DE102021111577B4 - Hydraulic changeover valve - Google Patents
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Abstract
Hydraulisches Umschaltventil (2) mit mindestens drei Anschlüssen in Form von Abgängen (3a, 3b, 3c) einer in einem Ventilkörper (1) ausgebildeten Bohrung (3) und mit einem innerhalb der Bohrung (3) zwischen mindestens zwei Schaltstellungen längsverschiebbaren Ventilkolben (4), der mindestens zwei gegeneinander radial abgestufte Bereiche (4a, 4b, 4c) aufweist, welche in Abhängigkeit der Schaltstellung unterschiedliche Abgänge (3a, 3b, 3c) der Bohrung (3) entweder versperren oder miteinander fluidleitend verbinden,wobei das Umschaltventil (2) eine mit dem Ventilkolben (4) verbundene Gewindespindel (4e) aufweist, die in einer gegenüber dem Ventilkörper (1) festen Spindelmutter (5) oder einem in dem Ventilkörper (1) ausgebildeten Gegengewinde für die Gewindespindel läuft und als Antrieb für den Ventilkolben (4) dient,dadurch gekennzeichnet, dass.zumindest einem der Abgänge (3a) ein in der Bohrung (3) radial umlaufender Ventilsitz (3d) zugeordnet ist, gegen den der Ventilkolben (4) in einer der Schaltstellungen anliegt und den dem Ventilsitz (3d) zugeordneten Abgang (3a) sitzdicht versperrt, wobeisich der dem Ventilsitz (3d) zugeordnete Abgang (3a) an einer axialen Endfläche der Bohrung (3) befindet, welche um den Abgang (3a) den Ventilsitz (3d) ausbildet.Hydraulic switching valve (2) with at least three connections in the form of outlets (3a, 3b, 3c) of a bore (3) formed in a valve body (1) and with a valve piston (4) which can be longitudinally displaced between at least two switching positions within the bore (3) which has at least two mutually radially stepped areas (4a, 4b, 4c) which, depending on the switching position, either block different outlets (3a, 3b, 3c) of the bore (3) or connect them to each other in a fluid-conducting manner, the switching valve (2) having a threaded spindle (4e) connected to the valve piston (4), which runs in a spindle nut (5) fixed relative to the valve body (1) or in a counter-thread for the threaded spindle formed in the valve body (1) and as a drive for the valve piston (4) is used, characterized in that at least one of the outlets (3a) is assigned a radially circumferential valve seat (3d) in the bore (3), against which the valve piston (4) rests in one of the switching positions and the valve seat (3d) assigned Outlet (3a) blocked in a seat-tight manner, the outlet (3a) associated with the valve seat (3d) being located on an axial end surface of the bore (3) which forms the valve seat (3d) around the outlet (3a).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Umschaltventil mit mindestens drei Anschlüssen sowie eine Ventilschaltung mit einem solchen Ventil.The present invention relates to a hydraulic switching valve with at least three ports and a valve circuit with such a valve.
Bei mobilen hydraulischen Arbeitsgeräten wird häufig eine manuelle Umschaltung hydraulischer Funktionen benötigt. Eine solche Umschaltung von Hydraulikwegen wird häufig über Drehschieber oder Kugelhähne realisiert. Drehschieber benötigen jedoch eine zusätzliche Verdrehsicherung und Kugelhähne sind schwieriger in einen Hydraulikblock zu integrieren. Dadurch sind die genannten Lösungen aufwendig und fehleranfällig.In the case of mobile hydraulic working devices, manual switching of hydraulic functions is often required. Such a switchover of hydraulic paths is often implemented using rotary slides or ball valves. However, rotary valves require additional anti-rotation protection and ball valves are more difficult to integrate into a hydraulic block. As a result, the solutions mentioned are complex and error-prone.
