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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeschieberventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Mehrwegeschieberventil-Anordnung mit einem solchen
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Hintergrund der Erfindung
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Mehrwegeschieberventile der eingangs genannten Art sind unter der Bezeichnung Bosch Rexroth AG 3WRCE nach RD29316 bekannt und erhältlich. Sie haben einen Schieberkolben, der in einer etwa rotationssymmetrischen Gehäuseausnehmung entlang ihrer Hauptachse verlagerbar zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei ein zur Verbindung mit einem Verbraucher vorgesehener u/o vorbereiteter Verbraucheranschluss bzw. Arbeitsanschluss mit zumindest einer Stirnseite des Schieberkolbens fluidisch kommunizierend verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen erreichbaren bzw. hersteller-seitig zulässigen Höchstdruck zu erhöhen, sowie weiters eine Lebensdauer zu erhöhen und/oder eine Montierbarkeit zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Indem ein Niederdruckanschluss mit zumindest einer Stirnseite fluidisch kommunizierend verbunden wird, kann die den Schieberkolben - im Folgenden auch kurz: Kolben - axial belastende Kraft entsprechend dem Niederdruck abgesenkt werden. Ein zulässiger Höchstdruck wird unabhängig von einer axial in dem Mehrwegeschieberventil vorliegenden Kraft.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein zumindest teilweise in der Gehäuseausnehmung aufgenommener Schieberkolben kann bezüglich seiner Betriebsstellungen bzw. Schaltstellungen permanent vollständig in der Gehäuseausnehmung aufgenommen sein, kann permanent teilweise in der Gehäuseausnehmung aufgenommen sein, und/oder kann zeitweise, wie an vorbestimmbaren Betriebsstellungen teilweise und/oder zeitweise vollständig in der Gehäuseausnehmung aufgenommen sein.
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Wenn der Niederdruckanschluss mit beiden Stirnseiten des Schieberkolbens fluidisch kommunizierend verbunden ist, kann ein Fluiddruck-verursachtes Vorspannen und/oder Belasten des Kolbens besonders zuverlässig vermieden werden.
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Auch mittels einer die Stirnseiten fluidisch kommunizierend verbindenden Leitung kann eine Belastung vermieden werden, welche den Niederdruck bzw. eine dem Niederdruck entsprechende Kraft übersteigt.
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Vorzugsweise ist eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen beiden Stirnseiten dazu vorbereitet, einen Druckausgleich zwischen beiden Stirnseiten rasch zu bewirken. Somit kann eine auf den Kolben wirkende Kraft infolge einer dynamischen Druckänderung an nur einer Stirnseite des Kolbens begrenzt werden. Beispiele hierfür sind eine Drosselwirkung oder eine Blendenwirkung.
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Um eine Steuerbarkeit durch einen Bediener und/oder eine Steuerungseinrichtung, wie einen Steuerkreis und/oder einen Rückmeldungssteuerkreis bzw. Regelkreis zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass an dem Gehäuse etwa in Verlängerung der Hauptachse ein Sensor und/oder Aktor angeordnet ist, der mit dem Schieberkolben fest verbindbar und/oder verbunden ist, und/oder der einen mit dem Schieberkolben fest verbindbaren und/oder verbundenen Teil aufweist.
