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Die Erfindung betrifft ein Vorsteuerventil insbesondere zur
Verwendung in der Bergbauhydraulik, mit einem in der
Ventilaufnahmebohrung eines Ventilblocks od. dgl. anordbaren, ein
Mehrwegeventil bildenden und als Ventilpatrone ausgeführten
Ventileinsatz, dessen Ventilgehäuse eine Eintrittsöffnung für
eine Druckflüssigkeit, eine Anschlußöffnung für einen
Verbraucher, eine in einen Rücklauf mündende Austrittsöffnung und
eine Axialbohrung zur Aufnahme eines mit einer Schließfläche
versehenen Ventilschließkörpers aufweist, der mittels einer am.
Ventilgehäuse befestigbaren Schaltvorrichtung gegen die
Rückstellkraft einer Feder von einem der Schließfläche
zugeordneten, zwischen der Eintrittsöffnung und der Anschlußöffnung
angeordneten Ventildichtsitz abhebbar ist, wobei mit der
Abhebebewegung des Ventilschließkörpers vom Ventildichtsitz ein
zwischen der Anschlußöffnung und der Austrittsöffnung
angeordneter, wenigstens zweiteiliger Schließmechanismus für deren
Trennung gekoppelt ist.
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Gattungsgemäße Vorsteuerventile werden u. a. im untertägigen
Bergbau zum Schalten nachgeordneter Hauptsteuerventile
eingesetzt, mit denen dann hydraulische Arbeitszylinder von
Schreitausbaugestellen oder von anderen hydraulischen Aggregaten
betätigt werden können. Wegen des hohen Arbeitsdrucks und der
korrosionsfördernden untertägigen Atmosphäre sind im Hinblick
auf die Schaltkräfte, die Schaltwege und den Aufbau hohe
Anforderungen an die Untertage eingesetzten Ventile gesetzt. In
der Bergbauhydraulik bestehen die Schaltvorrichtungen in der
Regel aus elektromagnetischen Aktoren, die eigensicher
ausgelegt und an entsprechende Stromkreise angeschlossen sind. Mit
eigensicheren elektromagnetischen Schaltvorrichtungen ist die
aufbringbare Schaltkraft und der zur Betätigung zur Verfügung
stehende Schaltweg begrenzt.
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Ein gattungsgemäßes Vorsteuerventil ist aus der DE 92 11 629 U1
bekannt. Es weist einen dreiteiligen Ventilschließkörper
auf, der aus zwei Ventilschließgliedern mit kegelförmiger
Schließfläche und einem Koppelstößel besteht, die achsparallel
zueinander und mit einander zugewandten Kegelflächen in einem
aus zwei miteinander verschraubbaren Ventilgehäuseteilen
bestehenden, als Patrone ausgeführten Gehäuseteilen hin- und
herbewegbar aufgenommen sind. Jedes Gehäuseteil weist einen
der Schließfläche zugeordneten Ventilsitz auf und der Abstand
der Ventilsitze voneinander kann durch Verstellen der
Verschraubung zwischen den Ventilgehäuseteilen eingestellt
werden, um eine Ein- und Nachjustierung der Ventileinstellung zu
ermöglichen. Damit beim gattungsgemäßen Vorsteuerventil in
Abhängigkeit von der Ventil-Schaltstellung ein Fluidstrom von
der Hochdruckleitung zum Verbraucher bzw. vom Verbraucher zum
Rücklauf stattfinden kann, sind sowohl der Koppelstößel als
auch die Ventilschließglieder an ihren zylindrischen
Außenflächen mit axial verlaufenden Abflachungen oder Nuten versehen,
die zugleich den zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt
und mithin die Nennweite des Vorsteuerventils begrenzen und
bestimmen. Der Fertigungsaufwand für die den
Ventilschließkörper bildenden Ventilschließglieder und den Koppelstößel ist
daher vergleichsweise hoch und die Funktionstüchtigkeit des
gattungsgemäßen Vorsteuerventils ist von der exakten
Justierung des Abstandes der beiden Ventildichtsitze abhängig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorsteuerventil zu schaffen,
das kurze Schaltwege hat, einfach aufgebaut ist und einen
fertigungstechnisch einfach herstellbaren Ventilschließkörper
aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung
gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der
Ventilschließkörper einteilig bzw. einstückig ausgeführt ist und sowohl die
dem Ventildichtsitz zugeordnete Schließfläche als auch den
beweglichen Teil des Schließmechanismus aufweist, wobei der
bewegliche Teil des Schließmechanismus aus einem bei der
Abhebebewegung in einen Bohrungsabschnitt der Axialbohrung unter
Verschließen einer Radialöffnung eintauchenden Schaftabschnitt
des Ventilschließkörpers besteht. Bei dem erfindungsgemäßen
Vorsteuerventil ist mithin nur die Ventildichtung zwischen der
Druckleitung und dem Verbraucher mit einem vollständig
dichtenden Ventildichtsitz und zugehöriger Schließfläche
ausgeführt, während die Ventildichtung zwischen dem
Verbraucheranschluß und der Rücklaufleitung nach einem anderen Prinzip
arbeitet und aus einer Spaltdichtung besteht, die ab einem
bestimmten Schaltpunkt die Verbindung zwischen dem
Verbraucheranschluß und der Rücklaufleitung trennt und keiner Justierung
bedarf. Die Verwendung zweier unterschiedlicher Schalt- und
Dichtungsprinzipien ermöglicht nicht nur, auf eine Justierung
bzw. Nachjustierung zu verzichten, sondern vereinfacht
zugleich den fertigungstechnischen Aufwand für den
Ventilschließkörper, da dieser aus einem Stück gefertigt und ohne
aufwendige Pass- und Kopplungsflächen, wie bei einem
mehrteiligen Ventilschließkörper, gefertigt werden kann. Aufgrund des
einstückigen, als Ventilschieber ausgeführten
Ventilschließkörpers ist auch der Schaltweg und mithin der notwendige
Ventilhub äußerst kurz.
