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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisches/pneumatisches Steuerventil
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Ein
gattungsmäßiges Steuerventil
mit Fall-Safe Funktion ist aus der
DE-A-103
08 910 bekannt und findet Verwendung insbesondere bei Steueraufgaben
in Bereich der Mobilhydraulik. Die Sicherheitsfunktion besteht darin,
dass im Fehlerfall in jeder Wegposition, in die das Ventil durch
eine Betätigungseinrichtung
bewegt wird, ein an der Anschlussstelle A angeschlossenes hydraulisches Steuerorgan
drucklos geschaltet sein soll. Dies wird dadurch realisiert, dass
eine druckbeaufschlagte Anschlussstelle P mit einer oder mehreren
weiteren Anschlussstellen T verbunden wird, die mit einem oder mehreren
Behältern
verbunden ist, und diesen Anschluss damit entlastet.
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Bei
dem vorbekannten Ventil wird die Sicherheitsfunktion durch ein Ventilteil
gebildet, in das ein Steuerschieber integriert ist. Der Schieber
weist hierzu eine koaxiale Bohrung auf, die als Entlastungskanal
ausgebildet ist, der über
einen Querkanal und Steuerausnehmungen in Form einer Ringnut am
Umfang des Steuerschiebers mit der Verbraucheranschlussstelle verbunden
ist. Die durch einen Stößel eines
Betätigungselementes
gebildete Stirnseite des Steuerschiebers ist offen und mündet in
einen Steuerraum. Die Querbohrung ist so ausgebildet, dass sie sowohl
in der ersten Stellung, in welcher der Steuerschieber nicht betätigt wird, und
in einer zweiten Stellung, sowie in jeder Zwischenstellung zwischen
den beiden Stellungen, in der er betätigt wurde, mit der Anschlussstelle
für den
Verbraucher verbunden ist.
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Durch
diese Anordnung wird die Herstellung des Ventils erheblich verteuert,
da systembedingt zusätzliche
Bohrungen im Steuerschieber und in der Umhüllung notwendig sind, deren
Herstellung eine hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich machen. Ferner
ist bei einer Funktionsstörung
des Ventils die Entlastung nur über
einen zusätzliche
Tank oder Behälter
zu realisieren. Angestrebt wird aber eine Entlastung zum Tank, der
auch für
den Normalbetrieb vorgesehen ist.
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DE 41 33 536 C2 zeigt
ein Hydraulikmagnetventil mit Fail-Safe Funktion. Die Abdichtung
zwischen einem als Ankerstange wirkenden Betätigungsstößel und einem Ventilschieber
erfolgt durch ein im Schieberkopf angeordnetes Kugelsitzventil, dass
jeweils bei Funktionsstörung
durch den Druckaufschlag aus seinem Sitz angehoben wird und über eine
leitungsmäßige Verbindung
einen Verbraucheranschluss zum Tank hin entlastet.
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US 5,209,261 A zeigt
ein Schieberventil mit Fail-Safe Funktion mit einer durchgehenden
Bohrung im Steuerschieber. Die Abdichtung zwischen einem Betätigungselement
und der durchgehenden Öffnung
am Schieber an dieser Stelle wird durch ein Sitzventil realisiert,
dessen Sitzkörper
die Öffnung verschließt. Durch
eine rückseitige
Druckfeder wird die Öffnung
des Schiebers gegen den Schließkörper gepresst.
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Aufgabenstellung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Steuerventil
in Fail-Safe Funktion zur Verfügung
zu stellen, bei dem die Sicherheitsfunktion ohne den oben erwähnten konstruktiven
Mehraufwand realisiert wird. Die Aufgabe wird in Verbindung mit
dem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
1 gelöst.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass während einer Beaufschlagung
eines Steuerschiebers durch das Betätigungselement durch die kraft – und formschlüssige Abdichtung
am Kopf des Betätigungselementes
im Normalbetrieb keine oder nur geringe Leckagen an der Stelle auftreten
können,
so dass kein Druckverlust am Anschluss A eintritt. Bei einer Funktionsstörung hingegen,
wenn die Verbindungsstelle zwischen dem Betätigungselement und der Steueröffnung geöffnet ist,
wird ein aufgebauter Druck an der Anschlussstelle A durch den Entlastungskanal
im Steuerschieber zu der Kopfstelle des Schiebers im Stauraum geführt und
durch die leitungsmäßige Verbindung
zwischen dem Stauraum und der Anschlussstelle T zum Tankanschluss
abgebaut.
