DE102012108428B4

DE102012108428B4 - Schieberventil

Info

Publication number: DE102012108428B4
Application number: DE102012108428.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Ohnmacht; Sören Rosenbaum; Holger Brandenburg
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: DE102012108428A1

Abstract

Schieberventil (1), umfassend: – einen Ventilkörper (3) mit einem axialen Schieberkanal (4), wobei das eine Ende des Schieberkanals (4) eine erste Fluidanschlussöffnung (5) des Schieberventils (1) und wenigstens eine radial zum Schieberkanal (4) verlaufende Durchflussöffnung (7) eine zweite Fluidanschlussöffnung (8) bildet, – einen in dem Schieberkanal (4) axialverschiebbar angeordneten Ventilschieber (9), wobei zur Bildung eines mit der ersten Fluidöffnung (5) in Fluidverbindung stehenden Strömungsdurchganges (10) der Ventilschieber (9) einen hohlzylindrischen Schieberabschnitt (9a) mit wenigstens einer radialen Blendenöffnung (11) aufweist, und – eine Magnetspule (12), dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnfläche (9c) des hohlzylindrischen Abschnittes (9a) des Ventilschiebers (9) zum Freigeben oder Verschließen der Durchflussöffnung (7) als Steuerkante (13) ausgebildet ist, und – die radiale Blendenöffnung (11) des hohlzylindrischen Abschnittes (9a) des Ventilschiebers (9) axial versetzt zur Steuerkante (13) angeordnet ist, derart dass der axiale Abstand (a) zwischen der Steuerkante (13) und der steuerkantenseitigen Mantelfläche (11a) der Blendenöffnung (11) kleiner ist als der Durchmesser (b) der Durchflussöffnung (7) in axialer Richtung des Schieberkanals (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schieberventil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 1 657 431 A1 ist ein gattungsbildendes Schieberventil bekannt, bei dem der in einem Schieberkanal eines Ventilkörpers verschiebbar angeordnete Ventilschieber aus einem hohlzylindrischen Schieberabschnitt, der die Schieberfunktion übernimmt, und einem daran sich anschließenden, in magnetischer Wirkverbindung mit einem Polkern stehenden Ankerabschnitt besteht.
Im Bereich des hohlzylindrischen Schieberabschnittes befinden sich radiale Blendenöffnungen, die in Abhängigkeit der Stellung des Ventilschiebers in dem Schieberkanal radiale Durchflussöffnungen des Ventilkörpers freigeben oder verschließen, so dass ein Ventildurchfluss über eine schieberkanalseitige Fluid-Einlassöffnung in den Hohlraum des hohlzylindrischen Schieberabschnittes und über dessen Blendenöffnungen in den als Fluid-Auslassöffnung ausgebildeten Durchflussöffnungen zustande kommt oder gesperrt wird.
Diese Druckschrift EP 1 657 431 A1 beschäftigt sich mit dem Problem, bei Schieberventilen die mangelhafte Zentrierung des Ventilschiebers im Schieberkanal und die dadurch bedingte mangelhafte Gleitfähigkeit, welche zu einer höheren Abnutzung mit hohem Abrieb führt, zu verbessern. Mit einer verbesserten Konstruktion des Ventilschiebers sollen diese Probleme beseitigt werden, die darin besteht, dass eine umlaufende Ringnut auf dem Ventilschieber über Öffnungen mit dem Hohlraum des Schieberabschnittes verbunden wird, so dass Fluid aus dem Hohlraum des Schieberabschnittes in diese Ringnut gelangt und dadurch eine Zentrierung des Ventilschiebers erreicht werden soll.
GB 2 425 817 A offenbart ebenfalls ein gattungsbildendes Schieberventil. DE 10 2005 007 306 A1 offenbart ein Stromregelventil für einen Pumpenkolben, bei dem die Länge des Führungskolbenbundes kleiner ist als der Durchmesser der Durchflussöffnung.
Ein klassisches Schieberventil beschreibt die DE 10 2010 041 124 A1 mit in einem Schieberkanal eines zwei Anschlussbohrungen aufweisenden Gehäuses verlagerbaren Ventilschiebers, der zwei zylindrische, über einen stangenförmigen Verbindungsabschnitt verbundene Führungsabschnitte mit Steuerkanten aufweist und dadurch zwischen diesen beiden Führungsabschnitten eine Ringkammer erzeugt wird. In einer Position des Ventilschiebers werden die beiden Anschlussbohrungen über diese Ringkammer verbunden, während in einer zweiten Position die Steuerkante eines Führungsabschnittes eine Anschlussbohrung gegenüber der Ringkammer verschließt.