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In bevorzugter Ausgestaltung weist der Ventilschließkörper
einen ringförmigen Kragen auf, der mit seiner dem
Ventildichtsitz zugewandten Rückseite die Schließfläche bildet oder die
Stützfläche für einen Dichtkörper bildet. Ein ringförmiger
Kragen ist fertigungstechnisch einfach herstellbar und sorgt
für eine weitere bauliche Vereinfachung des
Ventilschließkörpers, da auf aufwendige, kegelförmige Schließflächen am
Ventilschließkörper verzichtet werden kann. Der ringförmige
Kragen kann hierbei selbst mit seiner vorzugsweise ebenen
Rückseite die am Ventildichtsitz anliegende Schließfläche bilden
oder sie dient als Stützfläche für einen Dichtkörper, der bei
Verschleiß ggf. ausgetauscht werden kann. Um die Dichtfunktion
der Schließfläche zu erhöhen und die Verschleißanfälligkeit zu
verringern, kann der Kragen an seiner Rückseite mit einem
zusätzlichen Sitzwerkstoff ausgerüstet sein. Der ringförmige
Kragen, der in der Schließstellung des Vorsteuerventils mit
dem Druck aus der Druckleitung in Schließrichtung des
Ventildichtsitzes beaufschlagt ist, bewirkt einen selbsttätigen
Verschluß des Vorsteuerventils selbst dann, wenn die
Rückstellfeder versagen oder der Aktor der Schaltvorrichtung eine freie
Bewegung des Ventilschließkörpers blockieren sollte.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung bildet der
Schaftabschnitt, d. h. der bewegliche Teil des Schließmechanismus, das
eine Ende des Ventilschließkörpers und ein Zapfenabschnitt
bildet das andere Ende des Ventilschließkörpers, wobei der
Zapfen- und der Schaftabschnitt denselben Durchmesser
aufweisen und die Führungsflächen des Ventilschließkörpers in
Bohrungsabschnitten der Axialbohrung bilden. Beide können dann
jeweils mit einer Dichtringnut zur Aufnahme eines O-Rings oder
Gleitrings versehen sein. Die vorgenannten Maßnahmen haben den
Vorteil, dass sich der Ventilschließkörper mit dem Schaft- und
dem Zapfenabschnitt in der Axialbohrung des Ventilgehäuses
führt und aufgrund der aufeinander abgestimmten Durchmesser
eine druckausgeglichene Öffnungsstellung des
Ventilschließkörpers bei vom Dichtsitz abgehobenen Kragen erzielt werden kann.
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Weiter vorzugsweise kann der Ventilschließkörper zwischen dem
Kragen und dem den beweglichen Teil des Schließmechanismus
bildenden Schaftabschnitt einen durchmesserreduzierten
Einschnitt mit konischem Übergangsabschnitt zum Schaftabschnitt
und/oder Kragen aufweisen. In besonders bevorzugter
Ausführungsform ist der Ventildichtsitz Bestandteil einer
austauschbaren, in Sacklocherweiterungen der Axialbohrung einsetzbaren,
insbesondere in diese einpreßbaren Ventilhülse. Mittels der
austauschbaren Ventilhülse wird nicht nur die
Wartungsmöglichkeit des Vorsteuerventils erhöht, sondern es besteht die
Möglichkeit, bei ansonsten unverändert aufgebautem
Vorsteuerventil den Werkstoff des Ventildichtsitzes und/oder die Geometrie
des Ventildichtsitzes an das spezifische Anwendungsprofil des
Vorsteuerventils anzupassen. Besonders günstig ist es dann,
wenn der Innendurchmesser der Ventilhülse am Ventildichtsitz
im wesentlichen denselben Durchmesser wie der Schaft- und der
Zapfenabschnitt aufweist und die Innenseite der Ventilhülse
Abschnitte der Axialbohrung bildet.
