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Die Erfindung betrifft ein schnellschaltendes 2/2-Wege-Einbauventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In der Druckschrift „2-Wege-Einbauventil, aktiv ansteuerbar Typ LC2A“ mit der Nummer RD21040 der Anmelderin vom Mai 2017 ist ein 2/2-Wege-Einbauventil offenbart. Es hat einen Hochdruckanschluss und einen Niederdruckanschluss, die voneinander getrennt oder miteinander verbunden werden können.
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Die durch ein schnelles Schließen entstehenden Druckschwankungen lassen einen Steuerschieber mehrfach kurzfristig von einem Sitzring abheben. Durch die entstehenden Leckagen über den Sitzbereich kann der Hochdruck nur verzögert aufgebaut werden. Der durch das schnelle Schließen verursachte Aufprall des Steuerschiebers auf dem Sitzring ist zu dämpfen. Eine Standarddämpfung im Sitzbereich ist nicht möglich, da sich dort beim Einfahren des Steuerschiebers in die Dämpfung eine Wirkfläche in Öffnungsrichtung des Steuerschiebers bilden würde, die den Steuerschieber wieder öffnen würde, und die daher vermieden werden muss.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein schnellschaltendes 2/2-Wege-Einbauventil zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile verringert oder vermeidet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine schnellschaltendes 2/2-Wege-Einbauventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Das beanspruchte schnellschaltende 2/2-Wege-Einbauventil ist in Sitzventilbauweise ausgeführt und hat ein Ventilgehäuse, in dem ein Steuerschieber geführt und an dem ein Sitzring für den Steuerschieber ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist mittels eines Außenmantelabschnitts des Steuerschiebers - vorzugsweise in einem Schulterbereich des Steuerschiebers - und eines Innenmantelabschnitts des Ventilgehäuses eine Endlagendämpfung für eine Schließbewegung des Steuerschiebers gebildet. Die durch das schnelle Schließen entstehende hohe Aufprallenergie wird durch die erfindungsgemäße Dämpfung abgebaut. So können Schließzeiten <10ms des Einbauventils realisiert werden.
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Diese Dämpfung hat gegenüber den üblichen Dämpfungszapfen im Sitzbereich den Vorteil, dass sich im Hochdruck-Bereich des Einbauventils keine Wirkfläche in Öffnungsrichtung ausbilden kann. Gleichzeitig kann auch ein mögliches Zuziehen des Einbauventils bei Durchströmung vom Hochdruckanschluss zum Niederdruckanschluss verhindert werden.
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Die beiden Mantelabschnitte (der Dämpfung) können gemäß zweier verschiedener Ausführungsbeispiele kegelig oder kreiszylindrisch (geformt) sein. Beim ersten Ausführungsbeispiel fährt ein keglig ausgeführter Bereich des Steuerschiebers in eine ebenfalls keglig ausgeführte Aufnahme des Ventilgehäuses, das eine Buchse sein kann. Je nach gewünschter Dämpfungswirkung können Dämpfungslänge, -winkel und -spalt unterschiedlich ausgeführt werden. Die Dämpfung kann gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgeführt werden. Je nach gewünschter Dämpfungswirkung können Dämpfungslänge und -spalt unterschiedlich ausgeführt werden.
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Wenn das Einbauventil als Rückschlagventil ausgeführt ist, kann diese sehr schnell (z.B. <10ms) den Hochdruckanschluss vom Niederdruckanschluss trennen. Das Rückschlagventil gemäß dem Stand der Technik hat zu lange Schließzeiten (ca. 20ms). Derartig kurze Schließzeiten sind besonders bei Druckgussmaschinen vorteilhaft, daher ist das Rückschlagventil vorzugsweise für eine Druckgussmaschine ausgelegt.
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Das Ventilgehäuse kann zumindest abschnittweise eine Buchse oder ein Rohr oder buchsenartig oder rohrartig sein. Dann ist der Innenmantelabschnitt an einem Endabschnitt des Ventilgehäuses gebildet, der gegenüber einem Sitzbereich angeordnet ist. Dieser Endabschnitt ist vorzugsweise in einen Ventilblock des Einbauventils eingesetzt.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist im Sitzbereich eine Überdeckung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Steuerschieber vorgesehen, die zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Niederdruckanschluss schließend oder absperrend wirkt. Durch die Überdeckung wird die Leckage vom Hochdruckanschluss zum Niederdruckanschluss bei einem kurzfristigen Abheben des Steuerschiebers auf ein Minimum beschränkt.
