DE1245667B

DE1245667B - Directional valve with control spool and O-ring seal

Info

Publication number: DE1245667B
Application number: DE1966W0040868
Authority: DE
Inventors: Hermann Kosmalski; Detlef Opel
Original assignee: Westinghouse Bremsen und Apparatebau GmbH
Current assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Priority date: 1966-02-04
Filing date: 1966-02-04
Publication date: 1967-07-27
Also published as: CH464629A; FR1498185A

Description

Wegeventil mit Steuerschieber und O-Ring-Abdichtung Die Erfindung betrifft ein Wegeventil mit Steuerschieber und O-Ringabdichtung und mit einer Ausbildung der Steuerkante, die beim Überfahren des O-Ringes einen Druckausgleich zwischen dem vom O-Ring eingenommenen Ringnutenraum und dem angrenzenden Ventilraum selbsttätig herbeiführt. In hydraulischen oder pneumatischen Anlagen dienen derartige Wegeventile beispielsweise dazu, einen mit der Druckquelle verbundenen Kanal-mit einem zu einem Verbraucher führenden Kanal zu verbinden oder sie zu trennen. Natürlich können die Kanäle vertauscht und damit das Druckgefälle umgekehrt gerichtet sein. Der O-Ring, -ein sonst sehr bewährtes Dichtelement; zeigt in dieser Ventilgattung schon bei mäßigen Druckhöhen und bei Unterschreitung einer gewissen Geschwindigkeit der Schieber-Bewegung Nachteile. Er neigt nämlich zum Herausspringen aus der Nut, wenn sie durch die Steuerkante zum drucklosen Raum hin. freigelegt-wird. Das führt zu Funktionsstörungen des Ventils oder zu Beschädigungen des O-Ringes; häufig zu beidem. Verläuft das Druckgefälle umgekehrt, so daß die Nut des O-Ringes zum Druckraum geöffnet wird, dann besteht naturgemäß die Gefahr des Herausspringens nicht, weil die Druckbeaufschlagung in den Nutring hinein gerichtet ist. In beiden Fällen können am O-Ring Verletzungen durch Quetschung dadurch auftreten, daß der Druck Teile des O-Ringes in den zur drucklosen Seite führenden Spalt zwischen Gehäuse und Schieber hineindrückt. Die Erfindung befaßt sich vorwiegend mit der sehwererwiegenden Gefahr des Herausspringens des O-Ringes.Directional control valve with control slide and O-ring seal The invention relates to a directional valve with control slide and O-ring seal and with a training the control edge, which when driving over the O-ring, a pressure equalization between the annular groove space occupied by the O-ring and the adjoining valve space automatically brings about. Such directional control valves are used in hydraulic or pneumatic systems for example, a channel connected to the pressure source with one to one Consumers leading channel to connect or disconnect them. Of course they can Channels swapped and thus the pressure gradient reversed. The O-ring, -an otherwise very well-proven sealing element; shows in this valve type at moderate pressure levels and if the slide movement falls below a certain speed Disadvantage. It tends to jump out of the groove when it passes through the control edge towards the pressureless room. is exposed. This leads to malfunction of the valve or damage to the O-ring; often both. Does the pressure gradient run vice versa, so that the groove of the O-ring is opened to the pressure chamber, then there is naturally there is no risk of jumping out, because the pressurization in the U-ring is directed into it. In both cases, injuries can occur on the O-ring occur due to squeezing that the pressure parts of the O-ring in the for pressureless side leading gap between housing and slide. the Invention is primarily concerned with the severe risk of jumping out of the O-ring.

Das gleiche Problem ist bereits iri einer Druckschrift behandelt, in der allerdings lediglich für den in F i g. 3 der Erfindung gezeigten Konstruktionsfall - O-Ring im Schieber - eine Lösung vorgeschlagen wird. Sie besteht in einer Bohrung, die von dem bei geschlossenem Ventil drucklosen Raum zur nächstgelegenen Ecke am Grunde der O-Ringnut führt. Eine gleichsinnige Bohrung im Konstruktionsfall O-Ring im Gehäuse anzubringen, wäre schwierig, weshalb wahrscheinlich der Vorschlag unterblieben ist.The same problem has already been dealt with in a publication, in which, however, only for the in F i g. 3 of the invention shown construction case - O-ring in slider - a solution is suggested. It consists of a hole that from the pressureless room when the valve is closed to the nearest corner on Basically the O-ring groove leads. A hole in the same direction in the case of an O-ring construction It would be difficult to mount in the housing, which is why the suggestion was probably not made is.