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Die Anordnung des austauschbaren Ventildichtsitzes hängt von
dem Aufbau des Ventilgehäuses ab. Bei einer möglichen
Ausführungsform besteht das Ventilgehäuse aus einem einzigen
Gehäuseteil mit einer gestuften Sacklocherweiterung, in die eine
Ventilhülse eingesetzt ist, die mit ihrem in das Sackloch
eingesteckten Hülsenende den Ventildichtsitz bildet, mit ihrer
Innenseite Abschnitte der Axialbohrung bildet und die zwischen
zwei Bohrungsabschnitten im Abstand vom Ventildichtsitz die
Radialöffnung aufweist, wobei vorzugsweise die Radialöffnung
in eine umlaufende Nut an der Innenseite der Ventilhülse
mündet. Bei einem einteiligen Ventilgehäuse ist eine Justierung
der Ventileinstellung nicht möglich, da der über den Aufbau
der Ventilhülse festgelegte Abstand zwischen dem
Ventildichtsitz und der Radialöffnung den Schaltweg des Vorsteuerventils
bestimmt. Gleichzeitig ist jedoch das Risiko von
Montagefehlern auf ein Mindestmaß reduziert, da die exakte Einstellung
des Schaltweges ausschließlich von der Passung zwischen dem
Schaltstößel der Schalteinrichtung, der den Ventildichtsitz
umfassenden Ventilhülse und dem hierin eingesetzten und
geführten Ventilschließkörper bestimmt wird. Die Nut an der
Innenseite der Ventilhülse kann bei einer Ausführungsvariante
der Ventilhülse auch dadurch erzeugt werden, daß die
Ventilhülse an der Innenseite stufig ausgeführt ist und in die Stufe
der Ventilhülse ein Ventilhülseneinsatz eingesetzt,
insbesondere eingeschraubt ist, der kürzer baut als die Tiefe der
Stufe, so daß zwischen der Stirnseite des Ventilhülseneinsatzes
und dem Boden der Stufe die Nut ausgebildet ist.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung kann das Ventilgehäuse
aus einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten, mit diesem
verbindbaren, insbesondere verschraubbaren Gehäuseteil
bestehen, der mit einer gestuften Axialbohrung versehen ist, in die
von der einzigen Trennebene zwischen den beiden Gehäuseteilen
her eine Ventilhülse eingesetzt ist, die mit ihrem freien Ende
den Ventildichtsitz bildet, wobei die Ventilhülse zwischen
ihrem anderen Ende und dem Stufenabsatz der Sacklocherweiterung
die Radialöffnung mittels Spaltöffnungen am Hülsenende
ausbilden kann oder die Längenausdehnung der Ventilhülse zwischen
der Anlagefläche einer Ringschulter der Hülse und ihrem
Hülsenboden kürzer ist als die der gestuften Sacklocherweiterung,
um über die kürzere Hülsenlänge einen Ringspalt als
Radialöffnung auszubilden. Bei einem zweiteiligen Aufbau des
Ventilgehäuses weist die Ventileinstellung eine Passungskette mit vier
Kontaktstellen auf, wobei gegenüber der Ausführungsform mit
einteiligem Ventilgehäuse die erste Trennebene die zusätzliche
vierte Kontaktstelle bildet.
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Bei einer dritten alternativen Ausführungsform kann das
Ventilgehäuse aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten
Gehäuseteil mit einer ersten Trennebene zwischen dem ersten
und zweiten und einer zweiten Trennebene zwischen dem zweiten
und dritten Gehäuseteil bestehen, wobei der zweite Gehäuseteil
mit einer gestuften Sacklocherweiterung versehen ist, in die
eine den Ventildichtsitz mit ihrem freien Hülsenende bildende
Ventilhülse eingesetzt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist es
besonders günstig, wenn die Radialöffnung von einem
Zwischenspalt an der zweiten Trennebene gebildet ist. Im Gegensatz zu
den Ausführungsformen mit einteiligem oder zweiteiligem
Ventilgehäuse ist bei dem dreiteiligen Ventilgehäuse die
Radialöffnung nicht Bestandteil des Ventildichtsitzes, sondern
sie wird z. B. als Zwischenraum oder Ringspalt über die
Trennebene zwischen zwei Gehäuseteilen erzeugt. Bei sämtlichen
Ausführungsformen ist es ferner zweckmäßig, wenigstens eine
dezentrale Durchgangsbohrung zum Austreiben der Ventilhülse
vorzusehen. Es versteht sich, dass diese mit einem Blindstopfen,
einer Madenschraube od. dgl. verschlossen werden kann.
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Die Einsatzmöglichkeiten und der Anwendungsbereich des
erfindungsgemäßen Vorsteuerventils läßt sich gegenüber den
bekannten Vorsteuerventilen weiter erhöhen, wenn ein
Strömungswiderstand für das Fluid in Reihe mit dem Ventildichtsitz und dem
Schließmechanismus geschaltet ist, da dann mit einer einzigen
Bauform des Vorsteuerventils seine effektive Nennweite
verändert werden kann. Im Gegensatz zu den bekannten
Vorsteuerventilen wird erfindungsgemäß mithin nicht die Sitzgeometrie des
Ventildichtsitzes zwischen der Druckleitung und dem
Verbraucher zur Veränderung der Nennweite anders ausgeführt, sondern
die effektive Nennweite wird durch die Auswahl des
Strömungswiderstandes beeinflußt. Ein Strömungswiderstand läßt sich
besonders einfach mit einer Drossel oder einer Blende
verwirklichen, wobei vorzugsweise eine einzige Drossel oder Blende dem
Verbraucheranschluß zugeordnet ist, so daß dieser eine
Strömungswiderstand sowohl beim Zufluß von der Druckleitung zum
Verbraucher als auch beim Rückfluß vom Verbraucher in die
Rücklaufleitung wirksam ist. Es kann jedoch auch jedem
Anschluß eine separate Drossel oder Blende zugeordnet sein oder
nur einer oder zwei der Anschlüsse sind mit einem
Strömungswiderstand versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die
Drossel oder Blende im Abstand vom Ventilschließkörper in eine
den Verbraucheranschluß bildende Mantelbohrung od. dgl. im
Ventilgehäuse eingesetzt. Durch diese Anordnung ergibt sich eine
Reduzierung der auf den Ventilschließkörper wirkenden
Strömungskräfte.