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Ist ein Verschlussstück, das zu einer die Gehäuseausnehmung etwa in Verlängerung der Hauptachse mit einer Gehäuseaußenseite verbindenden, durchgehenden Öffnung korrespondiert, die Öffnung verschließend flanschartig und/oder zu einem von innerhalb der Gehäuseausnehmung anliegenden Formschluss unterschiedlich an dem Gehäuse festlegbar, kann eine Montage vereinfacht und eine Lebensdauer erhöht werden. Dieses Merkmal ist auch unabhängig beanspruchbar. Im Zusammenwirken mit einem Niederdruck, der in einer zu dem Verschlussstück benachbarten, stirnseitigen Kammer vorliegt, kann hierbei eine Synergie erreicht werden. Ein zu einer Öffnung korrespondierendes Verschlussstück kann ein zum Verschließen der Öffnung vorbereiteres und/oder geeignetes Verschlussstück sein und/oder kann ein zumindest abschnittsweise zu der Öffnung gegengleich gebildetes Verschlussstück sein. Unter einem von innerhalb der Gehäuseausnehmung anliegenden Formschluss kann ein abgestuftes Anliegen an eine Gehäuse-innere Stirnseite verstanden werden; ein dazu unterschiedlicher Formschluss kann ein von außen anliegender Formschluss sein; auch ein Kraftschluss und/oder ein Reibschluss und/oder ein Stoffschluss und/oder einer der genannten in Verbindung mit einem Formschluss kann zu einem von innerhalb der Gehäuseausnehmung anliegenden Formschluss unterschiedlich sein. Ein Festlegen an dem Gehäuse kann ein mittelbares und/oder ein unmittelbares Festlegen an dem Gehäuse umfassen. Ein flanschartig und/oder zu einem von innerhalb der Gehäuseausnehmung anliegenden Formschluss unterschiedlich festlegbares Verschlussstück kann ein flanschartig festlegbares Verschlussstück sein.
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Um ein radiales Entlasten zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass eine Steuernut an dem Kolben eine umlaufende Ringnut ist. Wenn die Ringnut angeordnet und konfiguriert ist, um abhängig von einer Axialposition des Schieberkolbens zumindest zwei Leitungsanschlüsse fluidisch kommunizierend zu verbinden und/oder trennen, kann eine Steuerfunktion umgesetzt werden. Dabei können die Leitungsanschlüsse zumindest einen bezüglich der Hauptachse radialen und zum Druckübertragen vorgesehenen Leitungsanschluss umfassen, sodass ein axiales Belasten des Kolbens mit Druck - hier kann insbesondere ein zum Niederdruck verschiedener Druck verstanden werden - synergetisch vorteilhaft begrenzbar und/oder vermeidbar ist.
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Wenn das Mehrwegeschieberventil direkt steuerbar ist, kann häufig mit geringer konstruktiver Komplexität ein preiswertes Produkt erzielt werden. Direkt steuerbare Mehrwegeschieberventile sind für kleine Volumenströme besonders geeignet. Für mittlere und große Volumenströme sind häufig zweistufig oder mehrstufig indirekt steuerbare Mehrwegeschieberventile bei angemessener Komplexität geeignet.
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Ein geringer Bauraum kann erreicht werden, wenn das Mehrwegeschieberventil zumindest auch hydraulisch vorsteuerbar ist.
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Wenn ein Paar radial außen am Schieberkolben angeordneter Vorsteuerflächen vorhanden ist, kann ein Belasten der Stirnflächen mit einem Vorsteuerdruck vorteilhaft vermieden werden. Wenn die Vorsteuerflächen zusätzlich etwa gleich groß sind, also eine einander etwa an/in zumindest einer Schaltstellung entsprechende wirksame Fläche aufweisen, kann durch ein fluidisch kommunizierendes Verbinden beider Vorsteuerflächen die Vorsteuerwirkung einfach aufgehoben werden, beispielsweise damit als Sicherheitsfunktion eine Vorzugsposition des Kolbens mittels eines elastischen Elements, wie einer Feder, einnehmbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Mehrwegeschieberventil-Anordnung ist der Niederdruckanschluss des Mehrwegeschieberventils, wie vorstehend beschrieben, mit einer Niederdruckleitung verbunden, um so die Vorteile des Mehrwegeschieberventils umzusetzen.
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Figurenliste
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in längs-teilgeschnittener schematischer Darstellung:
- 1 ein Mehrwegeschieberventil gemäß dem Stand der Technik, und
- 2 ein Mehrwegeschieberventil gemäß der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsform
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Ein in der 1 gezeigtes Mehrwegeschieberventil 1 ist ein vorliegend dreistufiges Regelventil zum Steuern eines (nicht dargestellten) Volumenstroms eines (ebenfalls nicht dargestellten) Arbeitsfluids, wie zum Steuern einer Größe und/oder einer Richtung des Volumenstroms. Das Mehrwegeschieberventil 1 umfasst eine Hauptstufe 2 umfassend ein zweiteiliges Gehäuse 4 und einen Schieberkolben 6, sowie als daran angebaute Teile einen Wegaufnehmer 8 und ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes zweistufiges Vorsteuerventil.