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Zusatzleitungen
im Steuerschieber, über
die bisher laut Stand der Technik die Sicherheitsfunktion realisiert
wird, sind bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil
nicht mehr notwendig. Um die Fail-Safe Funktion zu gewährleisten,
muss der Steuerschieber eines konventionellen Ventils lediglich
leicht modifiziert werden. Es können
zum Beispiel für
das Ventil Steuerschieber mit der gleichen Au ßenkontur verwendet werden,
wie für
Ventile, die ausschließlich
in „Normalfunktion" arbeiten. Die einzige
Voraussetzung für
die Verwendung bei Ventilen in Fail-Safe Funktion ist, dass sie eine durchgehende
koaxiale Bohrung als Entlastungskanal aufweisen.
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In
der Normalfunktion liegt der abgedichtete Kopf des Betätigungselementes
direkt an der Steueröffnung
des Steuerschiebers. Die Steueröffnung
des Schiebers ist durch die Abdichtung verschlossen. Die Normalfunktion
kann durch zwei Positionen beschrieben werden. In einer als erste
Position bezeichnete Stellung des Schiebers ist der druckbeaufschlagte Anschluss
P über
den Entlastungskanal direkt mit dem Arbeitsanschluss verbunden.
Der Abfluss zum Tankanschluss ist gesperrt. Der Stauraum ist jedoch über eine
leitungsmäßige Verbindung
permanent mit der Anschlussstelle T verbunden. Durch die weiter abgedichtete
Verbindungsstelle der Steueröffnung des
Steuerschiebers erfolgt kein Druckabfall am Verbraucher A.
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In
der zweiten Position des Steuerschiebers ist der Druckanschluss
P gesperrt. Der Verbraucher A wird jetzt über den Ausgleichskanal im
Steuerschieber über
den mit dem Kanal verbundenen Tankanschluss T verbunden. Für diesen
Fall hat die Abdichtung der Steueröffnung lediglich Abdichtfunktion, die
ein übermäßiges Eindringen
des Fluids des Ventils in den Bereich der Betätigungseinrichtung verhindert.
Die Verbindung des Anschlusses P mit dem Tankanschluss ist durch
die axiale Schieberposition gesperrt.
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In
beiden die Normalfunktion charakterisierenden Positionen des Steuerschiebers
ist somit die Ventilsteuerfunktion für den Verbraucher garantiert.
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Bei
einer Funktionsstörung
des Ventils wird die Ansteuerung des Betätigungselementes beendet, wenn
beispielsweise der Steuerschieber zwischen den beiden Position auf
Grund von Verschmutzungen oder ähnlichem
blockiert ist. Der Steuerschieber wird in eine Position gebracht,
bei der die Kopfstellen von Steuerschieber und Betätigungselement
im Abstand zueinander stehen. In dieser Position, die zwischen der
oben beschriebenen ersten und der zweiten Position des Steuerschiebers
liegt, ist der Anschluss T von dem Verbraucheranschluss A des Ventils
zwar gesperrt, die Verbindung von A zu der Druckanschlussstelle
P ist je doch noch geöffnet,
so dass der Anschluss A noch druckbeaufschlagt wird. Eine Entlastung
dieser druckbeaufschlagten Anschlussstelle A erfolgt zunächst in
Verbindung mit der als koaxiale Bohrung im Steuerschieber ausgeführten Entlastungskanals,
dessen Steueröffnung
jetzt geöffnet
ist und in einen Stauraum mündet.
Dieser Raum weist erfindungsgemäß eine leitende
Verbindung zur Anschlussstelle des Tankes T auf, so dass auf diesem
Wege immer eine Druckentlastung des Verbraucherstelle A sichergestellt
ist. Die Verbindung des Entlastungskanals über den Stauraum zu der Anschlussstelle
T bleibt aufrecht.