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Als Schaltvorrichtung kommt vorzugsweise ein
elektromagnetischer oder ein piezoelektrischer Aktor, wie er in der DE 101 34 947
beschrieben ist, auf die hierzu ausdrücklich Bezug
genommen wird, zum Einsatz, wobei vorzugsweise der Ventileinsatz
mittels der Schaltvorrichtung in der Ventilaufnahmebohrung
festgelegt ist. Mit der Befestigung der Schaltvorrichtung am
Ventilblock ist dann zugleich der Ventileinsatz axial gefügt
und in der Ventilaufnahmebohrung gesichert. Bei einem
mehrteiligen Ventilgehäuse können die die Führungs- und
Lagerabschnitte für den Schaft- und Zapfenabschnitt bildenden
Bohrungsabschnitte der Axialbohrung in den jeweils äußeren
Gehäuseteilen mit einer Aufnahmenut für einen gehäuseseitigen
Dichtungsring versehen sein.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in
der bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
Vorsteuerventils dargestellt sind, erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
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Fig. 1 ein in einen Ventilblock eingesetztes und mit
dem Gehäuse der Schaltvorrichtung in der Ventilaufnahme
festgelegtes erfindungsgemäßes Vorsteuerventil gemäß einer ersten
Ausführungsform im Schnitt;
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Fig. 2 in Schnittansicht ein Vorsteuerventil gemäß der
ersten Ausführungsform mit geänderter Dichtungsanordnung für
den Ventilschließkörper;
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Fig. 3 in Schnittansicht ein erfindungsgemäßes
Vorsteuerventil gemäß einer zweiten Ausführungsform mit zweiteiligem
Ventilgehäuse;
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Fig. 4A eine Detailansicht der Ventilhülse für das
Vorsteuerventil gemäß Fig. 3;
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Fig. 4B eine Ansicht auf das in Fig. 4A linke
Hülsenende;
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Fig. 5A ein alternatives Ausführungsbeispiel einer bei
dem Vorsteuerventil der zweiten Ausführungsform verwendbaren
Ventilhülse;
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Fig. 5B eine Ansicht des linken Hülsenendes der
Ventilhülse aus Fig. 5A;
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Fig. 6 in Schnittansicht ein Vorsteuerventil gemäß
einer dritten Ausführungsform mit einteiligem Ventilgehäuse; und
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Fig. 7 ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein
Vorsteuerventil mit einteiligem Ventilgehäuse.
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Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine
Ventilaufnahmebohrung 1 eines ggf. mehrere neben- und übereinander
angeordnete Ventilaufnahmebohrungen aufweisenden Ventilblocks 2. Die
Ventilaufnahmebohrung 1 ist als Sacklochbohrung ausgeführt, in
die von der Stirnseite 3 des Ventilblocks 2 her ein als
patronenförmiger Ventileinsatz ausgeführtes Vorsteuerventil 10gemäß einer ersten Ausführungsform eingeschoben ist. Der das
Vorsteuerventil 10 bildende Ventileinsatz hat ein dreiteiliges
Ventilgehäuse mit einem ersten Ventilgehäuseteil 11, einem
zweiten Ventilgehäuseteil 12 und einem dritten
Ventilgehäuseteil 13, die jeweils an ihren Trennebenen 38 bzw. 41
miteinander verschraubt sind und im Verbund in der
Ventilaufnahmebohrung 1 mittels des Gehäuses 4 der nur schematisch angedeuteten
Schaltvorrichtung 5 festgelegt sind. Der Gehäuseboden 4' der
Schaltvorrichtung 5 sitzt in einer Aussenkung 6 an der
Stirnseite 3, überragt mit einem Befestigungsflansch die Patrone
des Vorsteuerventils 10 und ist mittels Befestigungsschrauben
7 in der Wandung des Ventilblocks 2 verschraubt. Die
Schaltvorrichtung 5 weist einen Schaltstößel 8 auf, der
elektromagnetisch oder piezoelektrisch mit einer Schaltkraft F in
Pfeilrichtung beaufschlagt werden kann, um den Schließzustand
des Vorsteuerventils 10 zu ändern. Die Mittelachse M des
zylindrischen Schaltstößels 8 ist fluchtend mit der Zentralachse
Z des Ventileinsatzes 10 bzw. der Aufnahmebohrung 1 angeordnet
und das freie Ende des Schaltstößels 8 drückt gegen die
Stirnfläche 15 eines aus einem Stück bestehenden
Ventilschließkörpers 20, der mittels einer Rückstellfeder 14 entgegen der
Schaltkraft F vorgespannt ist. Im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 sitzt der Ventilschließkörper 20 verschieblich in einer
Axialbohrung 21, die jeweils von einem Bohrungsabschnitt 21A,
21B, 21C in den Gehäuseteilen 11, 12, 13 gebildet wird, wobei
sämtliche Bohrungsabschnitte 21A, 21B, 21C zueinander
denselben Durchmesser D aufweisen. Die axiale Führung und Lagerung
des einstückigen, als Schieber ausgeführten
Ventilschließkörpers 20 erfolgt mittels eines das linke Ende des
Ventilschließkörpers 20 bildenden Schaftabschnitts 22 mit konstantem
Durchmesser D und einem sein rechtes Ende bildenden
Zapfenabschnitt 23 ebenfalls mit dem Durchmesser D, die jeweils mit
geringem Bewegungsspiel in den Bohrungsabschnitt 21A, 21B der
Axialbohrung 21 im ersten Gehäuseteil 11 bzw. dritten
Gehäuseteil 13 geführt sind. Auf die Stirnseite 15 des
Schaftabschnitts 22 wirkt die Stirnseite des Schaltstößels 8, und auf
die Stirnseite des Zapfenabschnitts 23 drückt die
Rückstellfeder 14 über die Andruckplatte 16. Sowohl der Schaftabschnitt
22 als auch der Zapfenabschnitt 23 weisen eine Umfangsnut 24,
25 zur Aufnahme eines Dichtrings 26, 27 auf, um den mittleren
Bohrungsabschnitt 21C der Axialbohrung 21 gegenüber der
Außenseite des Ventilgehäuses abzudichten.