In der
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein hydraulisches Umschaltventil anzugeben, welches insbesondere einfach in einen Hydraulik- bzw. Steuerblock integriert werden kann.The present invention has set itself the task of specifying a hydraulic changeover valve which can be easily integrated in a hydraulic or control block.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird eine Verwendung eines solchen Umschaltventils in einer hydraulischen Schaltung nach Anspruch 7 sowie eine Ventilschaltung mit einem solchen Umschaltventil gemäß Anspruch 8 angegeben.The object is achieved by the features of
Bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Umschaltventil sind die mindestens drei Anschlüsse in Form von Abgängen einer in einem Ventilkörper ausgebildeten Bohrung ausgebildet, mit einem innerhalb der Bohrung zwischen mindestens zwei Schaltstellungen längsverschiebbaren Ventilkolben, der mindestens zwei gegeneinander radial abgestufte Bereiche aufweist, welche in Abhängigkeit der Schaltstellung unterschiedliche Abgänge der Bohrung entweder versperren oder miteinander fluidleitend verbinden. Weiter ist vorgesehen, dass das Umschaltventil eine mit dem Ventilkolben verbundene Gewindespindel aufweist, die in einer gegenüber dem Ventilkörper festen Spindelmutter läuft und als Antrieb für den Ventilkolben dient. Ein solches Umschaltventil lässt sich gut in einen Steuerblock bzw. Hydraulikblock integrieren, da lediglich eine einfache Formbohrung benötigt wird. Hierdurch wird eine einfache Montage, eine robuste Bauweise und eine entsprechend kostengünstige Fertigung ermöglicht. Das Ventil hält zuverlässig seine Schaltstellung und ist erfindungsgemäß einseitig sitzdicht ausgeführt. Selbstverständlich kann das Umschaltventil auch mehr als 3 Anschlüsse und auch mehr als 2 Schaltstellungen besitzen. Außerdem kann die Spindelmutter natürlich auch als integraler Bestandteil des Ventilkörpers ausgebildet sein, sodass in diesem Fall das Gegengewinde für die Gewindespindel in dem Ventilkörper ausgebildeten sein kann.In a hydraulic changeover valve according to the invention, the at least three connections are in the form of outlets in a bore formed in a valve body, with a valve piston which can be longitudinally displaced within the bore between at least two switching positions and has at least two radially stepped regions which have different outlets depending on the switching position either block the bore or connect them to each other in a fluid-conducting manner. It is further provided that the switching valve has a threaded spindle connected to the valve piston, which runs in a spindle nut which is fixed relative to the valve body and serves as a drive for the valve piston. Such a switching valve can easily be integrated into a control block or hydraulic block, since only a simple shaped bore is required. This enables simple assembly, a robust design and correspondingly cost-effective production. The valve reliably maintains its switching position and, according to the invention, is designed to be seat-tight on one side. Of course, the switching valve can also have more than 3 connections and more than 2 switch positions. In addition, the spindle nut can of course also be designed as an integral part of the valve body, so that in this case the mating thread for the threaded spindle can be designed in the valve body.
Meist müssen derartige Umschaltventile an mobilen Hydraulikvorrichtungen nur selten betätigt werden. Dementsprechend kann die Gewindespindel starr mit dem Ventilkolben verbunden sein, sodass dieser sich bei Betätigung der Ventilspindel mit dreht. Zur Schonung entsprechender Dichtungen am Ventilkolben kann jedoch die Gewindespindel auch drehgelenkig mit dem Ventilkolben verbunden werden.In most cases, switching valves of this type on mobile hydraulic devices only have to be actuated infrequently. Accordingly, the threaded spindle can be rigidly connected to the valve piston, so that it rotates when the valve spindle is actuated. However, in order to protect the corresponding seals on the valve piston, the threaded spindle can also be connected to the valve piston in a pivoted manner.
Erfindungsgemäß ist mindestens einem der Abgänge ein in der Bohrung radial umlaufender Ventilsitz zugeordnet, gegen den der Ventilkolben in einer der Schaltstellungen anliegt und den dem Ventilsitz zugeordneten Abgang sitzdicht versperrt. Somit kann das Ventil zumindest einseitig sitzdicht ausgeführt werden. Die übrigen Abgänge können dagegen schiebergedichtet ausgeführt werden, sofern eine geringe Leckage an diesen Abgängen toleriert werden kann. In den meisten Anwendungen stört eine solche Leckage im Betrieb der Hydraulikschaltung nicht.According to the invention, at least one of the outlets is assigned a radially circumferential valve seat in the bore, against which the valve piston rests in one of the switching positions and blocks the outlet assigned to the valve seat in a seat-tight manner. The valve can thus be designed to be seat-tight at least on one side. The other outlets, on the other hand, can be spool-sealed if a small amount of leakage can be tolerated at these outlets. In most applications, such leakage does not interfere with the operation of the hydraulic circuit.