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Nach
dem Stand der Technik werden leitungsmäßige Verbindungen zwischen
dem Stauraum und der Umgebung bei hydraulisch/pneumatischen Steuerventilen
zum Antrieb eines Arbeitsgerätes oder
einer Antriebssteuerung ausschließlich zur Entlüftung oder
Entleerung des Ventils oder der Betätigungseinrichtung des Fluids
verwendet. Eine Verwendung dieser Leitungen für Sicherheitseinrichtungen
und zu Fail-safe Funktion ist dem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Abdichtung am Kopf des Betätigungselementes
mit einem Elastomermaterial durchzuführen. Dieses Material dient
der besseren Abdichtung der Steueröffnung. Die Abdichtung kann
z. B. durch einen am Kopfende des Betätigungselementes angebrachten Pfropfen
oder durch eine Beschichtung der Stirnseite realisiert werden. Die
Form der Abdichtung kann vorteilhaft entweder als Elastomerkolben
oder -kegel erfolgen. In einer ersten Ausführung kann das Elastomermaterial
die gesamte radiale Fläche
einnehmen. Damit ist je nach verwendetem Material des Elastomers
eine elastische Kontaktstelle vorgesehen, die ein hartes Aufprallen
des Betätigungselementes
auf den Steuerschieber an der Verbindungsstelle verhindert oder
abmildert. Durch diese Maßnahme
werden Verschleißerscheinungen
der beiden Bauelemente verhindert oder erheblich reduziert.
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Zur
besseren Einpassung ist es vorteilhaft, wenn die Elastomerabdichtung
in eine maulartige, axiale Ausnehmung des Kopfteiles des Betätigungselementes
eingefasst ist und bündig
in radialer Richtung mit dem Kopfteil abschließt. Der Öffnungsdurchmesser des Maules
entspricht dem Durchmesser der Steueröffnung des Steuerschiebers,
so dass durch das eingelagerte Elastomermaterial die Abdichtung erfolgt.
Die Kraftübertragung
von der Betätigungseinrichtung
auf den Kopf des Steuerschiebers erfolgt dabei ausschließlich durch
die äußere koaxiale
Ringkontaktfläche
des Kopfes des Betätigungselementes.
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Als
weitere elastomer Abdichtung ist auch eine Abdichtung über O-Ringe
vorteilhaft, die in einer umfangmäßig angeordneten Nut an der
Stirnseite des Betätigungselementes
angeordnet sind. Konstruktiv lässt
sich die O-Ringabdichtung durch einen an der Stirnseite angeordneten
zylindrischen Zapfen realisieren, auf dessen Außenumfang die O-Ringe angeordnet
sind.
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Wenn
in besonderen Einsatzfällen
des Ventils eine elastomere Abdichtung nicht möglich ist, kann die Abdichtung
auch als eine plane Fläche
des Stirnteiles des Betätigungselementes
ausgeführt sein.
Das Betätigungselement
ist in diesem Falle an der Verbindungsstelle als volle Kolbenfläche ausgeführt, die
die koaxiale Öffnungsbohrung
des Steuerschiebers abdichtet.
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Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit
der Abdichtung besteht darin, dass Betätigungselement als Dichtstößel auszuführen. Der
Kopf des Betätigungselementes
ist in dieser Ausführung
als Messingkegel ausgeführt,
dessen Spitze in die offene Stirnseite des Steuerschiebers eindringt
und diese Stelle abdichtet.
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Der
Dichtstößel kann
ferner in einer weiteren vorteilhaften Ausführung in Form einer Hülse aufgebaut
sein, deren äußerer Hülsenboden
die Abdichtfläche
gegenüber
der Bohrung des Steuerschiebers bildet. Im Inneren der Hülse ist
eine Kugel oder ein anderer geformter Sitzkörper lose angeordnet und wird
von der Stirnseite des in die Hülsenöffnung eintauchenden
Kopf des Betätigungselementes
in Ihre Position gehalten. Das Betätigungselement stößt gegen
die Kugel, die damit den äußeren Hülsenboden gegen
die Steueröffnungsbohrung
drückt.