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In dem Gehäuse 4 ist eine rotationssymmetrisch um eine Hauptachse 12 gebildete Gehäuseausnehmung 14 vorhanden, welche beispielsweise als urgeformte Hohlvolumina verbindende abgestufte Bohrung nach im Übrigen bekannten Fertigungsverfahren darstellbar ist. Bezeichnungen wie „axial“ oder „radial“ beziehen sich auf die Hauptachse 12. Der Schieberkolben 6 ist unter Bilden eines (nicht dargestellten) Spalts und/oder unter Zwischenfügen einer Dichtung, wie einer O-Ring-Dichtung 16, zum beispielsweise gemeinsamen Bewirken eines wirtschaftlich möglichst günstigen Leckagestroms in die Gehäuseausnehmung 14 eingefügt.
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Der Schieberkolben 6 ist durch eine resultierende Kraft entlang der Hauptachse 12 verlagerbar. Die resultierende Kraft beinhaltet eine Federkraft einer als elastisches Element zwischen das Gehäuse 4 und den Schieberkolben 6 geschalteten Feder 18. Die resultierende Kraft beinhaltet eine Vorsteuerkraft, die durch einen von dem Vorsteuerventil 10 über Vorsteuerleitungen 20 zugeführten Vorsteuerdruck in einer von zwei Vorsteuerkammern 22 bzw. Steuerräumen auf eine auch aus Vorsteuerteilflächen 24 zusammenwirkbare bzw. zusammensetzbare Vorsteuerfläche 26 wirken. Die resultierende Kraft beinhaltet auch eine erste Arbeitsdruckkraft, die durch einen Arbeitsdruck an einem Arbeitsanschluss A auf eine aus Gehäuse-abgewandten Kolbenstirnteilflächen 28 zusammenwirkbare bzw. zusammensetzbare Gehäuse-abgewandte Kolbenstirnfläche 30 wirkt, und eine zweite Arbeitsdruckkraft, die durch den Arbeitsdruck von dem Arbeitsanschluss A über Druckausgleichsleitungen 32 auf eine aus Gehäuse-zugewandten Kolbenstirnteilflächen 34 zusammenwirkbare bzw. zusammensetzbare Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36 wirkt, wobei eine Resultierende der Arbeitsdruckkräfte erste Arbeitsdruckkraft und zweite Arbeitsdruckkraft im Fall einer raschen Druckänderung am Arbeitsanschluss A infolge eines vorübergehenden Differenzdrucks zwischen den Kolbenstirnflächen 30, 36 infolge einer Drosselwirkung der Druckausgleichsleitungen 32 auftreten kann. Diese Bauart ist auch als „druckausgeglichener Kolben“ bezeichenbar. Der Schieberkolben 6 ist entlang der Hauptachse 12 vorliegend derart verlagerbar, dass er zumindest zwei Schaltstellungen bzw. axiale Positionen einnehmen kann, von denen eine Schaltstellung einen radial angeordneten Tankanschluss T mit dem Arbeitsanschluss A fluidisch kommunizierend verbindet, und von denen eine/die andere Schaltstellung einen radial angeordneten Druckanschluss P bzw. Druckquellenanschluss mit dem Arbeitsanschluss A fluidisch kommunizierend verbindet.