Der dem Ventilsitz zugeordnete Abgang befindet sich dabei an einer axialen (d.h. stirnseitigen) Endfläche der Bohrung. Die axiale Endfläche bildet somit um den Abgang herum den Ventilsitz aus. Die übrigen Abgänge können so angeordnet sein, dass sie in die Mantelfläche der Bohrung einmünden und sind in diesem Fall schiebergedichtet. Soll auch ein zweiter Abgang sitzdicht ausgeführt werden, so kann in die Bohrung ein entsprechendes ringförmiges Sitzteil eingeschraubt werden, da die zweite stirnseitige Endfläche für die Gewindespindel benötigt wird.The outlet associated with the valve seat is located on an axial (i.e. front) end surface of the bore. The axial end face thus forms the valve seat around the outlet. The other outlets can be arranged in such a way that they open into the outer surface of the bore and are slide-sealed in this case. If a second outlet is also to be designed to be seat-tight, a corresponding ring-shaped seat part can be screwed into the bore, since the second end face is required for the threaded spindle.
Das Umschaltventil kann vorzugsweise als Einschraubventil zum Einbau in einen Ventilblock ausgeführt sein, der gleichzeitig den Ventilkörper bildet. Somit braucht im Ventilblock lediglich die genannte Bohrung mit den genannten Abgängen ausgeformt werden. Hier ergibt sich ein besonders einfacher und robuster Aufbau für eine in einem Ventilblock integrierte Hydraulikschaltung. The switching valve can preferably be designed as a screw-in valve for installation in a valve block, which at the same time forms the valve body. Thus, only the bore with the outlets mentioned needs to be formed in the valve block. This results in a particularly simple and robust structure for a hydraulic circuit integrated in a valve block.
Vorzugsweise wird die Gewindespindel an ihrem vom Ventilkolben entfernten Ende mit einem Handbetätigungselement wie etwa einem handbetätigbaren Drehgriff versehen. Das Umschaltventil kann somit von Hand durch Drehen der Gewindespindel umgeschaltet werden. Die Spindelmutter kann hierbei als selbstsichernde Dichtmutter ausgeführt sein oder die Gewindespindel bzw. der Ventilkolben können über eine Dichtung gegenüber dem Ventilkörper gedichtet sein. Im zweiten Fall ist vorzugsweise die Spindel innerhalb der Spindelführung unterhalb des Spindelgewindes, d.h. außerhalb des Gewindebereichs abgedichtet.The threaded spindle is preferably provided at its end remote from the valve piston with a hand-operated element, such as a hand-operated rotary handle. The changeover valve can thus be switched over manually by turning the threaded spindle. The spindle nut can be designed as a self-locking sealing nut, or the threaded spindle or the valve piston can be sealed with respect to the valve body via a seal. In the second case, the spindle is preferably sealed within the spindle guide below the spindle thread, i.e. outside the threaded area.
Zur Sicherung der Schaltstellung gegen ungewolltes Verdrehen kann auf die Gewindespindel oberhalb der Spindelmutter eine Kontermutter aufgeschraubt werden. Bei Verwendung einer solchen Kontermutter kann die Abdichtung des Ventils gegenüber der Bohrung auch erfolgen, indem die Kontermutter als selbstsichernde Dichtmutter ausgeführt wird.A counter nut can be screwed onto the threaded spindle above the spindle nut to secure the switching position against unintentional turning. When using such a lock nut, the valve can also be sealed relative to the bore by the lock nut being designed as a self-locking sealing nut.