Um den Ventilschieber mit geringem Kraftaufwand zu verschieben, insbesondere eine gleichmäßige Reibung über den gesamten Verschiebeweg des Ventilschiebers zu erreichen, wird in dieser Druckschrift DE 10 2010 041 124 A1 vorgeschlagen, dass zumindest eine Anschlussbohrung als über den Schieberkanal sich hinaus erstreckende Sacklochbohrung ausgebildet wird, die in der der Anschlussbohrung gegenüberliegenden Wand endet und dort eine Radial-Ausgleichskammer bildet. Ein Führungsabschnitt weist eine Ringnut auf seiner Mantelfläche auf, so dass in jeder Stellung des Ventilschiebers diese Ringnut zumindest bereichsweise in der als Sacklochbohrung ausgebildeten Anschlussbohrung bleibt, wodurch eine Fluidverbindung zwischen dieser Anschlussbohrung und der Radialdruck-Ausgleichskammer mit der Folge eines Radialdruckausgleichs für den Ventilschieber entsteht. Damit soll ein Ventilschieber mit geringen Reibungskräften realisierbar sein, der außerdem vor einem Verkanten geschützt ist.
Gemäß dieser DE 10 2010 041 124 A1 ist der die Ringnut aufweisende Führungsabschnitt ferner mit einem Druckausgleichskanal ausgebildet, der aus einer im Bereich der Ringnut angeordneten Radialbohrung und einer in diese Radialbohrung mündende Axialbohrung gebildet wird. Die Axialbohrung endet an einer endseitigen Stirnfläche des Ventilschiebers in einem dieser Stirnseite zugeordneten Raum, wodurch immer eine Fluidverbindung zwischen der als Sacklochbohrung ausgebildeten Anschlussbohrung und diesem stirnseitigen Raum besteht. Dadurch wird erreicht, dass in einer Position des Ventilschiebers, in der der Druck der weiteren Anschlussbohrung über die Ringkammer in die als Sacklochbohrung ausgebildete Anschlussbohrung und von dort über den Druckausgleichskanal in den stirnseitigen Raum des Ventilschiebers geleitet wird, dort dieser Druck auf den Ventilschieber wirkt und somit gegen eine den Ventilschieber federkraftbeaufschlagende Druckfeder gerichtet ist. Durch das Kräftespiel dieser beiden Kräfte kann eine Druckregelung realisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Schieberventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die im Betrieb des Schieberventils an dem Ventilschieber angreifenden Kräfte bei gleichzeitig minimalen Bauraum und kostengünstiger Herstellung minimiert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schieberventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solches Schieberventil, umfassend

– einen Ventilkörper mit einem axialen Schieberkanal, wobei das eine Ende des Schieberkanals eine erste Fluidanschlussöffnung des Schieberventils und wenigstens eine radial zum Schieberkanal verlaufende Durchflussöffnung eine zweite Fluidanschlussöffnung bildet,
– einen in dem Schieberkanal axialverschiebbar angeordneten Ventilschieber, wobei zur Bildung eines mit der ersten Fluidöffnung in Fluidverbindung stehenden Strömungsdurchganges der Ventilschieber einen hohlzylindrischen Schieberabschnitt mit wenigstens einer radialen Blendenöffnung aufweist, und
– eine Magnetspule, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
– die Stirnfläche des hohlzylindrischen Abschnittes des Ventilschiebers zum Freigeben oder Verschließen der Durchflussöffnung als Steuerkante ausgebildet ist, und
– die radiale Blendenöffnung des hohlzylindrischen Abschnittes des Ventilschiebers axial versetzt zur Steuerkante angeordnet ist, derart dass der axiale Abstand zwischen der Steuerkante und der steuerkantenseitigen Mantelfläche der Blendenöffnung kleiner ist als der Durchmesser der Durchflussöffnung in axialer Richtung des Schieberkanals.