Nach einem weiteren bekanntgewordenen Vorschlag wird das Herausspringen von im Gehäuse bzw. im Steuerschieber angeordneten O-Ringen vermieden, indem ein walzenförmiger Steuerschieber an seinem Umfang mit achsparallelen Längsnuten bzw. das Gehäuse mit derartigen Nuten versehen ist. Die dargestellte Lösung hat den Nachteil, daß viele offensichtlich scharfe Kanten der Längsnuten die O-Ringe überfahren, wobei diese zeitweise unter einseitiger Druckbeäufschlagung stehen. Die Beschädigungsgefahr für die O-Ringe ist groß.According to another suggestion that has become known, it will pop out of O-rings arranged in the housing or in the control slide avoided by a cylindrical control slide on its circumference with axially parallel longitudinal grooves or the housing is provided with such grooves. The solution shown has the disadvantage that many obviously sharp edges of the longitudinal grooves run over the O-rings, whereby these are temporarily under unilateral pressure. The risk of damage for the o-rings is great.

Eine weitere ebenfalls bekanntgewordene Maßnahme gegen das Herausspringen des O-Ringes aus seiner Nut bei einem Durchgangshahn besteht in einer zylindrischen Glocke, in die sich .beim Öffnen des -Ventils das Schließteil mit seinem O-Ring hineinhebt, so daß der O-Ring vom Glockenrand umschlossen und am Herausspringen gehindert ist. Diese Lösung ist jedoch für Steuerschieber nicht geeignet.Another also known measure against jumping out of the O-ring from its groove in a through valve consists of a cylindrical one Bell into which the closing part with its O-ring is inserted when the valve is opened lifts in so that the O-ring is enclosed by the edge of the bell and pops out is prevented. However, this solution is not suitable for control spools.

Es wäre natürlich. möglich, . das Herausspringen des Dichtringes durch Verwendung von in Metallkäfigen festgehaltenen Elastikringen zu vermeiden. Schon die nur in- einer Gefälhzchtung wirkenden Dichtringe dieser Art sind aber wesentlich teurer als O-Ringe, die zudem in einer gewöhnlichen Nut in beiden Gefällrichtungen abdichten.It would be natural. possible, . the sealing ring jumping out Avoid using elastic rings held in metal cages. Nice however, the sealing rings of this type, which only act in a counterfeiting, are essential more expensive than O-rings, which are also in an ordinary groove in both directions of incline seal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerkante eines Steuerschiebers mit O-Ring-Abdichtung so auszubilden, daß- sie das Druckgefälle von der Nut zum Nachbarraum während des öffnens der Nut abbaut, so daß der O-Ring nicht hinausgepreßt wird. Diese Wirkung soll eintreten, gleichgültig, ob der Öffnungsvorgang langsam oder schnell vor sich geht, gleichgültig auch; ob das Ventil hohe oder niedrige Betriebsdrücke zu bewältigen hat.The invention is based on the object of the control edge of a control slide with an O-ring seal in such a way that the pressure gradient from the groove to the Neighboring space decreases during the opening of the groove, so that the O-ring is not pressed out will. This effect should take place, regardless of whether the opening process is slow or goes on quickly, indifferent too; whether the valve is high or low Has to cope with operating pressures.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß sich an die Steuerkante des Schiebers zunächst eine in an sich bekannter Weise allmählich verjüngende, dann aber eine sich steil vergrößernde Kegelfläche anschließt und daß der größte Durchmesser der letzteren kleiner ist als der der Steuerkante. In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der O-Ring im Schieberkolben und die Steuerkante sowie die sich daran anschließenden Kegelflächen im Schiebergehäuse angeordnet sind.The solution according to the invention is that the control edge of the slide initially a gradually tapering in a manner known per se, then but it is followed by a conical surface that increases steeply and that the largest diameter the latter is smaller than that of the control edge. In a further embodiment suggested that the O-ring in the spool and the control edge as the adjoining conical surfaces are arranged in the valve housing.

In der Zeichnung gibt F i g. 1 ein Wegeventil nach dem Stand der Technik wieder; F i g. 2 und 3 sind zwei verschiedene Ausführungsformen gemäß der Erfindung, während F i g. 2 a bis 2 d den umstrichelten Teil der F i g. 2 bei verschiedenen Schiebersteüungen vergrößert wiedergeben.In the drawing, F i g. 1 a directional control valve according to the state of the art again; F i g. 2 and 3 are two different embodiments according to the invention, while F i g. 2 a to 2 d the dashed part of FIG. 2 at different Show slide controls enlarged.