Das Umschaltventil dient in einer bevorzugten Anwendung, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, für eine Ventilschaltung zum Anschluss eines Verbrauchers im wahlweisen Betrieb mit einer lastgesteuerten Hydraulikpumpe, einer sogenannten Verstellpumpe, oder mit einer Konstantpumpe. Das Umschaltventil dient hierbei zur Umschaltung zwischen einem sogenannten Open-Center- und einem Closed-Center-Betrieb. Die Ventilschaltung weist hierbei eine zu einem Tank führende Tankrückleitung mit einer Druckwaage auf, die ausgebildet ist, überschüssiges Hydraulikmittel bei Betrieb mit einer Konstantpumpe zurück zum Tank zu führen. Die Druckwaage besitzt einen mit einer Pilotleitung verbundenen Pilotanschluss, über den die Druckwaage bei Druckbeaufschlagung gesperrt werden kann. Das Umschaltventil wird hierbei in der Pilotleitung angeordnet und verbindet die Pilotleitung in seiner ersten Schaltstellung mit einem Lastmeldeanschluss (Open Center) und in seiner zweiten Schaltstellung mit dem Druckanschluss der Hydraulikpumpe (Closed Center). Eine entsprechende Handumschaltung ist beispielsweise sinnvoll, wenn ein landwirtschaftliches Anbaugerät an unterschiedlichen Zugfahrzeugen betrieben wird, wobei eines eine lastgesteuerte Pumpe, ein anderes eine Konstantpumpe als zentrale Hydraulikversorgung aufweist.In a preferred application, the changeover valve is used, without the invention being restricted thereto, for a valve circuit for connecting a consumer in optional operation with a load-controlled hydraulic pump, a so-called variable displacement pump, or with a constant pump. The changeover valve is used here to switch between a so-called open-center and a closed-center operation. In this case, the valve circuit has a tank return line leading to a tank with a pressure compensator, which is designed to return excess hydraulic medium when operating with a constant pump to the tank. The pressure compensator has a pilot connection connected to a pilot line, via which the pressure compensator can be blocked when pressure is applied. The switching valve is arranged in the pilot line and connects the pilot line in its first switch position to a load-sensing port (open center) and in its second switch position to the pressure port of the hydraulic pump (closed center). A corresponding manual switching is useful, for example, when an agricultural implement is operated on different towing vehicles, with one having a load-controlled pump and another having a fixed displacement pump as the central hydraulic supply.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigt:
-
1 einen Schnitt durch einen Ventilblock mit einem erfindungsgemäßen Umschaltventil und -
2 eine Ventilschaltung zum Anschluss eines Verbrauchers im wahlweise Open-Center- und Closed-Center-Betrieb.
-
1 a section through a valve block with a switching valve according to the invention and -
2 a valve circuit for connecting a consumer in either open-center or closed-center operation.
In
In der in
An seinem aus dem Ventilblock 1 herausragenden Ende 4e ist der Ventilkolben zu einer Gewindespindel mit reduziertem Außendurchmesser gearbeitet, die mit einem Außengewinde versehen ist. Der vorderste Bereich 3e der Bohrung 3 ist mit einem größeren Innendurchmesser ausgebohrt und mit einem Innengewinde versehen. In dieses ist eine Spindelmutter 5 eingeschraubt, in der der zu einer Gewindespindel gestaltete Endbereich 4e des Ventilkolbens 4 läuft. Durch eine Drehbewegung der Gewindespindel 4e bzw. des Ventilkolbens 4 kann dieser in axialer Richtung verstellt werden und so von der in
Statt zum Einschrauben in einen Steuerblock 1 wie in
Die Abdichtung des Ventilkolbens 4 innerhalb der Bohrung 3 erfolgt in
In
Damit die hydraulische Schaltung mit einer Konstantpumpe, das heißt einer nicht leistungsgeregelten Hydraulikpumpe am Pumpenanschluss 11 betrieben werden kann, ist der Pumpenanschluss 11 über eine dritte Hydraulikleitung 12c und eine Druckwaage 20 mit dem Tankanschluss 19 verbunden. Somit kann das von der Hydraulikpumpe geförderte, überschüssige Hydrauliköl über die Druckwaage 20 zum Tank hin zurückgeführt werden.The
Soll die Schaltung hingegen mit einer leistungsgesteuerten Hydraulikpumpe betrieben werden, wird die Druckwaage 20 blockiert. Dies erfolgt über einen Pilotanschluss der Druckwaage 20, der mit einer Pilotleitung 21 verbunden wird. Die Pilotleitung 21 kann über das handbetätigte hydraulische Umschaltventil 2 direkt mit dem Druckanschluss der Hydraulikpumpe verbunden werden. In diesem Falle ist die Druckwaage 20 gesperrt. In der in
Somit kann die in
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