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An der Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36 ist eine Stange 38 festgelegt, welche durch eine durchgehende Öffnung 40 in dem Gehäuse 4, genauer gesagt in einem Boden 42 der Gehäuseausnehmung 14, hindurch zum Wegaufnehmer 8 reicht, um eine axiale Verlagerung des Schieberkolbens 6 dem Wegaufnehmer 8 zum Aufnehmen zuzuführen. Um eine asymmetrische Belastung zu vermeiden, ist die Anordnung der Stange 38 etwa in Verlängerung der Hauptachse 12, wie konzentrisch zu Hauptachse 12, vorteilhaft, wobei unter „etwa in Verlängerung zur Hauptachse“ auch eine Vielzahl exzentrischer Stangen mit vorzugsweise etwa konzentrischem Effekt verstanden werden kann. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Wegaufnehmer 8 nur ein Beispiel einer Vielzahl von axial auf den Schieberkolben zugreifenden Sensoren und/oder Aktoren darstellt. Diesen kann gemein sein, dass, wie vorliegend, die Stange 38 die Gehäuseausnehmung 14 mit einer Gehäuseaußenseite 44 bzw. einem Äußeren verbindet, sodass zum Verhindern und/oder Begrenzen einer fluidisch kommunizierenden Verbindung zwischen der Gehäuseausnehmung 14 und einer Umgebung Maßnahmen zu treffen sind. Vorliegend ist ein Verschlussstück 46, das auch als Wegaufnehmerschutz bezeichenbar ist, derart formschlüssig in die Öffnung 40 eingefügt, dass der zwischen dem Boden 42 und der Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36 wirkende Arbeitsdruck das Verschlussstück 46 dichtend gegen die Öffnung 40 drückt. Bei hohen Drücken kann es beispielsweise aus Explosionsschutzgründen notwendig sein, das Verschlussstück 46 als zweiteiligen Wegaufnehmerschutz umfassend eine Buchse 52 und ein Rückschlagventil 54 auszuführen.
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Eine Variante des in der 1 gezeigten Mehrwegeschieberventils 1 kann durch Vertauschen der Anschlüsse Druckanschluss P und Arbeitsanschluss A erreicht werden, wobei der Druck des Druckanschlusses P auf Kolbenstirnflächen 30, 36 wirkt.
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Demgegenüber unterscheidet sich das Mehrwegeschieberventil 1 gemäß der Ausführungsform, wie in 2 ersichtlich, zunächst hinsichtlich der Anschlussanordnung, sodass der Niederdruckanschluss T mit der Gehäuse-abgewandte Kolbenstirnfläche 30 und über die Druckausgleichsleitungen 32 mit der Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36 fluidisch kommunizierend verbunden ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass nur im Zusammenhang mit der 1 beschriebene Merkmale bei der in der 2 dargestellten Ausführungsform entsprechend gestaltet sein können, sodass zum Abkürzen auf redundante Beschreibungen verzichtet wird.
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Indem der Niederdruckanschluss T an zumindest einer der Stirnseiten 30, 36 anliegt, wirkt die entsprechende erste Arbeitsdruckkraft nicht mehr auf den Schieberkolben 6, sodass eine axiale Belastbarkeit des Schieberkolbens 6 von dem zulässigen höchsten Arbeitsdruck unabhängig ist.
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Schwankungen eines Niederdrucks sind im Allgemeinen zumindest betragsmäßig kleiner als Schwankungen eines Arbeitsdrucks. Indem der Niederdruckanschluss T über die Druckausgleichsleitungen 32 auch die Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36 entlastet, kann davon ausgegangen werden, dass es zuverlässig keine oder eine nur sehr geringe resultierende Kraft aus einer dynamischen Niederdruckbetragsänderung entsprechend der Resultierenden aus den Arbeitsdruckkräften erste und zweite Arbeitsdruckkraft gibt, welche den Kolben zu einer ungewollten Verlagerung anregen könnte.