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Die in den Figuren gezeigten Pilotsteuerventile sind sämtlich
als 3/2-Mehrwegeventile ausgeführt und ermöglichen eine
Verbindung bzw. Trennung zwischen der Hochdruckleitung P und dem
Verbraucheranschluß A bzw. diesem und der Rücklaufleitung T.
Um die Ventilfunktion durchführen zu können, weist der erste
Gehäuseteil 11 eine Eintrittsöffnung 17, die in die
Druckleitung P mündet, auf. Der zweite Gehäuseteil 12 weist eine
Anschlußöffnung 18, die in den Verbraucheranschluß A im
Ventilblock 2 mündet, und eine Austrittsöffnung 19 auf, die zum
Rücklauf T im Ventilblock 2 führt. Die Ausführungsbeispiele
zeigen sämtlich die Ausgangs- bzw. Ruhestellung des Ventils,
in welcher der Schaltstößel 8 nicht mit der Kraft F
beaufschlagt ist und in Folge dessen die Verbindung zwischen der
Eintrittsöffnung 17 und der Anschlußöffnung 18 getrennt ist.
Zur Erzielung der fluidischen Trennung ist der
Ventilschließkörper 20 mit einem einstückig am Zapfenabschnitt 23
ausgebildeten und radial über diesen hinausragenden, umlaufenden
Kragen 28 versehen, der gegen die Schließkante eines
Ventildichtsitzes 31 anliegt. Die Schließstellung der Rückseite 28' des
Kragens 28 mit der Schließkante des Dichtsitzes 31 wird
einerseits über die mit der Rückstellfeder 14 aufgebrachte
Rückstellkraft und andererseits über die auf die Ringfläche 29 des
Kragens 28 vom Druck in der Druckflüssigkeit der Druckleitung
P ausgeübte Schließkraft gewährleistet. Zwischen der Rückseite
28' des Kragens 28 und dem Schaftabschnitt 22 weist der Schaft
des Schließkörpers 21 einen Einschnitt 29 auf, der
beispielsweise aus einer konstanten Durchmesserreduzierung des
Schaftdurchmessers auf den Durchmesser D' resultieren kann. Der
Übergangsabschnitte 35 zum Schaftabschnitt 22 und der
Übergangsabschnitt 36 zum Kragen 28 steigt jeweils kegelförmig an.
Über den Einschnitt 29 und die freigeschnittene Fläche am
Übergangsabschnitt 35 ist in der gezeigten Ventilstellung des
Schließkörpers 20 die Anschlußöffnung 18 mit der
Austrittsöffnung 19 verbunden. Die Austrittsöffnung 19 reicht hierbei
nicht bis an den zugehörigen Abschnitt der Axialbohrung 21 im
Gehäuseteil 12 heran, sondern ist über eine Querbohrung 37 zur
Trennebene 41 zwischen dem zweiten Gehäuseteil 12 und dem
dritten Gehäuseteil 13 offen. Beide Gehäuseteile 12, 13 sind
derart miteinander verschraubt, daß an der Trennebene 41 ein
sich bis zur Höhe der Querbohrung 37 erstreckender Spaltraum
39 ausgebildet ist, der beim Vorsteuerventil 10 den
feststehenden Teil eines aus zwei Teilen bestehenden
Schließmechanismus zur fluidischen Trennung der Anschlußöffnung 18 von der
Austrittsöffnung 19 bildet. Der zweite, bewegliche Teil des
Schließmechanismus besteht aus dem Schaftabschnitt 22, da
dieser mittels seiner zylindrischen Außenseite bei gegenüber der
gezeigten Ausgangsstellung angehobenem und nach rechts
verschobenem Ventilschließkörper 20 in den Abschnitt 21C der
Axialbohrung 21 eintaucht und dann den Zugang zum Spaltraum 39
abdichtet. Die Übergangskante 40 zwischen dem Schaftabschnitt
22 und dem Übergangsabschnitt 35 bildet bei dem
Schließmechanismus eine scharfkantige Steuerkante, die den freien
Durchtritt zwischen der Anschlußöffnung 18 und der Austrittsöffnung
19 abdichtet, sobald sie sich zumindest auf gleicher Höhe mit
der Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 12 befindet. Der in
den Bohrungsabschnitt 21C im Gehäuseteil 12 eintauchende
Schaftabschnitt 22 fungiert als Spaltdichtung mit geringem
Strömungs- und Druckverlust des Fluids aus der Druckleitung P,
welches aufgrund der Bewegung des Ventilschließkörpers 21 in
Pfeilrichtung F und des von dem Ventildichtsitz 31 abgehobenen
Kragens 28 zur Anschlußöffnung A überströmen kann. Da sowohl
der Schaftabschnitt 22 als beweglicher Teil des zweiten
Schließmechanismus als auch der Kragen 28 als beweglicher Teil
des ersten, als Sitzventil ausgebildeten Schließprinzips
einstückig an dem Ventilschließkörper 20 ausgebildet sind, ist
die Betätigungsbewegung beider Schließprinzipien
zwangsgekoppelt.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit erfolgt die weitere
Beschreibung des Vorsteuerventils 10 gemäß der ersten
Ausführungsform nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2, in welcher
ebenfalls ein Vorsteuerventil 10' mit drei Gehäuseteilen 11,
12, 13 dargestellt ist. Der einzige Unterschied zwischen dem
Vorsteuerventil 10 aus Fig. 1 und dem Vorsteuerventil 10' aus
Fig. 2 besteht in der Anordnung der Dichtungen für den
Schaftabschnitt 22 und den Zapfenabschnitt 23, die beim
Ausführungsbeispiel in Fig. 2 jeweils gehäuseseitig angebracht sind.
