breiter und tiefer ausgeführte Einstiche bzw. Ausfräsungen gebildet.
  • Ein solches herkömmliches Ventil erfordert eine aufwendige Fertigung des Ventilkolbens – insbesondere der Steuernuten –, bei der unter Umständen mehrere verschiedene Fräswerkzeuge zum Einsatz kommen oder komplizierte Fräsbahnen gefahren werden. Außerdem begünstigt die stufenweise ausgeführte Vertiefung und Verbreiterung der Steuernuten sowie die im Längsschnitt rechteckige Profilform der Nuten das Entstehen einer unerwünschten turbulenten Strömung.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen insbesondere hinsichtlich des Strömungsverhaltens verbesserten Ventilkolben für ein Hydraulikventil anzugeben, der zudem eine effiziente Fertigung erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventilkolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
  • Erfindungsgemäß weist ein Ventilkolben für ein Hydraulikventil einen sich entlang einer Kolbenachse erstreckenden Kolbenhals und einen radial über den Kolbenhals herausragenden kreisringförmigen Kolbenabschnitt, dessen Umfangsfläche in Axialrichtung durch eine Kante begrenzt ist, auf. Die Kante ist durch eine in dem Kolbenabschnitt ausgebildete, sich entlang der Axialrichtung erstreckende und sich zu der Kante hin vertiefende Feinsteuernut durchbrochen. In einem Längsschnitt des Ventilkolbens folgt eine in der Feinsteuernut gebildete Nutgrundlinie einer stetigen Kurvenlinie. Die Nutgrundlinie ist die sich axial erstreckende Linie in der Begrenzungsfläche der Feinsteuernut, die die größte radiale Tiefe aufweist. Die vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass für jeden Punkt der Nutgrundlinie eine Schnittlinie zwischen einer Begrenzungsfläche der Feinsteuernut (60, 62, 63) und einer in diesem Punkt senkrecht auf der Nutgrundlinie stehenden Fläche eine konstante Krümmung oder eine U-Form, deren gekrümmter Abschnitt halbkreisförmig ist, aufweist.
  • Diese Form der Feinsteuernut ist durch einen in Richtung der Steuerkante stetig in Breite und Tiefe zunehmenden, ellipsensegmentförmigen Querschnitt gekennzeichnet. Der Übergang von der Sperrfläche des Kolbenabsatzes in die Feinsteuernut erfolgt über eine stumpfwinklige Kante. Somit kann in der Feinsteuernut eine laminare Strömung bis in hohe Geschwindigkeitsbereiche des Hydraulikfluids gewährleistet werden. Auch bei einem hohen Druckabfall über die Feinsteuernut tritt also kaum Verwirbelung auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ventilkolben muss das Hydraulikfluid insbesondere keine rechtwinkligen Kanten oder Einstiche überströmen. Durch die reduzierte Verwirbelung des Hydraulikfluids ist der Verschleiß am Ventilkolben stark vermindert.
  • Mit derart geformten Feinsteuernuten lassen sich zudem große Öffnungsquerschnitte bei gleichzeitig verbesserter Stabilität des Ventilkolbens erzielen. Die zur Umfangsfläche hin zunehmende Breite der Feinsteuernut gewährleistet, falls mehrere Feinsteuernuten im Kolbenabschnitt vorgesehen sind, ausreichend starke Stege im Bereich des Kolbenhalses zwischen den Feinsteuernuten. Zudem lässt sich ein großer Anteil der Stirnfläche des Kolbenabschnitts durch solche Feinsteuernuten durchbrechen.
  • Hinzu kommt, dass derart geformte Feinsteuernuten auf einfache Weise zu fertigen sind, und dass die durch die Feinsteuernuten vorgegebene Durchflusskennlinie mit einfachen konstruktiven Maßnahmen über einen weiten Bereich variierbar ist. Die Form der Feinsteuernuten erlaubt eine Fertigung durch Einstiche, die von der Umfangsfläche ausgehend in den Kolbenabschnitt ausgeführt werden. Auf diese Weise lassen sich insbesondere einstückig ausgebildete, mit einem Kolbenhals und einem radial vorstehenden Kolbenabschnitt versehene Ventilkolben einfach und effizient fertigen.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben eines hydraulischen Ventils angegeben. Die Fertigung der Feinsteuernut umfasst den Schritt, eine von der Umfangsfläche des Kolbenabschnitts ausgehende Einstechbewegung schräg zur Kolbenachse mit einem um eine Rotationsachse rotierenden Werkzeug in den Kolbenabschnitt auszuführen. Die Rotationsachse des Werkzeugs entspricht während der Einstechbewegung einer Bewegungsachse der Einstechbewegung oder steht senkrecht auf der Bewegungsachse.