Alle Darstellungen zeigen ein einfaches Wegeventil, bei dem eine Druckleitung D mit einer Verbraucherleitung V mittels eines Schiebers S verbunden bzw. getrennt werden soll. In den F i g. 1 und 2 ist der O-Ring im Schiebergehäuse 1, in der Ausführungsform F i g. 3 jedoch im Schieber S untergebracht. Im Wegeventi3. F i g.1 nach dem Stand der Technik bewegt sich der Schieber S in Pfeilrichtung nach links, und seine in üblicher Weise ausgebildete Steuerkante 2 ist im Begriff, die O-Ring Nut völlig freizugeben. Bevor das geschieht, dichtet der O-Ring durch Anliegen an der Steuerkante 2 und an der Nutflanke 3 den- unter Druck stehenden Nutenraum 4 ab, so daß auf den @O-Ring eine konzentrische Druckdifferenz in .der Richtung zum noch drucklosen Raum 5 einwirkt (Pfeile 6). Diese Kraft ist um so größer, je höher der Betriebsdruck im Kanal D ist. Es müßte erwartet werden, daß die Kraft 6 den O-Ring in den drucklosen Raum 5 unter überwindung der O-Ring-Eigenspannung regelmäßig hineindrückt, sobald der Sclüeber S die O-Ring-Nut ganz freigibt. Das geschieht aber nicht, wenn der Betriebsdruck D und der entsprechende Druck im Nutenraum4 eine mäßige Höhe haben und wenn der Schieber S die O-Ring-Nut mit ausreichend hoher Geschwindigkeit freigibt. Unter diesen Voraussetzungen entspannt sich der Druck im Nutenraum 4 zum Raum 5 nämlich schneller als der O-Ring,entgegen seiner Eigenspannung und 1VIassenträghei't in Bewegung gesetzt werden kann. Überschreitet der Betriebsdruck und unterschreitet die Schiebergeschwindigkeit hingegen gewisse Grenzen, dann wird der O-Ring aus seiner Nut in. den Raum 5 gedrückt.All representations show a simple directional control valve in which a pressure line D is to be connected to or disconnected from a consumer line V by means of a slide S. In the F i g. 1 and 2 is the O-ring in the valve housing 1, in the embodiment F i g. 3, however, housed in the slide S. In the way eventi3. FIG. 1 according to the prior art, the slide S moves to the left in the direction of the arrow, and its control edge 2, which is designed in the usual way, is about to completely release the O-ring groove. Before this happens, the O-ring seals the pressurized groove space 4 by resting against the control edge 2 and the groove flank 3, so that a concentric pressure difference acts on the O-ring in the direction of the still unpressurized space 5 (Arrows 6). This force is greater, the higher the operating pressure in channel D. It would have to be expected that the force 6 regularly pushes the O-ring into the unpressurized space 5, overcoming the internal O-ring tension, as soon as the clamp S completely releases the O-ring groove. However, this does not happen if the operating pressure D and the corresponding pressure in the groove space 4 are moderate and if the slide S releases the O-ring groove at a sufficiently high speed. Under these conditions, the pressure in the groove space 4 to space 5 relaxes faster than the O-ring, which can be set in motion against its internal stress and inertia. If, on the other hand, the operating pressure exceeds certain limits and the slide speed falls below certain limits, then the O-ring is pressed out of its groove into space 5.

Wenn eich die Richtung des Betriebsdruckgefälles umkehrt, so daß im Kanal V und im Raum 5 Druck herrscht, während der Kanal D drucklos ist, dann wird der O-Ring in seine Nut hineingedrückt. Die Gefahr des Herausspringens ist also nicht vorhanden. Aber bei sehr hohen Betriebsdrücken kann er dadurch beschädigt werden, daß geringe Volumina von ihm in den Spalt zwischen Schieberund Gehäuse ge--quetscht werden.If the direction of the operating pressure gradient is reversed, so that im Channel V and there is pressure in room 5, while channel D is depressurized, then becomes the O-ring is pressed into its groove. So the danger of jumping out is unavailable. But at very high operating pressures it can be damaged small volumes are squeezed into the gap between the slide and the housing will.

Die erfindungsgemäße Schiebergestaitung zeigt als Ausführungsbeispiel die F ig. '2. An die eigentliche Steuerkante' des 'Schiebers S schließt sich eine sich allmählich verjüngende Kegelfläche'8, an diese eine sich steil vergrößernde Kegelfläche 9 an deren größter Durchmesser 1'0 kleiner ist als der der Steuerkante.The slide assembly according to the invention is shown as an exemplary embodiment the fig. '2. At the actual control edge 'of the' slide S closes a gradually tapering conical surface'8, at this a steeply increasing Conical surface 9 at the largest diameter of which is 1'0 smaller than that of the control edge.