Der Bohrungsabschnitt 21A im ersten Gehäuseteil 11 und der
Bohrungsabschnitt 21B im dritten Gehäuseteil 13, welche die
Axialführung für den Schaftabschnitt 22 bzw. den
Zapfenabschnitt 23 des Ventilschließkörpers 20 bilden, sind
entsprechend mit Aufnahmenuten 24', 25' versehen, in denen jeweils
ein Dichtring 26', 27' sitzt. Der Ventildichtsitz 31 ist in
eine austauschbare Ventilhülse 30 integriert, welche in ein
sich von der ersten Trennebene 38 zwischen dem ersten
Gehäuseteil 11 und dem zweiten Gehäuseteil 12 aus erstreckendes
Sackloch 42 im zweiten Gehäuseteil 12 eingepreßt und mittels eines
Dichtrings 43 abgedichtet eingesetzt ist. Der Dichtsitz 31
wird hier von dem freien, an der Trennebene 38 in einen
ringförmigen Vorraum 44 des Ventils hineinragenden Hülsenende 33
der Ventilhülse 30 gebildet. Der Vorraum 44 besteht aus einem
im ersten Gehäuseteil 11 ausgebildeten Sackloch und bildet die
einzige lokale Erweiterung der Axialbohrung 21. Die
Eintrittsöffnung 17 mündet in den Vorraum 44, damit der Durchfluß
des Fluids aus der Druckleitung P gewährleistet ist. Der
Vorraum 44 bildet auch den Freiraum zum Verschieben des Kragens
28 des Ventilschließkörpers 20, wobei das Fluid am Kragen 28
seitlich vorbei zur Rückseite 28' des Kragens 28 frei strömen
kann. Die Ventilhülse 30 ist mit einer über die Seitenwände
des Sacklochs 42 hinausragenden Ringschulter 32 versehen,
welche sich radial bis auf Höhe einer dezentralen Blindbohrung 46
erstreckt, über welche bei auseinandergenommenen Gehäuseteilen
11, 12 und 13 die Ventilhülse 30 aus dem Sackloch 42
ausgetrieben werden kann. In montiertem Zustand ist die
Blindbohrung 46 mittels eines Blindstopfens 45 oder einer
Madenschraube verschlossen. Die Geometrie des Dichtsitzes 31 und der
Werkstoff der Ventilhülse 30 kann in Abhängigkeit von den mit
dem Pilotsteuerventil zu schaltenden Drücken und dem Fluid
variiert werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der
Ventildichtsitz 31 an der Ventilhülse 30 kegelförmig
ausgeführt. Bei vom Ventildichtsitz 31 abgehobenem Kragen strömt
das Fluid aus der Druckleitung P über die Eintrittsöffnung 17
in den Vorraum 44, dort am Kragen 28 vorbei in den vom
Einschnitt 29 gebildeten, bis zur Übergangskante 40 am
Schaftabschnitt 22 sich erstreckenden Ringraum und dann über die in
den Bohrungsabschnitt 21C mündende Anschlußöffnung 18 zum
Verbraucher A (nicht gezeigt). Der Schließmechanismus zwischen
der Anschlußöffnung 18 und der Austrittsöffnung 19 trennt
diese aufgrund des die Radialöffnung 39 abdichtenden
Schaftabschnitts 22 des Schließkörpers 20.
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Ein weiteres besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen
Pilotsteuerventils 10 und 10' in den Fig. 1 und 2 ist eine Drossel
47, die in eine radiale Mantelbohrung 18', die einen größeren
Querschnitt als die Anschlußöffnung 18 aufweist und mit dieser
zusammen den Zufluß zum Verbraucheranschluß A bildet,
eingesetzt bzw. eingeschraubt oder direkt in das Gehäuse 12eingelassen ist. Die Drossel 47 bildet einen Strömungswiderstand,
der sowohl bei geöffnetem Ventildichtsitz 31, 28 als auch bei
geöffnetem Schließmechanismus 39, 22 von dem Fluid durchströmt
wird. Falls die Drossel 47 eine Durchflußöffnung aufweist, die
kleiner ist als der Durchflußspalt am Ventildichtsitz bzw. am
Schließmechanismus, kann über den Öffnungsquerschnitt der
Drossel 47 der effektive Nenndurchmesser des
Pilotsteuerventils 10 bzw. 10' bestimmt werden. Durch Auswechseln der
Drossel 47 gegen eine Drossel mit einem anderen
Öffnungsquerschnitt kann mithin auch die effektive Nennweite der
Pilotsteuerventile bei ansonsten identischem Aufbau variiert
werden, wobei der Abstand der Drossel 47 aufgrund der
mantelseitigen Anordnung im zweiten Gehäuseteil 12 die Strömung im
Ventil wesentlich weniger beeinflußt als dies bei Veränderung der
Strömungsquerschnitte am Ventildichtsitz oder am
Schließmechanismus der Fall wäre.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Pilotsteuerventil
110 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind
mit um 100 erhöhtem Bezugszeichen versehen. Das
Pilotsteuerventil 110 hat ein zweiteiliges Ventilgehäuse mit einem ersten
Ventilgehäuseteil 111 und einem zweiten Ventilgehäuseteil 112.