  • Auf diese Weise wird die Fähigkeit moderner Bearbeitungsmaschinen, Einstiche in beliebigen Winkeln auszuführen, optimal ausgenutzt, um eine Feinsteuernut in dem Kolbenabschnitt des Ventilkolbens kostengünstig und effizient zu fertigen. Die Bearbeitungszeiten für die Bearbeitung des Ventilkolbens fallen dementsprechend niedrig aus. Eine derart hergestellte Feinsteuernut erweitert sich hinsichtlich ihrer Breite und Tiefe stetig in Richtung der Kolbenabschnittskante. Diese vorteilhafte geformte Feinsteuernut wird unter Verwendung eines einzigen Werkzeugs und mittels einer einfachen Einstechbewegung anfertigt.
  • Wenn die Einstechbewegung entlang der Rotationsachse des Werkzeugs ausgeführt wird, ist der bei der spanenden Bearbeitung wirkende Schneiddruck niedrig, und es lassen sich eine saubere Bearbeitung des Ventilkolbens und eine hohe Standzeit des verwendeten Werkzeugs erzielen. Insbesondere zur Herstellung von tiefen Nuten kann aber auch eine Einstechbewegung senkrecht zur Werkzeugrotationsachse erfolgen, um die Bearbeitung zu vereinfachen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorzugsweise besitzt die Nutgrundlinie der Feinsteuernut Abschnitte, die mit der Kolbenachse einen spitzen Winkel einschließen. Bei der Herstellung einer solchen Nut bildet die Rotationsachse des Werkzeugs vorzugsweise einen spitzen Winkel mit der Kolbenachse. Der spitze Winkel öffnet jeweils zur Nut hin, d.h. die Nut vertieft sich in Richtung ihrer Durchbruchstelle an der Stirnseite des Kolbenabschnitts. Eine besonders einfache und effiziente Herstellung ist gewährleistet, wenn eine einzige Einstechbewegung mit konstanten Winkel der Rotationsachse des Werkzeugs durchgeführt wird. Die so gefertigte Feinsteuernut weist eine gerade Nutgrundlinie auf.
  • Durch die Auswahl des geeigneten Winkels lässt sich auf einfache Weise die Öffnungskennlinie des Hydraulikventils festlegen. Dabei entspricht ein größerer Winkel einem steileren Anstieg der Öffnungskennlinie. Bei Verwendung eines größeren Winkels steigt auch der maximale über die Feinsteuernuten erzielbare Öffnungsquerschnitt. So lassen sich die Parameter Öffnungsquerschnitt und Kennliniensteilheit schon alleine durch die Variation des genannten Winkels beeinflussen. Auf diese Weise sind unter Verwendung eines einzigen Werkzeugs Feinsteuernuten mit verschiedener Durchflusskennlinie herstellbar. Dadurch können Werkzeugwechselvorgänge entfallen, die herkömmlicher Weise zur Fertigung von Steuernuten verschiedener Breite nötig sind.
  • Weitere Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Durchflusskennlinie erhält man, wenn mehrere Einstechbewegungen durchgeführt werden. Außerdem ist es möglich, während der Einstechbewegung den Winkel der Rotationsachse des Werkzeugs zu ändern. Dadurch ergibt sich eine konvex gekrümmte Nutgrundlinie
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Tiefe der Feinsteuernut in jedem zur Nutgrundlinie senkrechten Querschnitt geringer als ein Krümmungsradius der Schnittlinie. Auf diese Weise verbreitert sich die Feinsteuernut kontinuierlich bis zur Kolbenabschnittskante, und es stehen an dieser Kante keine Überhänge über die Nut vor.
  • Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, die Feinsteuernut mit Hilfe eines Fingerfräser zu fertigen. Die Verwendung eines solchen Standardwerkzeugs erlaubt eine flexible und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilkolbens.
  • Nachfolgend werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile unter Bezugnahme auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Schnittbild eines Hydraulikventils mit einem Ventilkolben, der mit Feinsteuernuten versehen ist,
  • 2a eine detailliertere Ansicht des Ventilkolbens des in 1 dargestellten Ventils,
  • 2b eine Abwicklung der Außenumfangsfläche des in 2a dargestellten Ventilkolbens,
  • 3 einen Abschnitt des in 2a dargestellten Ventilkolbens in perspektivischer Ansicht,
  • 4 ein Schnittbild des in 2a dargestellten Ventilkolbens zur Darstellung eines Fertigungsschritts,
  • 5 ein Schnittbild eines Ventilkolbens mit einer Feinsteuernut, die eine abschnittsweise gerade Nutgrundlinie besitzt und
  • 6 ein Schnittbild eines Ventilkolbens mit einer Feinsteuernut, die eine konvex gekrümmte Nutgrundlinie besitzt.
  • Anhand der Figuren folgt nun die detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
  • In 1 ist eine Wegeventilscheibe 1 eines hydraulischen Steuerblocks als Schnittbild dargestellt. Zu erkennen sind das Ventilgehäuse 10 mit einer Ventilbohrung 12 innerhalb der ein Ventilkolben 14 beweglich geführt ist. Am Ventilgehäuse 10 sind zwei Steuerdeckel 16 und 17 angeordnet. Die Steuerdeckel 16, 17 weisen jeweils einen Steuerdruckeingang und eine Federkammer auf, die mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind, um den Ventilkolben zu verstellen. In den Federkammern sind des Weiteren Rückstellfedern und Federteller angeordnet, um eine dem jeweiligen Steuerdruck entgegenwirkende Rückstellkraft zu erzeugen und um den Ventilkolben in einer unbetätigten Stellung zu zentrieren.
  • Im Ventilgehäuse 10 befinden sich verschiedene Kanäle, die mit der Ventilbohrung 12 in fluidischer Verbindung stehen. Die am Ventilkolben 14 vorgesehenen Kolbenabschnitte 52 bis 56 lassen je nach Position des Kolbens eine Verbindung zwischen den jeweiligen Kanälen zu. Ein Hydraulikfluidversorgungskanal 18 führt über den Kolbenabschnitt 56, der die Funktion einer Zulaufmessblende hat, über einen weiteren Kanal 22 zu einer Druckwaage 24. Die Druckwaage 24 ist an einen Lastdruckmeldeanschluss 25 angeschlossen. Im Ausgangskanal 26 der Druckwaage sind zwei Rückschlagventile 27, 28 vorgesehen. Über die Kolbenabschnitte 54 bzw. 55 lässt sich der Ausgangskanal 26 der Druckwaage mit einem der Verbraucheranschlüsse 29 oder 30 verbinden. Die Kolbenabschnitte 52 und 53 steuern eine Verbindung zwischen einem der Verbraucheranschlüsse 29 bzw. 30 und den Hydraulikfluidrückführkanälen 20 und 21. Eine Absicherung der Verbraucheranschlüsse 29 und 30 gegen Überdruck und Kavitation erfolgt durch die Sekundärdruck-/Einspeiseventile 31 und 32.
  • Die präzise Steuerung der Durchflussmenge erfolgt am Kolbenabschnitt 56 – in Funktion einer Zulaufmessblende – und an den Kolbenabschnitten 52 und 53 über Feinsteuernuten. In den 2a, 2b und 3 ist die Gestaltung des Ventilkolbens 12 hinsichtlich der Feinsteuernuten 60, 62 und 63 näher dargestellt. In den Kolbenabschnitten 52 und 53 sind jeweils zwei Feinsteuernuten 60 an verschiedenen Winkelpositionen der Umfangsfläche der Kolbenabschnitte vorgesehen. Der Kolbenabschnitt 56 besitzt jeweils 4 Feinsteuernuten 62, die zu seiner in der 2a linksseitigen Kante hin öffnen, und 4 Feinsteuernuten 63, die zu seiner rechtsseitigen Kante hin öffnen. Die Feinsteuernuten 62 und 63 sind gleichmäßig über die Umfangsfläche verteilt, wie aus der Abwicklung der Umfangsfläche, die in 2b dargestellt ist, zu erkennen ist. Die zu den gegenüberliegenden Kanten hin öffnenden Feinsteuernuten 62 und 63 sind dabei ineinandergreifend angeordnet, wobei jedoch Trennstege 65 zwischen den einzelnen Feinsteuernuten 62 und 63 bestehen.