Mit einem solchen Schieberventil wird erreicht, dass in Positionen des Ventilschiebers, in denen die wenigstens eine Durchflussöffnung nur teilweise oder maximal freigegeben wird, die auf den Ventilschieber wirkenden Strömungskräfte minimiert sind. So wird in den Positionen, in denen die Steuerkante die wenigstens eine Durchflussöffnung verschließt, jedoch durch die Blendenbohrung ein Teilquerschnitt der wenigstens einen Durchflussöffnung freigegeben wird, nahezu Kraftneutralität am Ventilschieber erreicht, da die quer zur axialen Richtung des Ventilschiebers gerichtete Blendenöffnung eine Drosselwirkung erzeugt. In einer anderen Position des Ventilschiebers, in der auch von der Steuerkante ein Teilquerschnitt der wenigstens einen Durchflussöffnung freigegeben wird, entsteht gleichzeitig auch eine Überschneidung zwischen der zumindest einen Blendenöffnung und der zumindest einen Durchflussöffnung. So werden die an der Steuerkante aufgrund hoher Strömungsgeschwindigkeiten auftretenden hohen Strömungskräfte, die eine Tendenz zum Schließen des Schieberventils entgegen der auf den Ventilschieber wirkenden Magnetkräfte aufweisen, durch die an der wenigstens einen Blendenöffnung auftretenden Strömungskräfte zumindest teilweise kompensiert, so dass in Summe keine oder nur geringe der Magnetkraft der Magnetspule entgegen gerichteten Strömungskräfte auf den Ventilschieber wirken.
Durch die Minimierung der auf den Ventilschieber in axialer Richtung wirkenden Strömungskräfte kann die von der Magnetspule erzeugte Magnetkraft, welche den Ventilschieber in den unterschiedlichen Positionen hält, reduziert werden, d. h. die Magnetspule kann kleiner ausgelegt werden, so dass dadurch sich auch der Bauraum für das erfindungsgemäße Schieberventil reduziert.
Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung mittels des Ventilschiebers mit dem Schieberabschnitt einfach herzustellen, da lediglich ein hohlzylindrischer Abschnitt mit wenigstens einer Blendenöffnung erforderlich ist, wobei diese Blendenöffnung nur geringfügig gegenüber der als Steuerkante ausgebildeten Stirnseite axial versetzt angeordnet sind.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Blendenöffnung in axialer Richtung des Ventilschiebers mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet als der Durchmesser der Durchflussöffnung in axialer Richtung des Schieberkanals. Damit lassen sich kurze Hübe zwischen der Position des Ventilschiebers, die dem geschlossenen Schiebeventil entspricht und einer Position des Ventilschiebers, die einem teilweise offenen Zustand des Schieberventils entspricht, erzielen.
In vorteilhafter Weise wird das Schiebeventil weiterbildungsgemäß so gestaltet, dass die Durchflussbohrung von der Mantelfläche des Ventilschiebers überdeckt wird, wenn sich der Ventilschieber in einer dem geschlossenen Zustand des Schieberventils entsprechenden ersten Endposition befindet.
Ferner ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Ventilschieber in einer dem offenen Zustand des Schieberventils entsprechenden zweiten Endposition derart ausgebildet, dass ein erster Teilquerschnitt der Durchflussbohrung durch die Steuerkante freigegeben wird und gleichzeitig durch wenigstens eine teilweise Überdeckung der Blendenbohrung mit der Durchflussbohrung ein zweiter Teilquerschnitt der Durchflussbohrung freigegeben wird. In diesem durch die bestromte Magnetspule offen gehaltenen Zustand des Schieberventils sind daher nur geringe Magnetkräfte erforderlich, da an dem Ventilschieber Kräfteneutralität vorhanden ist bzw. nur geringe Strömungskräfte in axialer Richtung wirken.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in einer zwischen einer dem geschlossenen Zustand des Schieberventils entsprechenden ersten Endposition und einer dem offenen Zustand des Schieberventils entsprechenden zweiten Endposition liegenden Zwischenposition des Ventilschiebers dessen Steuerkante die Durchflussöffnung verschließt und die Blendenöffnung wenigstens teilweise einen Teilquerschnitt der Durchflussöffnung freigibt. Damit sind weitgehend axiale Kräfte auf den Ventilschieber ausgeschlossen und eine solche Position des Ventilschiebers lässt sich dadurch sehr genau einstellen. Dabei bietet es sich vorzugsweise an, dass der von der Blendenöffnung des Ventilschiebers freigegebene Teilquerschnitt der Durchflussöffnung dem Querschnitt der Blendenöffnung entspricht.
Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der Ventilkörper auf der Umfangsfläche des Schieberkanals eine radial umlaufende Ringnut im Bereich der wenigstens einen Durchflussöffnung aufweist. Somit wird eine radiale Druckverteilung auf dem Umfang des Ventilschiebers erreicht, wenn die zweite Fluidanschlussöffnung mit der Druckquelle verbunden ist. Ferner ist es vorteilhaft in der radialen Ebene der Ringnut mehrere auf dem Umfang des hohlzylindrischen Schieberabschnittes des Ventilschiebers angeordnete Blendenöffnungen vorzusehen, so dass auch bei einer an die ersten Fluidanschlussöffnung angeschlossenen Druckquelle eine radiale Druckverteilung erreicht wird.
Ein besonders einfacher und robuster Aufbau des erfindungsgemäßen Schieberventils ergibt sich weiterbildungsgemäß dadurch, dass der Ventilschieber mit einem Ankerabschnitt ausgebildet ist. Damit wird ein Schieberelement als hydraulisches Teil und ein Ankerelement als magnetisches Funktionsteil einteilig als Ventilschieber ausgeführt, wodurch sich die Herstellkosten gegenüber einer mehrteiligen Ausführung reduzieren lassen.
Um einen Druckausgleich zwischen dem stirnseitigen Raum des Ankerabschnittes des Ventilschiebers und dem Strömungsdurchgang des hohlzylindrischen Schieberabschnittes des Ventilschiebers zu erreichen, weist der Ankerabschnitt des Ventilschiebers wenigstens einen Druckausgleichskanal auf. Damit können Druckdifferenzen an dem Ventilschieber vermieden werden.
Weiterhin wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung das andere Ende des Schieberkanals von einem Polkern gebildet, der zur teilweisen Aufnahme des Ankerabschnittes des Ventilschiebers mit einer Sacklochbohrung ausgebildet ist, um eine Hub-Magnet-Kennlinie einzustellen zu können. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn weiterbildungsgemäß der die Sacklochbohrung umlaufende Ring dieser Sacklochbohrung als Außenkonus ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines geschlossenen Schieberventils als Ausführungsform der Erfindung (erste Endposition),
2 einen schematische perspektivische Darstellung eines Ventilschiebers des Schieberventils nach 1,
3 eine schematische Schnittdarstellung des Schieberventils nach 1 in einem teilweise offenen Zustand (Zwischenposition),
4 eine schematische Schnittdarstellung des Schieberventils gemäß 1 in einem offenen Zustand (zweite Endposition),
5 ein Diagramm zur Darstellung der auf den Ventilschieber wirkenden Axialkraft (y-Achse) in Abhängigkeit der Durchflussmenge (x-Achse) in einem teilweise offenen Zustand des Schieberventils, und
6 ein Diagramm zur Darstellung des auf den Ventilschieber wirkenden Axialkraft (y-Achse) in Abhängigkeit der Durchflussmenge (x-Achse) im offenen Zustand des Schieberventils.
Der Aufbau des in den 1, 3 und 4 dargestellten Schieberventils 1 gemäß der Erfindung umfasst ein zylinderförmiges Ventilgehäuse 2, welches einen Ventilkörper 3, einen Polkern 6 und eine Magnetspule 12 aufnimmt. Der Ventilkörper 3 ist mit einem zentrischen Schieberkanal 4 zur axialverschieblichen Aufnahme eines Ventilschiebers 9 ausgebildet und bildet auf der dem Polkern 6 abgewandten Stirnseite eine erste Fluidanschlussöffnung 5.
Der Ventilkörper 3 setzt sich aus einem mittleren Abschnitt 3a, einem gegenüber dem mittleren Abschnitt 3a abgesetzten ringförmigen Abschnitt 3b, der über einen Verbindungsring 16 mit dem Polkern 6 flächenschlüssig verbunden ist, und einem dem ringförmigen Abschnitt 3b gegenüberliegenden weiteren, gegenüber dem mittleren Abschnitt 3a ebenso abgesetzten ringförmigen Abschnitt 3c zusammen, wobei dieser weitere ringförmige Abschnitt 3c gegenüber dem Schieberkanal 4 zwei radial verlaufende, diametral gegenüberliegende Durchflussöffnungen 7 aufweist, die als zweite Fluidanschlussöffnungen 8 ausgebildet sind. Gegenüber diesen beiden Durchflusssöffnungen 7 können weitere radial versetzte Durchflussöffnungen vorgesehen werden. Diese Durchflussöffnungen 7 fluchten mit entsprechenden Fluidanschlussöffnungen 2a in dem Ventilgehäuse 2. Diese Durchflussöffnungen 7 sind über eine auf der Umfangsfläche des Schieberkanals 4 radial umlaufende Ringnut 7a verbunden.