Eine solche Konstruktion verhindert ein Verkanten der Verbindungsstelle,
so dass immer eine vollständige
Abdichtung ermöglicht
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die
leitungsmäßige Verbindung
innerhalb der äußeren Umhüllung des
Ventils angeordnet und verläuft
parallel zum Entlastungskanal des Steuerschiebers. Sind weitere
Anschlussstellen an die Umgebung vorgesehen, so kann selbstverständlich diese Verbindung
auch zu diesen Stellen geführt werden.
Entscheidend ist nur, dass bei offener Verbindungsstelle zwischen
Steuerschieber und Betätigungselement
eine Druckentlastung des Stauraumes garantiert ist.
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Zur
Verbesserung des Druckausgleiches zwischen der Stirnseite des Steuerschiebers
und des Betätigungselementes
weist der Steuerschieber in dem Staurum eine Rückstelleinrichtung auf, die zweckmäßig als
Druckfeder ausgeführt
ist. Der Kopf des Steuerschiebers im Stauraum weist zu diesem Zweck
radiale Schultern auf. Das eine Ende der Druckfeder stützt sich
dort ab während
das andere Ende gegen den von der Verbindungsstelle abgewandten
Boden des Stauraumes drückt.
Durch diese Anordnung wird zusätzlich
sichergestellt, dass der Kopf der Betätigungselementes in jeder Schaltposition
des Steuerschiebers immer in Anlage an die Steueröffnung des
Schiebers liegt und Leckageverluste im Normalbetrieb durch Undichtigkeiten
vermieden werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung
der Erfindung umfasst insbesondere als Betätigungseinrichtung einen Elektromagneten,
dessen Anker mit axial verlängertem
Stangenstößel das
Betätigungselement
bildet, an dessen Kopf die Abdichtung angeordnet ist. Für hydraulische
Steuerungsfunktionen wird vorzugsweise ein Proportionalmagnet verwendet,
dessen Hub/Strom Kennlinie der axialen Verschiebung des Steuerschiebers
entspricht.
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Für die sichere
Funktionsweise sowohl in der Normalfunktion als auch in der Fail-Safe
Funktion ist es weiter vorteilhaft, wenn der Anker des Elektromagneten
mit einer zusätzlichen
koaxialen Abdichtung gegenüber
seinen Ankergegenstück
versehen ist, die im axialen Abstand zur Abdichtung der Verbindungsstelle
angeordnet ist. Durch diese Maßnahme
wird verhindert, dass das durch den hohlen Steuerschieber einströmende hydraulische
Medium, insbesondere bei offener Verbindungsstelle des Steuerschiebers mit
dem Ankerstößel, nicht
in den Ankerraum des Magneten strömen kann, und ausschließlich durch die
Entlastungsleitung vom Stauraum zur Anschlussstelle T strömt.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
den im Folgenden beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen.
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Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
in einer Längsschnittdarstellung eine
erste Ausführungsform
des erfinderischen Steuerventils in einer Gesamtansicht.
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2 zeigt
in einer Längsschnittsdarstellung eine
zweite Ausführungsform
des erfinderischen Steuerventils in einer Gesamtansicht.
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3a bis 3c zeigen
in Längsschnittdarstellungen
Details der 1.
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Bei
dem in 1 dargestelltem hydraulischen Steuerventil handelt
es sich um ein als Sicherheitsventil in Fail-Safe Funktion arbeitendes
3/2 Wege Proportional-Druckminderventil, d. h. der zu regelnde Druck
steht an der Stirnfläche
eines Steuerschiebers 3 eines Ventilteils 17 des
Steuerventils an und wirkt einer durch eine Betätigungseinrichtung 2 eines
Betätigungselementes 1 erzeugten
Kraft und der durch eine Rückstelleinrichtung 5 erzeugten
Gegenkraft entgegen.