  • In der Aufsicht auf die Umfangsfläche besitzen die Feinsteuernuten 60, 62 und 63 ein ellipsensegmentförmiges Profil. Wie aus der perspektivischen Ansicht des Kolbenabschnitts 56 in 3 zu erkennen ist, sind die Feinsteuernuten 60, 62 und 63 auch in einem Querschnitt senkrecht zur Ventilkolbenachse ellipsensegmentförmig. Die Nutgrundlinie der Feinsteuernuten 60, 62 und 63 verläuft dabei entlang einer Geraden, die mit der Ventilkolbenachse einen spitzen Winkel kolbenabschnittsseitig einschließt. Die Tiefe des Nutgrundes unterschreitet die radiale Abmessung des Kolbenhalses 50 nicht, um eine hohe Stabilität des Ventilkolbens 12 zu gewährleisten. Zwischen der Kolbenabschnittsumfangsfläche und den Feinsteuernuten 60, 62, 63 ist an einer Eintrittskante 67 ein stumpfer Winkel gebildet. Zwischen den einzelnen Feinsteuernuten 62, 63 verbleiben auf der Umfangsfläche die schon erwähnten Trennstege 65. Auf der Stirnseite der Kolbenabschnitte sind zwischen den Feinsteuernuten 62 jeweils Trennstege 66 gebildet.
  • Über die Feinsteuernuten wird eine Verbindung zwischen zwei Kanälen im Ventilgehäuse 10 ermöglicht, sobald die Feinsteuernut eines die Kanäle trennenden Kolbenabschnitts aus einer Überdeckung heraus in einen der Kanäle verschoben wird. Ein durch die Feinsteuernuten 60, 62, 63 gebildeter Öffnungsquerschnitt hängt von der Fluideintrittsfläche der Feinsteuernut und von der Tiefe der Feinsteuernut ab. Beide Parameter hängen aufgrund der Form der Feinsteuernuten 60, 62, 63 in stetiger Weise mit der Verschiebung des Ventilkolbens 12 zusammen. Dadurch ergibt sich eine stetige, kontinuierlich steiler werdende Durchflusskennlinie.
  • Durch die sich in Strömungsrichtung kontinuierlich aufweitende Form der Feinsteuernut und durch die stumpfwinklige Eintrittskante wird eine laminare Strömung in der Feinsteuernut begünstigt. Insbesondere strömt das Fluid über keine rechtwinkligen Kanten oder rechtwinklige Einstiche, an denen Verwirbelungen auftreten können. Dadurch ist selbst bei einem hohen Druckabfall an der Feinsteuernut noch eine laminare Strömung durch die Feinsteuernut gewährleistet.
  • Wie in 3 zu erkennen ist, lässt sich ein großer Anteil der Stirnfläche des Kolbenabschnitts 56 durch Feinsteuernuten 62 durchbrechen. Somit kann auch bei einem Ventilbetrieb, bei dem der Kolbenabschnitt 56 in Überdeckung mit einer Gehäusekante bleibt, ein großer Öffnungsquerschnitt erzielt werden. Der Kolbenabschnitt 56 ist auch dann, wenn er eine große Zahl von Feinsteuernuten 62, 63 aufweist, hinreichend stabil, da insbesondere im Bereich des Kolbenhalses 50 ausreichend starke Stege 66 zwischen den Feinsteuernuten 62 verbleiben. Dies ist durch den sich radial aufweitenden Querschnitt der Feinsteuernuten 62 gewährleistet. Auch zwischen den gegensinnig ausgerichteten Feinsteuernuten 62 und 63 verbleiben ausreichend stabile Stege 65.