Der Aufbau des Ventilschließkörpers 120 mit Kragen 128,
Übergangskante 140 und Schaftabschnitt 122 ist identisch wie beim
ersten Ausführungsbeispiel. Zwischen dem ersten Gehäuseteil
und dem zweiten Gehäuseteil 112 ist eine einzige Trennebene
138 ausgebildet, wobei die beiden Gehäuseteile 111, 112 über
nicht gezeigte Gewindeabschnitte am Mantelkragen 150 des
ersten Gehäuseteils und am Zapfenvorsprung 151 des zweiten
Gehäuseteils 112 miteinander verschraubt sind. Die Abdichtung
des Schaftabschnitts 122 und des Zapfenabschnitts 123 kann,
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, über Dichtringe 126,
127 bewirkt werden, die am Ventilschließkörper 120 befestigt
sind, oder über Dichtringe erfolgen, die in die
Bohrungsabschnitte 121A bzw. 121B in den Gehäuseteilen 111, 112
eingelassen sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sowohl der Dichtsitz
131 als auch der von der Radialöffnung 139 gebildete
feststehende Teil des Schließmechanismus in eine Ventilhülse 130
integriert, die im Detail in den Fig. 4A und 4B dargestellt ist,
auf die nun Bezug genommen wird. Der Ventildichtsitz 131 ist
am freien Hülsenende 133 ausgebildet, während das in die
Sacklochbohrung 142 im zweiten Gehäuseteil 112 (Fig. 3) bis zu
dessen Boden hineinreichende Ventilhülsenende 134
umfangsverteilt mehrere Radialaussparungen 155 aufweist, die von axialen
Eckfortsätzen 156 unterbrochen sind. Bei nicht betätigtem und
mithin nicht verschobenem Ventilschließkörper 120, wie in Fig.
3 gezeigt, kann Fluid aus dem vom Einschnitt 129 gebildeten
Ringraum zwischen dem durchmesserreduzierten
Schließkörperschaft 120' des Ventilschließkörpers 120 und der Umfangswand
der Axialbohrung 121 in die Austrittsöffnung 119 zum Rücklauf
T fließen, da die Übergangskante 140 versetzt zur und links
von der Radialöffnung 139 liegt. Der Ventildichtsitz 131 ist
mit dem Kragen 128 hierbei verschlossen. Der dichtende Sitz
der Hülse 130 in der Sacklochbohrung 142 wird mittels zweier
Dichtringe 157, 158 (Fig. 3) bewirkt, die in Dichtringnuten
161, 162 (Fig. 4A) sitzen, die zu beiden Seiten einer
Verbindungsbohrung 160 zum Verbraucheranschluß 118 ausgebildet sind.
Die Verbindungsbohrung 160 mündet in eine Ringnut 163 an der
Ventilhülse, so daß der Anschluß der Verbindungsbohrung 160 an
die Anschlußöffnung 118 unabhängig von der Lage der
Ventilhülse 130 in der Sacklochbohrung 142 gewährleistet ist. Für den
Austausch der in die Sacklochbohrung 142 eingepreßten
Ventilhülse 130 ist eine dezentrale Blindbohrung 146 (Fig. 3)
vorgesehen, die mit einem Blindstopfen 145 verschlossen ist.
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Die Fig. 5A und 5B zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel
für eine Ventilhülse 130', welche in das in Fig. 3 gezeigte
zweite Gehäuseteil 112 eines zweiteiligen Ventilgehäuses
eingesetzt werden kann. Die Ventilhülse 130' unterscheidet sich
von der Ventilhülse 130 in ihrer Längenausdehnung zwischen dem
Anlageflansch 132' der Ringschulter 132 und dem Hülsenboden
134' und/oder der Ausgestaltung des Hülsenbodens 134', der
hier als ebene Fläche ausgebildet ist, so daß über die kürzere
Länge der Ventilhülse 130' relativ zu der Längenausdehnung der
gestuften Sacklochbohrung 142 zwischen dem Boden der
Sacklochbohrung 142 und dem Boden 134' der Hülse 130' ein Ringspalt
entsteht, der an die Austrittsöffnung 119 angeschlossen ist.
Die Abschlußkante zum Innenumfang 121C' der Ventilhülse 130'
prägt bei der Ventilhülse 130' die mit der Übergangskante 140
und dem Schaftabschnitt 122 des Ventilschließkörpers 120
zusammenwirkende Steuerkante des Schließmechanismus aus. Bei
Verwendung der Ventilhülsen 130, 130' und einem zweiteiligen
Ventilgehäuse wird der Teilabschnitt 121C der Axialbohrung 121
vom Innenumfang der Ventilhülse 130, 130' gebildet. Da die
Ventilhülsen 130, 130' sowohl den Dichtsitz 131 als auch den
feststehenden Teil des zweiten Schließmechanismus aufweisen,
kann bei Auftreten von Verschleiß durch Austausch eines
Bauteils die Dichtfunktion beider Schließprinzipien des
Pilotsteuerventils wieder hergestellt werden.