Zur Bildung eines stirnseitigen Abschlusses des Schieberventils 1 liegt an der Stirnseite des ringförmigen Abschnittes 3c des Ventilkörpers 3 ein kreisringförmiges Abschlusselement 14 mit einem in den Schieberkanal 4 ragenden Kragen 14a an, wobei dieser Kragen 14a als Anschlag für den Ventilschieber 9 zur Definition von dessen ersten Endposition I dient.
Der mittlere Abschnitt 3a des Ventilkörpers 3 wird formschlüssig von dem Ventilgehäuse 2 umschlossen, wobei in einer Ringnut 18 ein Dichtring (nicht dargestellt) den Ventilraum abdichtet.
Der Ventilkörper 3, der Verbindungsring 16 sowie eine Sacklochbohrung 6a des Polkerns 6 sind derart ausgebildet, dass der Schieberkanal 4 mit dem Verbindungsring 16 und der Sacklochbohrung 6a einen einheitlichen zylindrischen Raum bildet, so dass der Ventilschieber 4 entlang dieses zylindrischen Raums, also aus der in 1 dargestellten ersten Endposition I bis in eine in 4 dargestellte zweite Endposition II verschiebbar ist, wobei in dieser zweiten Endposition II der Ventilschieber 9 stirnseitig am Nutgrund der Sacklochbohrung 6a als Polfläche des Polkerns 6 anliegt.
Ferner bilden der ringförmige Abschnitt 3b des Ventilkörpers 3 zusammen mit dem Verbindungsring 16 und dem Polkern 6 eine einheitliche äußere Mantelfläche, so dass zwischen dieser Mantelfläche sowie dem Ventilgehäuse 1 ein kreisringzylindrischer Raum zur Aufnahme der Magnetspule 12 entsteht.
Der in 2 perspektivisch dargestellte Ventilschieber 9 weist eine an den zylindrischen Schieberkanal 4 angepasste zylindrische Form auf und umfasst einen hohlzylindrischen Schieberabschnitt 9a und einen Ankerabschnitt 9b. Der hohlzylindrische Abschnitt 9a bildet einen als Strömungsdurchgang 10 bezeichneten Innenraum und ist als Sacklochbohrung ausgeführt.
An diesen Schieberabschnitt 9a schließt sich der Ankerabschnitt 9b an, so dass sowohl die hydraulische Funktion eines Schieberelementes als auch die magnetische Funktion eines Ankerteils in einem einzigen Bauteil, dem Ventilschieber 9 integriert ist.
In dem Ankerabschnitt 9b des Ventilschiebers 9 sind mehrere Druckausgleichskanäle 15 vorgesehen, die den Strömungsdurchgang 10 des Schieberabschnittes 9a mit der polseitigen Stirnseite 9d des Ankerabschnittes 9b verbinden. Dadurch wird ein Druckausgleich zwischen dem Strömungsdurchgang 10 und einem zwischen der polseitigen Stirnfläche 9d und dem Nutgrund der Sacklochbohrung 6a des Polkerns 6 gebildeten Raum 17 geschaffen.
Ferner weist der Schieberabschnitt 9a des Ventilschiebers 9 mehrere auf dessen Umfang angeordnete radial verlaufende Blendenöffnungen 11 auf, die den Strömungsdurchgang 10 mit der äußeren Mantelfläche 9e des Ventilschiebers 9 verbinden. Diese Blendenöffnungen 11 sind gegenüber der Stirnfläche 9c des Schieberabschnittes 9a mit nur einem geringen axialen Versatz in die Zylinderwand des hohlzylindrischen Schieberabschnittes 9a eingebracht, der in 1 als Abstand a zwischen der Stirnfläche 9c und der Mantelfläche der Blendenöffnungen 11 dargestellt ist.
Die Stirnfläche 9c des Schieberabschnittes 9a des Ventilschiebers 9 ist als Steuerkante 13 ausgebildet, deren Funktion nachfolgend erläutert wird.