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Indem der Niederdruckanschluss T über die Druckausgleichsleitungen 32 auch den Boden 42 entlastet, kann statt des von innerhalb der Gehäuseausnehmung 14 anliegenden Formschlusses zum Festlegen des Verschlussstücks 46 am Gehäuse 4 eine dazu unterschiedliche Festlegung gewählt werden. Vorliegend ist das Verschlussstück 46 an die Gehäuseaußenseite 44 mit Schrauben 56 angeflanscht, wodurch einerseits eine leichte Montierbarkeit und andererseits ein Wechseln des Verschlussstücks 46 und der Stange 38 ohne ein Demontieren des Gehäuses 4 und/oder des Schieberkolbens 6 ermöglicht wird. Diese Flanschverbindung kann zum Abstützen der Feder 18 ausgelegt sein. Sowohl die Schrauben 56 als auch Schrauben 58, die ein Wegaufnehmergehäuse 60 an dem Gehäuse 4 festlegen, können sparsam dimensioniert werden. Wenn gemäß einer Variation die Feder 18 durch die Öffnung 40 hindurch wechselbar ist, kann eine Nullstellung bzw. Sicherheitsstellung des Mehrwegeschieberventils 1 ohne ein Demontieren des Gehäuses 4 und/oder des Schieberkolbens 6 verändert werden.
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Des Weiteren ermöglicht die fluidische Verbindung des Niederdruckanschlusses T mit der Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36, auf ein Verschlussstück 46 zu verzichten und das Abdichten gegen den Niederdruck nur durch den Wegaufnehmer 8 zu realisieren. Gerade bei hohen Drücken ermöglicht die fluidische Verbindung des Niederdruckanschlusses T mit der Gehäuse-zugewandte Kolbenstirnfläche 36, die an den Arbeitsanschluss A und den Druckanschluss P anliegen, darauf verzichten zu können, das Verschlussstück 46 als zweiteiligen Wegaufnehmerschutz auszuführen, sodass Kosten und Aufwand gespart werden können.
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Die geänderte Anschlussanordnung ermöglicht einen Einsatz einer Ringnut 48, welche ausnehmend geringe Strömungsverluste zur Folge haben kann.
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Die Anschlussreihenfolge in axialer Ordnung ist vorliegend Niederdruckanschluss T an einer Gehäuse-abgewandten Stirnseite 50, Arbeitsanschluss A und Druckanschluss P. Mit anderen Worten, der Arbeitsanschluss A ist vorliegend in axialer Richtung zwischen den Anschlüssen Druckanschluss P und Niederdruckanschluss T angeordnet. Dabei ist die Ringnut 48 vorzugsweise derart bemessen und dazu konfiguriert, dass sie in einer ersten Schaltstellung die radialen Anschlüsse Druckanschluss P und Arbeitsanschluss A fluidisch kommunizierend verbinden kann, und/oder dass die Ringnut 48 in einer zweiten Schaltstellung den radialen Arbeitsanschluss A mit dem axialen und/oder radialen Niederdruckanschluss T vorzugswiese mittels eines Umspülens eines Rands der Gehäuse-abgewandten Kolbenstirnfläche 30 fluidisch kommunizierend verbinden kann.
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Indem die Vorsteuerflächen 24, 26 außerhalb des Schieberkolbens 6 angeordnet sind, während der Niederdruckanschluss T mit einem Inneren des Schieberkolbens 6 verbunden ist, kann ein Abfließen eines Leckölstroms aus vorliegend einer der Vorsteuerkammern 22 über die Druckausgleichsleitungen 32 zum Niederdruckanschluss T erreicht werden.
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Indem der Druckanschluss P vorliegend zu der anderen Vorsteuerkammer 22 benachbart ist, ist hier kein oder zumindest ein sehr geringer Leckölstrom bzw. Leckagestrom zu erwarten. Die Anschlussreihenfolge der Ausführungsform hat also zur Folge, dass eine Leckage aus den Vorsteuerkammern das Fluidvolumen des Arbeitsanschlusses nicht verändert. Optional ist eine Dichtung 62, wie eine O-Ring-Dichtung, effizienzsteigernd vorsehbar.
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Das in der 2 dargestellte Mehrwegeschieberventil 1 ist Teil einer (nicht dargestellten) Mehrwegeschieberventilanordnung, wie einer Fluidschaltung mit dem Mehrwegeschieberventil 1, in welcher der Niederdruckanschluss T des Mehrwegeschieberventils 1 mit einer Niederdruckleitung 52 fluidisch kommunizierend verbunden ist.