  • Die Begrenzungsfläche der Feinsteuernuten 60, 62, 63 gegenüber dem jeweiligen Kolbenabschnitt 52, 53, 56 lässt sich auch als Schnittfläche zwischen dem Kolbenabschnitt und der Mantelfläche eines Kreiszylinders beschreiben, der mit der Ventilkolbenachse einen spitzen Winkel kolbenabschnittsseitig einschließt. Dieser Winkel beträgt in dem dargestellten Beispiel 30°. Diese Betrachtungsweise wird aus dem nachfolgend beschriebenen Fertigungsverfahren deutlich.
  • Ein Fertigungsverfahren für die Feinsteuernuten 60, 62 und 63 wird anhand der 4 erläutert. Ein Kolbenrohling 70, der einen Kolbenhals 72 und einen von dem Kolbenhals vorstehenden, kreisringförmigen Kolbenabschnitt 74 besitzt, wird einer spanenden Bearbeitung unterzogen. Dazu wird ein sogenannter Fingerfräser 80, ein kreiszylindrisches Fräswerkzeug, das an seiner Mantelfläche Schneiden aufweist, eingesetzt. Mit dem Fingerfräser 80 wird entlang einer Einstichachse 82 eine Einstichbewegung durchgeführt, um im Bereich 75 des Kolbenabschnitts 74 eine Feinsteuernut auszufräsen. Im dargestellten Längs schnitt ist der Bereich 75 durch die Nutgrundlinie 77 der zu fertigenden Feinsteuernut begrenzt. Die Nutgrundlinie 77 verläuft parallel zu der Einstichachse 82.
  • Die Rotations- und Zylinderachse des Fingerfräsers 80 entspricht der Achse 82, entlang derer die Einstechbewegung ausgeführt wird. Die Einstichachse 82 schneidet die Ventilkolbenachse kolbenabschnittsseitig unter einem spitzen Winkel α. In dem dargestellten Beispiel beträgt α = 30°. Fertigungstechnisch sind Winkel von z.B. 10° bis 80° problemlos möglich. Die Tiefe der Einstechbewegung ist so gewählt, dass am Kolbenhals kein Materialabtrag erfolgt. Die Einstichachse 82 ändert während der Einstechbewegung ihre Lage im Raum nicht. Um Überstände an der Kante 76 des Kolbenabschnitts 74 zu vermeiden, verläuft die Einstichachse 82 durch die Kante 76 oder radial außerseitig der Kante 76.
  • Das beschriebene Herstellungsverfahren zeichnet sich durch seine einfache und kostengünstige Durchführbarkeit aus, da ein Standardwerkzeug verwendet wird. Außerdem lässt sich eine Feinsteuernut in einem einzigen Einstechvorgang fertigen. Somit wird die Bearbeitungszeit für den Ventilkolben minimiert.
  • Durch die Variation des Winkels α, unter dem der Einstechvorgang durchgeführt wird, lassen sich eine Vielzahl verschiedener Durchflusskennlinien für die Feinsteuernuten verwirklichen. Ein größerer Winkel α entspricht einem steileren Anstieg der Durchflusskennlinie und einem größeren maximalen Öffnungsquerschnitt. Ohne Werkzeugwechsel lassen sich alleine durch Variation des Einstechwinkels hintereinander Feinsteuernuten mit verschiedenen Eigenschaften fertigen. Weitere Möglichkeiten für die Variation der Öffnungskennlinie ergeben sich durch die Verwendung von Werkzeugen mit verschieden starken Durchmessern. Die Länge der Feinsteuernut entspricht dem Betätigungsweg zwischen Öffnungsbeginn des Ventils und dem Ende des Überdeckungsbereiches. Diese Länge ist meist durch den Ventiltyp und die Gestaltung des Ventilgehäuses schon vorgegeben.
  • In 5 ist ein Schnittbild eines Ventilkolbens 90 mit einer Feinsteuernut 94 gezeigt, die eine größere Freiheit bei der Gestaltung der Durchflusskennlinie erlaubt und trotzdem einfach zu fertigen ist. Wie zuvor weist der Ventilkolben einen Kolbenhals 91 und einen von dem Kolbenhals 91 radial vorstehenden Kolbenabschnitt 92 auf. In den Kolbenabschnitt 92 ist eine Feinsteuernut 94 geschnitten.