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Das
Ventilteil 17, das im Wesentlichen die rechte Seite der 1 einnimmt,
besteht aus einem hülsenartigen
Ventilkörper 12 und
weist, an seiner linken Stirnseite angeordnet, eine mit A gekennzeichnet
Anschlussstelle eines Verbrauchers auf, der über eine Druckleitung 4,
die mit einem Druckanschluss P verbunden ist, und mit einem Arbeitsmedium
z. B. Hydrauliköl
versorgt wird. Bei dem Verbraucher kann es sich entweder um die
direkte hydraulische Steuerung eines Antriebs- oder Arbeitssystem
handeln oder um die Steuerung von Vorsteuerventilen für derartige
Systeme. Als weitere Anschlussstelle weist der Ventilkörper 12 auf
seinem Umfang eine dritte Anschlussstelle für einen Tank T auf. Der als
Zylinder ausgestaltete Steuerschieber 3 weist in seinem
Inneren einen koaxialen Entlastungskanal 6 auf, der sich axial über seine
gesamte Länge
erstreckt. Die Fail-Safe Funktion des in 1 dargestellten
Ventils besteht darin, dass bei Funktionsstörungen die Anschlussstelle
A in jeder Position des Steuerschiebers entlastet werden soll, A
muss mit T verbundenen sein, gleichzeitig sollte die Verbindung
von A zu P unterbrochen sein.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ventilteil 17 handelte
es sich um ein Teil eines Einbauventils in Patronenbauweise in einen
dafür vorgesehenen
Einbauort (Cavity). Am Außenumfang
des Ventilkörpers 12 sind
jeweils drei O- Ringabdichtungen
ersichtlich. Die Bezugsziffer 19 zeigt die O-Ring Abdichtung
zwischen der Betätigungseinrichtung 2 und
der atmosphärischen
Umgebung des Ventils. In Achsrichtung zwischen den Anschlüssen T und
P und zwischen P und A sind die beiden weiteren O-Ringabdichtungen 20, 21 angeordnet.
Diese trennen in der Cavity die Zuleitungen der einzelnen Anschlüsse von
einander.
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In
einer die gesamte axiale Länge
des Ventilköpers 12 sich
erstreckenden koaxialen Bohrung 30 ist der Steuerschieber 3 gelagert.
An dem der Betätigungseinrichtung 2 entgegen
gesetztem Ende des Ventilkörpers 12 mündet die
Bohrung 30 direkt in die Verbraucheranschlussstelle A.
Der Steuerschieber 3 weist an seinem äußeren Umfang im axialen Bereich zwischen
den Anschlüssen
P und T eine axiale Ausnehmung 31, und eine mit dieser
Ausnehmung verbundenen radiale Verbindung 32 auf, die mit
dem koaxialen Entlastungskanal 6 im Inneren des Steuerschiebers 3 verbunden
ist. Dieser Entlastungskanal 6 erstreckt sich über die
gesamte axiale Länge
des Steuerschiebers 3 von der Anschlussstelle A bis zu einer
Verbindungsstelle 10 am anderen Ende.
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Der
Ventilkörper 17 weist
an seinem der Betätigungseinrichtung 2 zugeordneten
Ende eine koaxialen Ausnehmung auf, die einen Stauraum 7 bildet, in
dem die Rückstelleinrichtung
gegen die Kraftwirkung des Bestätigungselementes 2 wirkt.
Die Rückstelleinrichtung
ist als Druckfeder um den Außendurchmesser
des Steuerschiebers 3 angeordnet und drückt mit ihrem axial linken
Ende gegen den Boden der Ausnehmung und mit dem anderen Ende gegen eine
Schulter des Kopfes des Steuerschiebers 3 in diesem Bereich.
Der Entlastungskanal 6 des Steuerschiebers 3 mündet an
diesem Kopfende in eine Steueröffnung 8.
Die Öffnung
ist in der dargestellten Position des Schiebers 3 an der
Verbindungsstelle 10 mit dem Kopf des Betätigungselementes 1 fest
verschlossen.