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Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Pilotsteuerventils
210 mit einem einzigen, die Patrone bildenden Gehäuseteil 211.
Auch hier hat der Ventilschließkörper 220 einen identischen
Aufbau wie bei den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 3,
so daß eine Beschreibung des Ventilschließkörpers 220 nicht
erforderlich ist. Der mit dem Kragen 228 am
Ventilschließkörper 220 im Vorraum 244 zusammenwirkende Ventildichtsitz 231
ist Bestandteil einer Ventilhülse 230, die von derjenigen
Gehäusestirnfläche 270 in eine gestufte Sacklochbohrung 242 im
Gehäuseteil 211 eingeschoben ist, die im Montagezustand am
Gehäuse der Schalteinrichtung anliegt und aus der
Ventilaufnahmebohrung herausragt. Die Radialöffnung 239, welche den
feststehenden Teil des zweiten Schließmechanismus bildet, besteht
hier aus einer Radialbohrung im Mantel 280 der Ventilhülse 230
und einer am Innenumfang 221C der Ventilhülse 230
ausgebildeten und fluchtend zur Radialöffnung 239 angeordneten
umlaufenden Nut 281. Die Sacklochbohrung 242 im einzigen Gehäuseteil
211 weist entsprechend auf gleicher Höhe wie die Radialbohrung
239 und die umlaufende Nut 281 eine Ringnut 282 auf, die mit
der Austrittsöffnung 219 zum Rücklauf T in Verbindung steht.
Für den Zufluß zum Verbraucheranschluß A weist die Ventilhülse
230 auf Höhe der Anschlußöffnung 118 eine Radialbohrung 260
und eine Ringnut 263 auf. Auch hier ist wie bei den vorherigen
Ausführungsbeispielen in die Anschlußöffnung 118 eine Drossel
247 einsetzbar, um die effektive Nennweite des
Pilotsteuerventils verändern zu können. Die in Fig. 6 gezeigte
Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden
Ausführungsformen desweiteren dadurch, daß der Schaftabschnitt 222 nicht in
einem Abschnitt der Axialbohrung innerhalb eines Gehäuseteils,
sondern im Bohrungsabschnitt 221B am Innenumfang der
Ventilhülse 230 geführt ist. Für diese Ausführungsform bietet es
daher Vorteile, die Dichtungen 226, 227 in den Ventilschieber
220 zu integrieren. Die Bohrungsabschnitte 221C und 221B enden
jeweils an der Radialöffnung 239 bzw. der Nut 281. Aufgrund
des einteiligen Ventilgehäuses 211 können Montagefehler bei
der aus wenigen Teilen zusammengesetzten
Vorsteuerventilpatrone 210 kaum auftreten.
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Fig. 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel 210' für ein
Vorsteuerventil mit einteiligem Ventilgehäuseteil 211. Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel in Fig. 6, bei welchem eine
umlaufende Nut 281 am Innenumfang der Ventilhülse 230
ausgedreht werden muß, hat die Ventilhülse 230' eine stufig
ausgeführte Erweiterung 290, in die ein Ventilhülseneinsatz 291
eingeschraubt oder gepreßt ist, um zwischen der Stirnseite 292des Ventilhülseneinsatzes 291 und dem Boden 293 der Stufe die
umlaufende Nut 281' auszubilden, welche wiederum über die
Radialbohrung 239' mit der Austrittsöffnung 219 und dem Rücklauf
T verbunden ist. Der Bohrungsabschnitt 221E der Axialbohrung
221 wird hier mithin von der Innenseite des Hülseneinsatzes
291 gebildet und der Schaftabschnitt 222 ist an diesem
Bohrungsabschnitt 221E geführt. Die Blindbohrung zum Austreiben
des Ventileinsatzes 230, 230' ist nicht dargestellt.
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Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden
Beschreibung eine Reihe von Abweichungen, die in den Schutzbereich der
anhängenden Ansprüche fallen sollen. Ein in die
Anschlußöffnung des Verbraucheranschlusses eingeschraubte Drosselblende
bildet die bevorzugte Ausführungsform zur Veränderung des
effektiven Nennquerschnitts der erfindungsgemäßen
Vorsteuerventile. Alternativ könnte statt einer Drossel auch je eine
Drossel in der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung oder eine
beliebige Kombination von Strömungswiderständen vorgesehen
werden. Statt einer Drossel könnte auch eine Blende od. dgl.
verwendet werden. Ferner kann die Anzahl und die Anordnung der
Dichtringe zwischen den einzelnen Bauteilen und die Anzahl der
Bildbohrungen in Grenzen variiert werden, wobei solche und
andere Modifikationen in den Schutzbereich der Ansprüche fallen
sollen, soweit mit einem einzigen Ventilschließkörper zwei
unterschiedlich ausgeführte Schließmechanismen für das
Mehrwegeventil realisiert werden. Ferner kann das erfindungsgemäße
Ventil nicht nur als Vorsteuerventil, sondern auch als
Hauptsteuerventil bei niedrigen zu steuernden bzw. zu schaltenden
Drücken des Fluids eingesetzt werden.