Zur Erläuterung -der Wirkungsweise dienen die F i g. 2 a bis 2-d. 1n Fi g. ,2 a werden die Kanäle D wand Y durch den auf dem Steuerschieber S aufliegenden b-Ring getrennt. Der im Nutenraum 11 herrschende Druck =preßt den O-Ring gegen die Wände 12 und 13, so daß der Nutenraum 11 sind -der drucklose Verbraucherraum 5 gegeneinander abgediehtet sind. Der Schieber S bewegt sich nach links. In seiner Stellung gemäß F i g. 2 b dichtet der O-Ring auf der Kegelfläche 8 ab, so daß der Nutenraüm 11 weiter unter Druck bleibt. Der elastische O-Ring hat seinen Durchmesser etwas verkleinert, und er gelangt zu seinem kleinsten Durchmesser, wenn er bei Weiterbewegung des Schiebers (F i g. 2 c) in der Hohlkehle liegt, welche die beiden Kegelflächen 8 und 9 bilden. Durch die Werkstoffverformung ist ihm eine gewisse Rückspringspannung erteilt. Nun drückt die Kegelfläche 9 des weiterhin nach links wandernden Schiebers S den O-Ring von der Nutenwand 13 ab und an die gegenüberliegende Nutenwand 14 dichtend an. Im gleichen Augenblick wird der Druckraum 11 zum drucklosen Raum 5 entlüftet. Danach wirken drei Kräfte auf den O-Ring ein, die ihn in seine Normallage zurückspringen lassen: Die nach links fortschreitende Kegelfläche 9 erteilt ihm einen mechanischen Aufweitungsimpuls, der verstärkt wird durch eine ihn jetzt ebenfalls aufwertende Druckdifferenz. Hinzu kommt die den Ausgangsdurchmesser anstrebende Werkstoffspannung. Nach dem Zurückspringen nimmt der O -Ring die Lage gemäß F i g. 2 d ein; in der keine unterschiedlichen Drücke mehr auf ihn einwirken. Es entsteht also keine Ursache für sein Herausspringen aus seiner Tut.F i g serve to explain the mode of operation. 2 a to 2-d. 1n Fi g. , 2 a, the channels D wall Y through the resting on the control slide S. b-ring separated. The pressure prevailing in the groove space 11 = presses the O-ring against the Walls 12 and 13, so that the groove space 11 are -the unpressurized consumer space 5 against each other are covered. The slider S moves to the left. In his position according to F i g. 2 b seals the O-ring on the conical surface 8 so that the groove space 11 remains under pressure. The elastic O-ring has slightly reduced its diameter, and it reaches its smallest diameter when it continues to move the slide (F i g. 2 c) lies in the groove which the two conical surfaces 8 and 9 form. The deformation of the material gives it a certain springback stress. so the conical surface 9 of the slide S, which continues to migrate to the left, presses the O-ring from the groove wall 13 and against the opposite groove wall 14 in a sealing manner. in the At the same moment, the pressure chamber 11 is vented to the pressureless chamber 5. Thereafter three forces act on the O-ring, which spring it back into its normal position let: The conical surface 9 progressing to the left gives it a mechanical one Expansion impulse, which is reinforced by a now also enhancing it Pressure difference. In addition, there is the material stress striving for the initial diameter. After jumping back, the O ring takes the position shown in FIG. 2 d a; in the no more different pressures act on him. So there is no cause for jumping out of his tut.

Befindet sich der 'Steuerschieber S auf dem die Kanäle D und V trennenden Rückweg von links nach rechts, so berührt und beschädigt die Kante 10 den O-Ring nicht (F i g. 2 d); ihr Durchmesser ist nämlich kleiner als der Innendurchmesser des in seiner Nut sitzenden O -Ringes. Der Druck im Nutenraum 11 baut sich erst wieder auf, wenn die Kegelfläche 8 - wie etwa in F i g. 2 b - den O-Ring 'von neuem berührt. Dann aber ist die O-Ring-Nut bereits mechanisch fast völlig abgedeckt, so daß der O Ring nicht mehr herausspringen kann.Is the 'control spool S on which the channels D and V separates Moving back from left to right, the edge 10 touches and damages the O-ring not (Fig. 2d); namely, their diameter is smaller than the inner diameter of the O ring seated in its groove. The pressure in the groove space 11 is only building up again when the conical surface 8 - such as in FIG. 2 b - the O-ring 'again touched. But then the O-ring groove is almost completely covered mechanically, so that the O ring can no longer pop out.