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Der
Ventilkörper 12 weist
ferner eine axial im Inneren des Körpers angeordneten leitungsmäßige Verbindung 34 auf,
durch die eine leitende Verbindung des Stauraumes 7 mit
dem Tankanschluss T herstellt wird. Die Verbindungsleitung 34 sorgt
in der Normalfunktion für
eine Entlüftung
oder Entleerung des Fluids, welches sich in dem Stauraum oder in
der Betätigungseinrichtung 2 beim
Betrieb sammelt. Bei geöffneter
Stellung der Steueröffnung 8 und
geöffnetem
Anschluss stelle P erfüllt
die Leitung 34 die Funktion, dass durch diese Maßnahme der
Anschluss A eine direkte Verbindung zum Anschluss T erhält und somit
entlastet wird. In der in 1 dargestellten
Position des Steuerschiebers 3 ist bei einem Funktionsausfall
eines Verbrauchers eine Entlastung des Anschlusses A über den
Entlastungskanal 6, der radialen Verbindung 32 und
der axialen Ausnehmung 31 zum Tankanschluss T sichergestellt.
Der Anschluss P, also die Druckzuführung, ist gesperrt.
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Als
Betätigungseinrichtung 2 zeigt 1 einen
topfartig gestalteten Elektromagneten in der Bauweise als Proportionalmagnet.
Bei entsprechender Auslegung einer Kraft-Hubkennlinie des Magneten
wird ein proportionaler Zusammenhang zwischen Magnetstrom und dem
am Steuerschieber 3 anstehenden Druck erzielt. Die Magnetteile 28 des
Elektromagneten werden von einem topfartigen Gehäusetopf 29 umgeben,
an dessen Topfboden ein Stecker 22 für die Bestromung einer in einem
Spulenkörper 26 angeordneten
Wicklung 25 vorgesehen ist. In dem Gehäusetopf 29 eingelagert
ist das Joch mit einer Jochscheibe 23. Der magnetische
Fluss wird über
die Wicklung 25, über
ein nichtmagnetisches Material, einem als Hohlzylinder ausgestalteten
Anker 14 und den die Kennlinie beeinflussenden Ankergegenstück geschlossen,
das im Bereich des Arbeitshubes des Ankers 14 als Konus 15 gestaltet
ist, der sich gegen die Hubrichtung verjüngt. Die vom magnetischen Feld
erzeugte Kraft bewirkt auf den Anker 14 eine in axialer
Richtung nach links gerichtete Hubbewegung.
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Der
Anker 14 ist über
eine Lagerbuchse 24 in einer als Topf ausgestalteten Druckhülse 27 geführt, die
sich axial von dem sich in Richtung des Ventilkörpers 12 angeordneten
Ende des Magnetteiles 28, entlang des Außenumfanges
von Konus 15 und Anker 14 erstreckt und dort fest
sowohl mit dem Spulenkörper 26,
als auch mit dem Ankergegenstück
verbunden ist, und an ihrem Topfboden die der Hubrichtung entgegengesetzte
Stirnseite des Ankers 14 umfasst. Zwischen dem Ankergegenstück und der Druckhülse 27 ist
zusätzlich
als Abdichtung des Magnetteiles 28 gegenüber Umgebungsmedien
eine zusätzliche
O-Ringabdichtung 18 vorgesehen.
In der zur Hubrichtung weisenden offenen Stirnseite des Ankers 14 ist
eine als Stößel 13 ausgestaltete
Stange eingelassen, die durch eine durchgehende koaxiale Öffnung des
Ankergegenstückes
an ihrem anderen Ende den Kopf des Betätigungselementes 1 bildet. Innerhalb
der Öffnung
des Ankergegenstückes
ist der Stößel 13 durch
eine Lagerbuches 16 gelagert.
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Durch
die Hubbewegung des Stößels 13 wird der
Steuerschieber 3 in eine Position nach links in 1 verschoben,
bei der der Anschluss P über
die radiale Bohrung 32 und ggf. über die axiale Ausnehmung mit
dem Entlastungskanal 6 des Steuerschiebers 3 verbunden
ist. Die Verbindungsstelle 10 zwischen der Steueröffnung 8 und
dem Kopf des Stößels 13 ist
durch das Anliegen der magnetischen Kraft verschlossen. Der Arbeitsanschluss
A wird mit Druck versorgt.