  • Die Feinsteuernut besteht aus 3 Abschnitten 94a, 94b und 94c. Eine Nutgrundlinie 93 verläuft in den einzelnen Abschnitten 94a, 94b und 94c jeweils entlang einer Geraden. Der Winkel α1, α2 und α3, den die Nutgrundlinie 93 in ihren einzelnen Abschnitten jeweils mit der Kolbenachse einschließt, wird zur stirnseitigen Öffnung der Feinsteuernut hin steiler. Dadurch lässt sich eine progressive Öffnungskennlinie erzielen. Die Durchflusskennlinie kann durch die Veränderung der Längen der Abschnitte und durch die Veränderung der Winkel α1, α2 und α3 der abschnittsweise geraden Nutgrundlinie 93 sehr detailliert beeinflusst werden.
  • Die Herstellung einer solchen Feinsteuernut erfolgt zweckmäßig und effizient durch 3 aufeinanderfolgende Einstichbewegungen mit dem Fingerfräser 80. Dazu wird eine erste Einstichbewegung, bei der die Rotationsachse des Fingerfräsers 80 dem Winkel α1 entspricht, eine zweite Einstichbewegung mit dem Winkel α2 und eine dritte Einstichbewegung mit dem Winkel α3 durchgeführt.
  • Selbstverständlich kann auch eine Feinsteuernut mit mehr als 3 oder mit nur 2 Abschnitten gefertigt werden. Die Anzahl der Einstichbewegungen entspricht zweckmäßigerweise der Anzahl der Abschnitte.
  • Die 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Ventilkolben 95 mit einer weiteren Variante einer Feinsteuernut 99. Der Ventilkolben weist einen Kolbenhals 96 und einen Kolbenabschnitt 97 auf. Die Feinsteuernut 99 besitzt im Längsschnitt eine konvex gekrümmt Nutgrundlinie. Dies kann dadurch erzielt werden, dass der Winkel zwischen der Rotationsachse des Fingerfräsers 80 und der Kolbenachse während dem Einstichvorgang kontinuierlich vergrößert wird. Die Feinsteuernut 99 führt zu einer besonders glatten Durchflusskennlinie.
  • Alternativ zu der in 4 dargestellten Herstellung kann die Einstechbewegung auch senkrecht zur Rotationsachse des Fingerfräsers 80 erfolgen.
  • Dadurch vereinfacht sich der Einstechvorgang für Feinsteuernuten, die tiefer als der Radius des Fingerfräsers 80 geschnitten werden.
  • Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Ventilscheibe ist Teil einer sogenannten LUDV-Steuerung, bei der die Verteilung des Hydraulikfluids lastdruckunabhängig erfolgt. Die gemäß der vorangehenden Beschreibung angegebenen Feinsteuernuten lassen sich jedoch in vorteilhafter Weise in allen Ventilen einsetzen, bei denen mittels eines Schiebers eine feinfühlige Mengensteuerung eines Volumenstroms gewünscht ist. Insbesondere sind Ventilkolben mit derart geformten Feinsteuernuten in stetig verstellbaren Wegeventilen einsetzbar. In Druckregelventilen, Druckwaagen, etc. gewährleisten Ventilkolben mit den beschriebenen Feinsteuernuten ein sanftes Einsetzen des Regelvorgangs.