Der Zustand des Schieberventils 1 bestimmt sich aus der Position des Ventilschiebers 9 in dem Schieberkanal 4. In der in 1 dargestellten ersten Endposition I liegt der Ventilschieber 9 an dem von dem Abschlusselement 14 als ringförmiger Kragen ausgebildeten Anschlag 14a an, so dass die Durchflussöffnung 7 und somit auch die Ringnut 7a von der Mantelfläche 9e des Ventilschiebers 9 verschlossen wird, d. h. es entsteht keine Fluidverbindung zwischen der ersten Fluidanschlussöffnung 5 und der zweiten Fluidanschlussöffnung 8. Das Schieberventil 1 befindet sich in seinem geschlossenen Zustand.
Das Schieberventil 1 soll nun durch entsprechende Bestromung der Magnetspule 12 in diskreten Stufen geöffnet werden, d. h. die Durchflussöffnung 7 wird in mehreren Stufen freigegeben.
In einer in 3 dargestellten Zwischenposition III des Ventilschiebers 9 wird die Durchflussbohrung 7 noch von der Steuerkante 13 verschlossen, jedoch ist der Abstand a zwischen dieser Steuerkante 13 bzw. der Stirnfläche 9c und der Blendenöffnungen 11 so gewählt, dass jeweils ein dem Querschnitt der Blendenöffnung 11 entsprechender Teilquerschnitt der Durchflussöffnungen 7 freigeben wird und dadurch zwischen der ersten Fluidöffnung 5 und der zweiten Fluidöffnung 8 bzw. 2a eine Fluidverbindung entsteht. Bei einer entsprechenden Fluidströmung über diese Blendenöffnungen 11 entstehen im Wesentlichen keine axialen Strömungskräfte, da diese Blendenöffnungen 11 eine Drosselwirkung erzeugen und dadurch am Ventilschieber 9 nahezu Kraftneutralität herrscht.
Diese Kraftverhältnisse sind in dem Diagramm nach 5 dargestellt. In diesem Diagramm ist die auf den Ventilschieber 9 wirkende Axialkraft in Abhängigkeit der Durchflussmenge dargestellt. Die Kurve K1 zeigt die Verhältnisse des Schieberventils 1 mit einem Ventilschieber 9, der sich gemäß 3 in der Zwischenposition III befindet. Die Kurve K2 ist eine Vergleichskurve und stellt die Situation eines Schieberventils gemäß Stand der Technik dar, bei dem von einer Steuerkante eines Ventilschiebers der gleiche Teilquerschnitt an der Durchflussöffnung freigegeben wird.
Aus diesem Diagramm gemäß 5 ist ersichtlich, dass der Kraftverlauf gemäß Kurve K2 von der Fließrichtung des Fluides abhängig ist. Bei einem Fließen des Fluides in Richtung auf eine Stirnfläche des Ventilschiebers steigt die Axialkraft mit zunehmender Durchflussmenge (negative Werte) an, während in der anderen Fließrichtung der Anstieg der Axialkraft weniger steil ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Schieberventil 1 aufgenommene Kurve K1 zeigt demgegenüber, dass in beiden Fließrichtungen nur eine geringfügige Axialkraft an dem Ventilschieber 9 auftritt.
Bei weiterer Bestromung der Magnetspule 12 wird der Ventilschieber 9 aus der Zwischenposition III in eine in 4 dargestellte zweite Endposition II verschoben, in der der Ventilschieber 9 mit seiner Stirnseite 9d in die Sacklochbohrung 6a des Polkerns 6 gezogen wird.
In dieser zweiten Endposition II des Ventilschiebers 9 gibt dessen Steuerkante 13 eine ersten Teilquerschnitt der Durchflussbohrung 7 frei, wobei gleichzeitig auch ein zweiter Teilquerschnitt der Durchflussbohrung 7 von den Blendenbohrungen 7 freigegeben wird, wobei dieser zweite Teilquerschnitt einem Teilquerschnitt des Querschnitts einer Blendenöffnung 11 entspricht, d. h. nur ein Teil des Querschnitts der Blendenöffnungen 11 gibt die Durchflussbohrungen 7 frei.
Die Kraftsituation an dem Ventilschieber 9 in dessen zweiten Endposition II zeigt die Kurve K3 des Diagramms gemäß 6, während die Kurve K4 wieder eine Vergleichskurve eines Schieberventils darstellt, bei dem lediglich eine Steuerkante einen entsprechenden Querschnitt der Durchflussöffnung freigibt.