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Erfindungsgemäß weißt der Kopf
des Stößels 13 an
seiner Stirnseite eine Abdichtung 9 auf, die die Steueröffnung 8 in
der in 1 darstellten Position des Steuerschiebers 3 verschließt. In der
Ausführung
nach 1 umfasst die Abdichtung 9 ein Elastomermaterial 11,
welches in einer koaxialen Ausnehmung der Stirnseite des Stößels 13 angeordnet
ist. Das Elastomermaterial 11 ist als Kegel in die Ausnehmung
eingepresst.
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Die
Ausführung
gemäß der 2 unterscheidet
sich lediglich in der Art der Abdichtung 9 von der Ausführung in 1.
Daher werden im Folgenden für
gleiche Funktionen die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 1.
Die Materialpaarung aus Stößelmaterial
(Stahl) und Elastomermaterial 11 (1) ist in
dieser Ausführung
als O-Ring-Abdichtung 33 ausgeführt. Die in Richtung der Steueröffnung 8 gerichtete
Stirnseite des Stößelkopfes
weist hierzu einen radialen Zapfen aus, der als Aufnahme für die O-Ringabdichtung 33 vorgesehen
ist. Die Abdichtung der Verbindungsstelle 10 zwischen dem Stößel und
der Steueröffnung 8 erfolgt
außenumfangs
durch die O-Ringe 33, während
die Kraftübertragung
auf den Steuerschieber 3 durch den Stahl des Stößels 13 erfolgt.
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Die
Arbeitsweise der Sicherheitseinrichtung für das erfindungsgemäße Steuerventil
wird im Folgenden an Hand 3a bis 3c erläutert. Die 3a und 3b zeigen
den Normalbetrieb, sowohl in einer nicht aktivierten Stellung der
Betätigungseinrichtung 2 – entsprechend
den Ausführungsformen
von 1 und 2 entspricht diese Position
der eines unbestromten Elektromagneten – als auch einer durch die
Betätigungseinrichtung 2 aktivierten
Position des Steuer schiebers 3, d. h. der Elektromagnet
ist bestromt und der Steuerschieber 3 wird in Richtung
der Hubbewegung des Stößels 13 axial
nach links verschoben. In beiden Positionen ist die Steueröffnung 8 des
Steuerschiebers 3 geschlossen, Der Kopf des Betätigungselementes 1 liegt
an der Öffnung
an. Die Verbindungsstelle 10 ist kraft und formschlüssig abgedichtet.
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In
der Position nach 3a ist die Anschlussstelle A
für den
Verbraucher über
den Entlastungskanal 6, der radialen Verbindung 32 und
der axialen Ausnehmung 31 zum Tank T entlastet. Die axiale
Ausnehmung 31 des Steuerschiebers 3 endet an ihrem
rechten Ende in Höhe
des Tankanschlusses T und ist mit diesem verbunden. Die radiale
Verbindung 32 ist jedoch axial von der Druckleitung 4 des
Druckanschlusses P entfernt, so dass dieser verschlossen ist. Über die
radiale Verbindung 32 und dem Entlastungskanal 6 ist
der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden. Der Anschluss
für ein Arbeitsgerät oder für ein Vorsteuerventil
eines Antriebes ist somit stillgelegt. Der Steuerschieber 3 wird durch
die als Rückstelleinrichtung 5 wirkende
Druckfeder gegen den Kopf des Betätigungselementes 1 gedrückt. Die
Verbindungsstelle 10 ist verschlossen. Die leitungsmäßige Verbindung 34 parallel
zum Steuerschieber 3 innerhalb des Ventilkörpers 12 übt in dieser
Schieberposition keine Sicherheitsfunktion aus, sondern dient ausschließlich der üblichen
Entlüftung
oder Entleerung für
das Fluid des Steuerventils, das sich innerhalb der Betätigungseinrichtung 2 (Elektromagnet)
gesammelt hat.
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Die
Position der 3b zeigt den Steuerschieber 3 in
einer durch das Betätigungselement 1 aktivierten
Stellung (bestromter Zustand des Elektromagneten nach 1 oder 2).
Der Schieber 3 wird um die Hubbewegung des Betätigungselementes 1 soweit
axial nach links verschoben, bis die radiale Verbindung 32 über der
Anschlussstelle P liegt, gleichzeitig aber der Tankabfluss T verschlossen wird.