Bei der Annahme, das Druckgefälle wäre im Ausführungsbeispiel in umgekehrter Richtung vorhanden, also von »V« nach »D«, würde der O-Ring bis zur Sehieberstellung Fi.g. 2 c an der Nutwand 14 anliegen, und der Nutraum 11 stände unter Druck. Es war klargestellt, daß dabei der O -Ring nicht herausspringen kann.. Ein Blick auf die F ig. 2 c zeigt, daß die erfindungsgemäße Kegelfläche 9 dem O-Ring eine weitere, seine Verformung und damfit seine Verquetschung hindernde dritte Anlagefläche bietet. Außerdem weitet .sie bei weiterer Bewegung des Schiebers nach links den O-Ring auf. Da infolge der vorausgegangenen Verkleinerung des Ringdurchmessers an seiner Außenhaut Wellungen, zumindest aber ungleichmäßige :Spannungen vorhanden sind; erzeugt die Aufwertung sofort Undichtigkeiten .an der Anlagefläche 9. Infolgedessen wird der O=Riug-Innendurchmesser von Druck beaufschlagt, und er springt; wie bereits beschrieben und in 'F i g. 2 d .dar-,gestellt, in seine Nut zurück.Assuming that the pressure gradient is reversed in the exemplary embodiment Direction present, ie from "V" to "D", would be the O-ring up to the sight position Fi.g. 2 c rest on the groove wall 14, and the groove space 11 would be under pressure. It it was made clear that the O-ring cannot pop out .. A look at the fig. 2 c shows that the conical surface 9 according to the invention the O-ring a further, offers its deformation and damfit its squeezing-preventing third contact surface. In addition, it expands the O-ring when the slide is moved further to the left. As a result of the previous reduction in the diameter of the ring on its outer skin Corrugations, but at least uneven: tensions are present; generates the Upgrade immediately leaks .an the contact surface 9. As a result, the O = Riug inner diameter pressurized and it jumps; as already described and in 'F i g. 2 d .dar-, put back in its groove.

Die erfindungsgemäße Kegelfläche 9 erzeugt also in beiden Druekgefällerichtungen fortschrittliche Wirkungen.The conical surface 9 according to the invention thus generates in both pressure gradient directions progressive effects.

Eine 'ähnliche, aber ,gleich wirkende Gestaltung derSteuerkante kann ihr auch dann gegeben werden, wenn sie im Schiebergehäuse, der O-Ring also im Schieber angeordnet ist. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in F i g. 3 dargestellt. Um die Kanäle D und h' zu -verbinden, muß hier der Schieber S von links nah rechts bewegt werden. Von der Steuerkante 7 a geht eine sich allmählich erweiternde Kegelfläche 8 a aus, an die sich eine steil verjüngende Kegelfläche 9 a anschließt. Die Wirkungsweise ist im Prinzip die gleiche wie die vorher beschriebene; nur wird dem O-Ring beim Hineingleiten in den Kegel 8 a eine Werkstoffspannung durch Aufweiten seines Durchmessers erteilt. Sie unterstützt aber wie im ersten Ausführungsbeispiel beim Anlaufen des O-Ringes gegen den Kegel 9 a das Zurückspringen in seine Nut.A 'similar, but identical design of the control edge can it is also given when it is in the valve body, i.e. the O-ring in the valve is arranged. An embodiment of this type is shown in FIG. 3 shown. In order to connect the channels D and h ', the slide S must be moved from the left to the right be moved. From the control edge 7 a goes one down gradually widening conical surface 8 a, to which a steeply tapering conical surface 9 a follows. The principle of operation is the same as that previously described; only is the O-ring when sliding into the cone 8 a by a material tension Expanding its diameter granted. But it supports as in the first embodiment when the O-ring starts up against the cone 9 a, it jumps back into its groove.

Claims

Claims: 1. Directional valve with control slide and O-ring seal and with a formation of the control edge that one when driving over the O-ring Pressure equalization between the annular groove space occupied by the O-ring and the adjacent one Automatically brings about valve space, d a -characterized in that it is attached to the control edge (7) of the slide (S) initially a gradually tapering in a manner known per se (8), but then a steeply increasing conical surface (9) connects and that the largest diameter (10) of the latter is smaller than .that of the control edge.

2. Directional valve according to claim 1, characterized in that the O-ring in the slide piston and the Control edge as well as the adjoining conical surfaces in the valve body are arranged (Fig. 3). Publications considered: German utility model No. 1903 325; Swiss Patent No. 272 665; French patent specification No. 1216 718; U.S. Patent Nos. 2,666,614, 2,764,181.