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Wenn der Sitzring des Ventilgehäuses und/oder ein Sitzring des Steuerschiebers kegelig sind, wird die Überdeckung vorzugsweise durch einen steuerschieberseitigen Überdeckungsabschnitt benachbart zum Sitzring des Steuerschiebers und einen ventilgehäuseseitigen Überdeckungsabschnitt benachbart zum Sitzring des Ventilgehäuses gebildet.
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Die beiden Überdeckungsabschnitte sind besonders bevorzugt kreiszylindrisch. Die Überdeckung ist also durch eine kreiszylindrische Aufnahme für den Steuerschiebersitz realisiert. Eine Überdeckungslänge und der Spalt werden so ausgeführt, das bei einem kurzfristigen Abheben des Steuerschiebers möglichst wenig Leckage zwischen den beiden Anschlüssen entsteht.
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Wenn in dem Ventilgehäuse Radialbohrungen vorgesehen sind, die den Hochdruckanschluss bilden, ist der ventilgehäuseseitige Überdeckungsabschnitt zwischen dem Sitzring des Ventilgehäuses und den Radialbohrungen angeordnet.
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Im Steuerschieber kann eine Durchgangsausnehmung vorgesehen sein, über die zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten des Steuerschiebers miteinander verbunden sind. Über die Durchgangsausnehmung wird der stirnseitige Niederdruckanschluss mit einem Federraum verbunden. Die Durchgangsausnehmung ist aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise konzentrisch.
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Ein Steuerdruck kann das Einbauventil offenhalten. Durch Wegschalten des Steuerdrucks wird das Einbauventil geschlossen. Eine schnelle Schließzeit wird durch eine möglichst große engste Stelle der Durchgangsausnehmung - vorzugsweise Mittelbohrung - im Steuerschieber erreicht. Dadurch wird ein schneller Fluid- und Druckaustausch zwischen dem Niederdruckanschluss und dem Federraum erreicht.
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Ein Radius der Durchgangsausnehmung an ihrer engsten Stelle beträgt z.B. mindestens 45% (vorzugsweise mindestens 50%) des Radius des Steuerschiebers an der gleichen Stelle. Damit ist eine Reduzierung der Masse des Steuerschiebers erreicht, was das schnelle Schließen erleichtert.
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Das Einbauventil kann ein durch eine Feder vorgespanntes Rückschlagventil sein. Dann wird die engste Stelle der Durchgangsausnehmung vorzugsweise durch eine innere Radialschulter gebildet, die sich nach innen erstreckt, und über die die Feder den Steuerschieber mit einer Schließkraft beaufschlagt.
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Ein Anheften des Steuerschiebers am Ventilblock oder an einem Deckel und dadurch verzögertes Schalten wird durch eine möglichst kleine Anlagefläche für die Öffnungsstellung vermieden, die kleiner als eine ringförmige Querschnittsfläche des Steuerschiebers im Bereich der Feder ist.
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Zur (weiteren) Verringerung der Masse kann der Steuerschieber noch zusätzlich ausgedreht werden. Dabei wird zwischen der inneren Radialschulter und dem Sitzring des Steuerschiebers ein Abschnitt der Durchgangsausnehmung gebildet, dessen Radius z.B. mindestens 65% (vorzugsweise mindestens 70%) des Radius des Steuerschiebers an der gleichen Stelle beträgt.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen schnellschaltenden 2/2-Wege-Einbauventils ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen
- 1 in einem Längsschnitt das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen schnellschaltenden 2/2-Wege-Einbauventils,
- 2 einen Ausschnitt aus 1 mit einer Überdeckung, und
- 3 einen Ausschnitt aus 1 mit einer Dämpfung.
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1 zeigt in einem Längsschnitt ein schnellschaltendes 2/2-Wege-Einbauventil mit einer erfindungsgemäßen Dämpfung 1 für eine (in 1 nach unten gerichtete) Schließbewegung seines Steuerschiebers 2. Der Steuerschieber 2 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 4 und dabei in seiner (in 1 unteren) Schließposition gezeigt.
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Der Steuerschieber 2 ist buchsenartig ausgebildet und dabei in einer Ventilbohrung eines Ventilgehäuses 6 geführt. Das Ventilgehäuse 6 ist an seinem (in 1 oberen) Endabschnitt 22 in einen Ventilblock 8 eingesetzt, in dem eine Steuerdruckleitung 10 ausgebildet ist. Weiterhin bildet der Ventilblock 8 auch einen (in 1 oberen) Teil der Ventilbohrung, in der der Steuerschieber 2 geführt ist.