Die Verbindungsstelle 10 zum Betätigungselement 1 hin
ist weiterhin verschlossen. Die Anschlussstelle A ist mit der der
Druckleitung 4 und dem Anschluss P leitungsmäßig verbunden.
Jetzt kann am Verbraucher ein Druck für die Betätigung eines Arbeitsgerätes oder
eines Vorsteuerventils für
ein angeschlossenes Antriebsystem aufgebaut werden. Auch in dieser
Position dient die im Ventilkörper 12 angeordnete
leitungsmäßige Verbindung 34 wiederum
nur der Entlüftung
und/oder Entleerung des Stauraumes 7 oder der Betätigungseinrichtung 2 (Elektromagnet).
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Bei
einer Funktionsstörung
wird die Betätigung
(Bestromung) der Betätigungseinrichtung 2 unterbrochen.
Der Stößel 13 wird
axial nach links verschoben. Im Normalfall würde der Steuerschieber 3 durch
die Rückstellfeder 5 der
rückwärtigen Hubbewegung
des Betätigungselementes 1 folgen.
Wenn diese Nachfolgebewegung des Schiebers 3 gestört wird,
er also in der Position der 3b, beispielsweise
durch einen Span, einem andere Gegenstand oder allgemein durch Schmutzpartikel
festhängt,
ist der Arbeitsanschluss – wie
dies 3c zeigt – mit dem
Druckanschluss P immer noch verbunden. Das druckbehaftete Medium
sammelt sich im Stauraum an, es kann aber jetzt durch die leitende
Verbindung 34 des Stauraumes 7 zu dem Tankabfluss
T abfließen.
Der Arbeitsanschluss A ist damit entlastet und die angeschlossenen
Geräte
werden stillgesetzt.
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Die
Erfindung wurde am Beispiel einer Abdichtung aus einer Elastomerabichtung
als Kegel (1) oder als O-Ring Abdichtung 33 (2)
erläutert.
Sie umfasst darüber
hinaus auch weitere Abdichtungsformen, auch insbesondere solche,
bei denen der Kopf des Stößels aus
dem gleichen Material besteht wie das des Betätigungselementes. Dies umfasst
auch Dichtstößel mit
einem zugeordneten Sitzkörper,
der direkt oder über
eine indirekte durch einen inneren Stößel bestätigt wird. Neben den in den
beiden Ausführungsbeispielen
beschriebnen hydraulischen Steuerventilen bezieht sich die Erfindung
auch auf pneumatisch betriebene Ventile. Neben der Betätigungseinrichtung
als Elektromagnet gehören
auch manuell oder elektronisch betätigte oder ausgelöste Schalteinrichtungen
als Betätigungseinrichtungen zum
Offenbarungsinhalt der Erfindung.
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- 1
- Betätigungselement
- 2
- Betatigungseinrichtung
- 3
- Steuerschieber
- 4
- Druckleitung
- 5
- Rückstelleinrichtung
- 6
- Entlastungskanal
- 7
- Stauraum
- 8
- Steueröffnung
- 9
- Abdichtung
- 10
- Verbindungsstelle
- 11
- Elastomermaterial
- 12
- Ventilkörper
- 13
- Stößel
- 14
- Magnetanker
- 15
- Konus
- 16
- Lagerbuchse
Stößel
- 17
- Ventilteil
- 18
- O-Ring
Konus
- 19
- O-Ring
Cavity
- 20
- O-Ring
P-T
- 21
- O-Ring
P-A
- 22
- Stecker
- 23
- Jochscheibe
- 24
- Lagerbuchse
Anker
- 25
- Wicklung
- 26
- Spulenkörper
- 27
- Druckhülse
- 28
- Magnetteil
- 29
- Gehäusetopf
- 30
- Bohrung
- 31
- axiale
Ausnehmung
- 32
- radiale
Verbindung
- 33
- O-Ringabdichtung
- 34
- leitungsmäßige Verbindung
- A
- Anschlussstelle
Verbraucher
- P
- Anschlussstelle
Druckleitung
- T
- Anschlussstelle
Tank