  • 1
    Wegeventilscheibe
    10
    Ventilgehäuse
    12
    Ventilbohrung
    14
    Ventilkolben
    16
    Steuerdeckel
    17
    Steuerdeckel
    18
    Hydraulikfluidversorgungskanal
    20
    Hydraulikfluidrückführkanal
    21
    Hydraulikfluidrückführkanal
    22
    Kanal
    24
    Druckwaage
    25
    Lastdruckmeldeanschluss
    26
    Ausgangskanal der Druckwaage
    27
    Rückschlagventil
    28
    Rückschlagventil
    29
    Verbraucheranschluss
    30
    Verbraucheranschluss
    31
    Sekundärdruck-/Einspeiseventil
    32
    Sekundärdruck-/Einspeiseventil
    50
    Kolbenhals
    52
    Kolbenabschnitt
    53
    Kolbenabschnitt
    54
    Kolbenabschnitt
    55
    Kolbenabschnitt
    56
    Kolbenabschnitt
    60
    Feinsteuernut
    62
    Feinsteuernut
    63
    Feinsteuernut
    65
    Trennsteg
    66
    Trennsteg
    67
    Eintrittskante
    68
    Kolbenabschnittskante
    69
    Kolbenabschnittskante
    70
    Kolbenrohling
    72
    Kolbenhals
    74
    unbearbeiteter Kolbenabschnitt
    75
    Kolbenabschnittsbereich, in den die Einstechbewegung erfolgt
    76
    Kolbenabschnittskante
    77
    Nutgrundlinie
    80
    Fingerfräser
    82
    Achse der Einstechbewegung
    90
    Ventilkolben
    91
    Kolbenhals
    92
    Kolbenabschnitt
    93
    Nutgrundlinie
    94
    Feinsteuernut, Abschnitte 94a, 94b und 94c
    95
    Ventilkolben
    96
    Kolbenhals
    97
    Kolbenabschnitt
    98
    Nutgrundlinie
    99
    Feinsteuernut

Claims (12)

  1. Ventilkolben für ein hydraulisches Ventil (1) mit einem sich entlang einer Kolbenachse erstreckenden Kolbenhals (50) und mit einem radial über den Kolbenhals (50) herausragenden kreisringförmigen Kolbenabschnitt (52, 53, 56), dessen Umfangsfläche in Axialrichtung durch eine Kante begrenzt ist, die durch eine in dem Kolbenabschnitt (52, 53, 56) ausgebildete, sich entlang der Axialrichtung erstreckende und sich zu der Kante hin radial vertiefende Feinsteuernut (60, 62, 63) durchbrochen ist, wobei in der Feinsteuernut (60, 62, 63) eine Nutgrundlinie (77) gebildet ist, die in einem Längsschnitt des Ventilkolbens einer stetigen Kurvenlinie folgt, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Punkt der Nutgrundlinie (77) eine Schnittlinie zwischen einer Begrenzungsfläche der Feinsteuernut (60, 62, 63) und einer in diesem Punkt senkrecht auf der Nutgrundlinie (77) stehenden Fläche eine konstante Krümmung oder eine U-Form, deren gekrümmter Abschnitt halbkreisförmig ist, aufweist.
  2. Ventilkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutgrundlinie (77; 94) einen geraden Abschnitt aufweist, der mit der Kolbenachse einen spitzen Winkel, der zu der Feinsteuernut (60, 62, 63; 94) hin öffnet, einschließt.
  3. Ventilkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutgrundlinie (77) einer geraden Linie entspricht, die mit der Kolbenachse einen spitzen Winkel, der zu der Feinsteuernut (60, 62, 63) hin öffnet, einschließt.
  4. Ventilkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem zur Nutgrundlinie (77) senkrechten Querschnitt die Tiefe der Feinsteuernut (60, 62, 63) geringer als ein Krümmungsradius der Schnittlinie ist.
  5. Ventilkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutgrundlinie (77) der Feinsteuernut (60, 62, 63) die radiale Ausdehnung des Kolbenhalses (50) nicht unterschreitet.
  6. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung der Feinsteuernut (60, 62, 63) den Schritt umfasst, eine von der Umfangsfläche des Kolbenabschnitts (74) ausgehende Einstechbewegung schräg zur Kolbenachse mit einem um eine Rotationsachse rotierenden Werkzeug (80) in den Kolbenabschnitt (74) auszuführen und dass die Rotationsachse des Werkzeugs während der Einstechbewegung einer Bewegungsachse der Einstechbewegung entspricht oder senkrecht auf der Bewegungsachse steht.
  7. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse mit der Kolbenachse einen spitzen Winkel, der zu der Feinsteuernut (60, 62, 63) hin öffnet, einschließt.
  8. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Werkzeug (80) um einen Fingerfräser handelt.
  9. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinsteuernut (60, 62, 63) ein einer einzigen Einstechbewegung gefertigt wird.
  10. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinsteuernut (94) in mehreren Einstechbewegungen gefertigt wird.
  11. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Rotationsachse des Werkzeugs (80) während einer Einstechbewegung konstant ist.
  12. Herstellungsverfahren für einen Ventilkolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Rotationsachse des Werkzeugs (80) während einer Einstechbewegung steiler wird.
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