Diese Kurve K4 zeigt in beiden Fließrichtungen des Fluides mit zunehmender Durchflussmenge einen starken Anstieg, wobei in einer Fließrichtung (negative Werte der Durchflussmenge), bei der das Fluid in Richtung auf eine Stirnseite des Ventilschiebers trifft, ein stärkerer Anstieg, vor allem auch bei geringen Durchflussmengen auftritt.
Demgegenüber zeigt die mit dem erfindungsgemäßen Schieberventil 1 aufgenommene Kurve K3 in beiden Fließrichtungen gegenüber der Kurve K4 einen geringeren Anstieg. Vor allem bei einer den negativen Werten der Durchflussmenge entsprechenden Fließrichtung des Fluides ist der Anstieg der Kurve K3 bei kleinen Werten der Durchflussmenge gegenüber der Kurve K4 wesentlich kleiner und kann vernachlässigt werden. Diese Fließrichtung entspricht dem Fluss des Fluides in Richtung der zweiten Fluidanschlussöffnung 8.
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist neben den beiden Endpositionen I und II nur eine Zwischenposition III beschrieben. Es können natürlich weitere Zwischenposition erzeugt werden, in denen bspw. die Steuerkante 13 die Durchflussöffnungen 7 verschließt und im Vergleich zur beschriebenen Zwischenposition III nur ein Teil des Querschnitts der Blendenöffnung 11 einen Teilquerschnitt der Durchflussöffnung 7 freigibt.
Als Zwischenposition kann der Ventilschieber 9 auch so in dem Schieberkanal 4 positioniert werden, dass sowohl die Steuerkante 13 als auch ein Teil des Querschnitts der Blendenöffnung 11 oder deren gesamter Querschnitt jeweils einen Teilquerschnitt der Durchgangsöffnung 7 freigeben.
Durch eine Druckfeder (nicht dargestellt) wird in unbestromten Zustand der Magnetspule 12 der Ventilschieber 9 in der ersten Endposition I gehalten, d. h. das Schieberventil 1 ist stromlos geschlossen.
Das in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Schieberventil 1 kann in beiden Fließrichtungen verwendet werden, also sowohl bei einem Fluidfluss von der ersten Fluidanschlussöffnung 5 in Richtung der zweiten Fluidanschlussöffnung 8 als auch umgekehrt.
Dieses erfindungsgemäße Schieberventil 1 benötigt gegenüber bekannten Schieberventilen einen kleineren Bauraum, da insbesondere nur eine kleine Magnetspule 12 erforderlich ist. Ferner wird in den Arbeitspunkten, insbesondere in den End- und Zwischenpositionen eine große Stabilität erreicht, wobei gleichzeitig eine kostengünstige Herstellung des Schieberventils 1 möglich ist, insbesondere auch wegen den mehrfachen Funktionalitäten der Blendenöffnungen 11.
Die Durchflussöffnungen 7 als auch die Blendenöffnungen 11 können als Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schieberventil
2: Ventilgehäuse
2a: Fluidanschlussöffnungen des Ventilgehäuses 2
3: Ventilkörper
3a: mittlerer Abschnitt des Ventilkörpers 3
3b: ringförmiger Abschnitt des Ventilkörpers 3
3c: ringförmiger Abschnitt des Ventilkörpers 3
4: Schieberkanal
5: erste Fluidanschlussöffnung
6: Polkern
6a: Sacklochbohrung des Polkerns 6
6b: Außenkonus des Polkerns 6
7: Durchflussöffnung
8: zweite Fluidanschlussöffnung
9: Ventilschieber
9a: hohlzylindrischer Schieberabschnitt des Ventilschiebers
: 9
9b: Ankerabschnitt des Ventilschiebers 9
9c: Stirnfläche des Schieberabschnittes 9a
9d: Stirnfläche des Ankerabschnittes 9b
9e: Mantelfläche des Ventilschiebers 9
10: Strömungsdurchgang des Ventilschiebers 9
11: Blendenöffnung des Ventilschiebers 9
11a: Mantelfläche der Blendenöffnung 11
12: Magnetspule
13: Steuerkante des Ventilschiebers 9
14: Abschlusselement
14a: ringförmiger Anschlag des Abschlusselements 14
15: Druckausgleichskanal des Ventilschiebers 9
16: Verbindungsring
17: polkernseitiger Raum
18: Ringnut auf dem mittleren Abschnitt 3a des Ventilkörpers 3

Claims