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Das Einbauventil hat an seinem dem Ventilblock 8 gegenüberliegenden (in 1 unteren) Endabschnitt einen Sitzbereich 12, der in der Schließstellung des Steuerschiebers 2 einen Hochdruckanschluss HD gegenüber einem Niederdruckanschluss ND absperrt. Der Hochdruckanschluss HD ist als Radialbohrungsstern mit mehreren Radialbohrungen 14 im Ventilgehäuse 6 gebildet, wobei in 1 nur zwei Radialbohrungen 14 dargestellt sind. Der Niederdruckanschluss ND ist als (in 1 untere) stirnseitige Öffnung des buchsenartigen Ventilgehäuses 6 gebildet.
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2 zeigt den Sitzbereich 12 in einer vergrößerten Darstellung A. Es ist zu erkennen, dass im Sitzbereich 12 ein steuerschieberseitiger Sitzring 12a und ein ventilgehäuseseitiger Sitzring 12b angeordnet sind, die in der in den 1 und 2 gezeigten geschlossenen Stellung aufeinandergepresst sind. Die beiden Sitzringe 12a, 12b sind kegelstumpfförmig.
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In 1 ist dargestellt, dass im Inneren des Steuerschiebers 2 und des Ventilblocks 8 eine Feder 16 weitgehend angeordnet ist. Genauer gesagt ist ein Federraum 18 für die Feder 16 vorgesehen, der zu einem größeren Teil vom Steuerschieber 2 und zu einem kleineren Teil vom Ventilblock 8 begrenzt ist. Die Feder 16 stützt sich an einem (in 1 nicht gezeigten) Deckel ab und spannt den Steuerschieber 2 über eine innere Radialschulter 20 des Steuerschiebers 2 in die Schließposition vor.
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3 zeigt eine Ausschnittvergrößerung B des Endabschnitts 22 des Ventilgehäuses 6, dessen äußerer Durchmesser verringert ist, und der mit zentrierender Wirkung in den Ventilblock 8 eingesetzt ist und dabei mit einer Dichtung 24 gedichtet ist. So bilden der Ventilblock 8 und das buchsenartige Ventilgehäuse 6 gemeinsam die bereits angesprochene Ventilbohrung für den Steuerschieber 2.
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An dem Endabschnitt 22 mit verringertem Außendurchmesser ist die erfindungsgemäße Dämpfung 1 gebildet. Dazu wirkt ein kegelstumpfförmiger Innenmantelabschnitt 26 des Endabschnitts 22 zusammen mit einem ebenfalls kegelstumpfförmigen Außenmantelabschnitt 28 des Steuerschiebers 2.
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Die beiden kegelstumpfförmigen Mantelabschnitte 26, 28 haben eine gleiche (geringe) Neigung bzw. Steilheit mit Bezug zur Längsachse 4. Die Neigung bzw. Steilheit ist z. B < 7 Grad. Dabei sind die Mantelabschnitte 26, 28 derart angeordnet, dass ihr jeweiliger geringerer Durchmesser zum Sitzbereich 12 weist, während der jeweilige größere Durchmesser zum Ventilblock 8 weist.
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Vorzugsweise erstrecken sich die beiden Mantelabschnitte 26, 28 (so wie in 3 gezeigt) von einem Steuerdruckraum, der am Außenumfang des Steuerschiebers 2 gebildet ist, bis zu einer Stirnfläche 32 des Endabschnitts 22 des Ventilgehäuses 6, an der auch der Steuerdruckraum 30 angeordnet ist.