Schieberventil (1), umfassend: – einen Ventilkörper (3) mit einem axialen Schieberkanal (4), wobei das eine Ende des Schieberkanals (4) eine erste Fluidanschlussöffnung (5) des Schieberventils (1) und wenigstens eine radial zum Schieberkanal (4) verlaufende Durchflussöffnung (7) eine zweite Fluidanschlussöffnung (8) bildet, – einen in dem Schieberkanal (4) axialverschiebbar angeordneten Ventilschieber (9), wobei zur Bildung eines mit der ersten Fluidöffnung (5) in Fluidverbindung stehenden Strömungsdurchganges (10) der Ventilschieber (9) einen hohlzylindrischen Schieberabschnitt (9a) mit wenigstens einer radialen Blendenöffnung (11) aufweist, und – eine Magnetspule (12), dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnfläche (9c) des hohlzylindrischen Abschnittes (9a) des Ventilschiebers (9) zum Freigeben oder Verschließen der Durchflussöffnung (7) als Steuerkante (13) ausgebildet ist, und – die radiale Blendenöffnung (11) des hohlzylindrischen Abschnittes (9a) des Ventilschiebers (9) axial versetzt zur Steuerkante (13) angeordnet ist, derart dass der axiale Abstand (a) zwischen der Steuerkante (13) und der steuerkantenseitigen Mantelfläche (11a) der Blendenöffnung (11) kleiner ist als der Durchmesser (b) der Durchflussöffnung (7) in axialer Richtung des Schieberkanals (4).
Schieberventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (11) in axialer Richtung des Ventilschiebers (9) mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist als der Durchmesser der Durchflussöffnung (7) in axialer Richtung des Schieberkanals (4).
Schieberventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (9) in einer dem geschlossenen Zustand des Schieberventils (1) entsprechenden ersten Endposition (I) ausgebildet ist die Durchflussbohrung (8) von der Mantelfläche (9e) des Ventilschiebers (9) zu verschließen.
Schieberventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endposition (I) des Ventilschiebers (9) derselbe an einem an der ersten Fluidanschlussöffnung (5) angeordneten Abschlusselement (14) anliegt.
Schieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (9) in einer dem offenen Zustand des Schieberventils (1) entsprechenden zweiten Endposition (II) ausgebildet ist einen ersten Teilquerschnitt der Durchflussbohrung (8) durch die Steuerkante (13) freizugeben und gleichzeitig durch wenigstens eine teilweise Überdeckung der Blendenbohrung (11) mit der Durchflussbohrung (8) einen zweiten Teilquerschnitt der Durchflussbohrung (8) freizugeben.
Schieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zwischen einer dem geschlossenen Zustand des Schieberventils (1) entsprechenden ersten Endposition (I) und einer dem offenen Zustand des Schieberventils (1) entsprechenden zweiten Endposition (II) liegenden Zwischenposition (III) des Ventilschiebers (9) dessen Steuerkante (13) die Durchflussöffnung (7) verschließt und die Blendenöffnung (11) wenigstens teilweise einen Teilquerschnitt der Durchflussöffnung (7) freigibt.
Schieberventil (1) nach Anspruche 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Blendenöffnung (11) des Ventilschiebers (9) freigegebene Teilquerschnitt der Durchflussöffnung (7) dem Querschnitt der Blendenöffnung (8) entspricht.
Schieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) auf der Umfangsfläche des Schieberkanals (4) eine radial umlaufende Ringnut (7a) im Bereich der wenigstens einen Durchflussöffnung (7) aufweist.
Schieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (9) mit einem Ankerabschnitt (9b) ausgebildet ist.
Schieberventil (1) nach Anspruche 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerabschnitt (9b) des Ventilschiebers (9) wenigstens einen Druckausgleichskanal (15) aufweist, welcher den Strömungsdurchgang (10) des Schieberabschnittes (9a) mit einer Stirnseite (9d) des Ankerabschnittes (9b) verbindet.
Schieberventil (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Schieberkanals (4) von einem Polkern (6) gebildet wird, der zur teilweisen Aufnahme des Ankerabschnittes (9b) des Ventilschiebers (9) eine Sacklochbohrung (6a) aufweist.
Schieberventil (1) nach Anspruche 11, dadurch gekennzeichnet, dass der die Sacklochbohrung (6a) des Polkerns (6) umlaufende Ring als Außenkonus (6b) ausgebildet ist.