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Wenn der Steuerschieber 2 aus der (in 3 gezeigten) Schließposition, in der die beiden Mantelabschnitte 26, 28 nur einen minimalen kegelstumpfförmigen Spalt bilden, in die Öffnungsposition (in 3 nach oben) geschoben wird, vergrößert sich der Spalt zwischen den beiden Mantelabschnitten 26, 28 und der Steuerdruckraum 43 wird mit Druckmittel aus dem Steuerdruckraum 30 befüllt. Während des Schließvorgangs sind vorerst die Steuerdruckräume 43 und 30 miteinander verbunden, so dass das Fluid ungehindert von Steuerdruckraum 43 über Steuerdruckraum 30 und über die Steuerdruckleitung 10 abfließen kann. Nach ca. 60%-70% des Hubes fährt der Kegelabschnitt des Steuerschiebers 2 in den Kegelabschnitt des Ventilgehäuses 6 ein und es entsteht ein Dämpfungsspalt, welcher während des weiteren Schließens ständig enger und länger wird. Der Dämpfungsspalt ist somit kurz vor dem Aufschlag des Steuerschiebers 2 am engsten, und im Steuerdruckraum 43 baut sich ein immer größerer Gegendruck auf, der den Aufschlag des Steuerschiebers 2 dämpft. Vorteilhaft ist es die Dämpfung so auszuführen, dass sie am wirkungsvollsten ist, wenn der Steuerschieber 2 in den Überdeckungsabschnitt 34 einfährt. Somit wird die Schließgeschwindigkeit (und damit die Aufprallenergie) des Steuerschiebers 2 erst verringert, wenn der Hochdruckbereich HD vom Niederdruckbereich ND durch die Überdeckung 34/36 weitgehend getrennt ist.
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Je nach gewünschter Dämpfungswirkung können die Länge der beiden Mantelabschnitte 26, 28 entlang der (in 1 gezeigten) Längsachse 4 des Einbauventils, der angesprochene Winkel der beiden kegelstumpfförmigen Mantelabschnitte 26, 28 und der in der in 3 gezeigten Schließposition des Steuerschiebers 2 verbliebene Spalt unterschiedlich ausgeführt werden.
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Gemäß einem abweichenden Ausführungsbeispiel können die beiden die Dämpfung 1 bildenden Mantelabschnitte 26, 28 auch kreiszylindrisch ausgeführt werden.
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2 zeigt eine Überdeckung im Sitzbereich 12, die durch eine zylindrische Aufnahme für den Endabschnitt des Steuerschiebers 2 realisiert ist. Die zylindrische Aufnahme kann auch als ventilgehäuseseitiger Überdeckungsabschnitt 34 bezeichnet werden, der mit einem entsprechenden steuerschieberseitigen Überdeckungsabschnitt 36 zusammenwirkt und damit die Überdeckung bildet. Damit wird erreicht, dass bei einem evtl. verbleibenden kurzfristigen Abheben des Steuerschiebers 2 vom ventilgehäuseseitigen Sitzring 12b beim schnellen Schließen des Einbauventils minimale oder keine Leckage zwischen den beiden Anschlüssen HD, ND auftritt.
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1 zeigt eine gegenüber dem Stand der Technik vergrößerte Durchgangsausnehmung 38, die sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel konzentrisch zur Längsachse 4 erstreckt, und die den Steuerschieber 2 komplett durchsetzt. Über die Durchgangsausnehmung 38 ist der Federraum 18 mit dem Niederdruckanschluss ND verbunden. Die Durchgangsausnehmung 38 hat eine von der Radialschulter 20 definierte engste Stelle, deren Radius mindestens 50 % des Radius des Steuerschiebers 2 (an der gleichen Stelle) beträgt. Die Radialschulter 20 trennt dabei den Federraum 18 von einem Abschnitt 40 der Durchgangsausnehmung 38, der sich von der engsten Stelle 38 bis zum Sitzbereich 12 erstreckt.
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Ein Querschnitt des Abschnitts 40 der Durchgangsausnehmung 38 (senkrecht zur Längsachse 4) ist deutlich vergrößert gegenüber dem Querschnitt des Standes der Technik in diesem Bereich. Damit ist die Masse des Steuerschiebers 2 verringert, wodurch das schnelle und sichere Schließen des Steuerschiebers 2 deutlich begünstigt ist.
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Weiterhin ist an der Stirnseite des vom Sitzbereich 12 abgewandten Endabschnitts des Steuerschiebers 2 eine kreisringförmige Anlagefläche 42 gebildet, die (in der in 1 nicht gezeigten) geöffneten Position des Steuerschiebers 2 an dem (in 1 ebenfalls nicht gezeigten) Deckel des Einbauventils anliegt, und die bei der schnellen Schließbewegung ein Ablösen des Steuerschiebers 2 vom Deckel erleichtert.
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Offenbart ist ein schnellschaltendes 2/2-Wege-Einbauventil, das als Rückschlagventil dienen kann. Eine Schließbewegung seines Schließkörpers wird gedämpft durch aneinander anliegende und während der Schließbewegung gegeneinander bewegbare Anlageabschnitte. Die Anlageabschnitte sind einerseits am Schließkörper und andererseits an der Ventilbohrung gebildet, in der der Schließkörper geführt ist.
