DE19544591C2 - Zwei-Wege-Einbauventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Zwei-Wege-Einbauventil, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.

Der Begriff Zwei-Wege-Einbauventil ist die nach DIN 24 342 offi­ zielle Bezeichnung für ein hydraulisches Steuerelement. Dieses ist auch unter dem Namen Logikelement oder Cartridge bekannt. Vom Grundprinzip her handelt es sich um ein 2/2-Wege-Ventil, al­ so um ein Wegeventil mit zwei Arbeitsanschlüssen und den beiden Schaltstellungen offen oder geschlossen. Es ist dafür konzi­ piert, in eine Aufnahmebohrung eines Steuerblocks eingebaut zu werden. Durch entsprechende Ansteuerung und Verknüpfung von Zwei-Wege-Einbauventilen können Fließrichtung, Größe sowie Druck eines Flüssigkeitsstromes beeinflußt werden. Das Ventil kann al­ so Wegefunktionen, Stromfunktionen oder Druckfunktionen überneh­ men. Die Technik der Zwei-Wege-Einbauventile ist umfassend dar­ gestellt in dem Buch "Der Hydraulik-Trainer", Band 4, 1. Aufla­ ge, herausgegeben von der Mannesmann Rexroth GmbH im Jahre 1989.

Ein Zwei-Wege-Einbauventil besteht im wesentlichen aus einem in die Aufnahmebohrung des Steuerblocks einbaubaren Einbausatz und einem die Aufnahmebohrung verschließenden Ventildeckel. Der Ein­ bausatz wiederum umfaßt ein ortsfest im Steuerblock angeordnetes buchsenartiges Gehäuse mit mehreren radialen Durchgängen und mit einem axialen Durchgang sowie einen im Gehäuse axial verschieb­ baren Ventilkolben, mit dem eine Verbindung zwischen den radia­ len Durchgängen und dem axialen Durchgang steuerbar ist und der in Öffnungsrichtung bis gegen einen Anschlag verschiebbar ist. Normalerweise gehört zum Einbausatz auch eine den Ventilkolben belastende Schließfeder. Das buchsenartige Gehäuse kann einstüc­ kig durch eine einzige Buchse gebildet werden, wie dies für die in dem erwähnten Buch dargestellten Zwei-Wege-Einbauventile oder bei einem aus der EP 0 634 577 A1 bekannten Zwei-Wege- Einbauventil der Fall ist.

Bei anderen Ausführungen ist das Gehäuse zweistückig ausgebildet und besitzt eine Buchse, in der sich die im Hauptstrom liegenden radialen und axialen Durchgänge befinden, und einen zwischen der Buchse und dem Ventildeckel angeordneten Ring. Gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 betrifft die Erfindung ein solches Zwei- Wege-Einbauventil.

Vorbekannt ist ein solches Zwei-Wege-Einbauventil z. B. aus dem RD-Blatt 81 056/4.79 der Mannesmann Rexroth GmbH oder aus dem Prospekt HP/VEK 2-AKY 011/1 De/En/Fr (5.90) der Robert Bosch GmbH. Bei beiden vorbekannten Zwei-Wege-Einbauventilen der zwei­ teiligen Bauart ist der Dichtungsdurchmesser einer zwischen dem Deckel und dem Ring befindlichen Axialdichtung kleiner als der Außendurchmesser der Innenschulter des Rings bzw. kleiner als der Außendurchmesser der Buchse. Damit soll erreicht werden, daß der Ring von dem den Ventilkolben in Schließrichtung beaufschla­ genden Steuerdruck gegen den Ventildeckel gedrückt wird und kein Axialspalt zwischen dem Ring und dem Ventildeckel entsteht, in den die Axialdichtung einwandern könnte. Dies würde zu einem ho­ hen Verschleiß an der Dichtung und zu einer äußeren Leckage am Ventil führen.

Nun hat sich jedoch in praktischen Versuchen gezeigt, daß bei einem Zwei-Wege-Einbauventil, bei dem der Dichtungsdurchmesser der Axialdichtung kleiner ist als der Außendurchmesser der Buch­ se, schon nach einer relativ geringen Anzahl von Schaltzyklen äußere Leckage auftritt.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zwei-Wege-Einbauventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß das Ventil auch nach ei­ ner hohen Zahl von Schaltzyklen nach außen hin noch dicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 eines der beiden Teile Buchse und Ring in der dem anderen Teil axial gegenüberliegenden Fläche eine Unstetigkeit aufweist. Es hat sich gezeigt, daß durch eine derartige Ausbildung ein Verschleiß der Axialdichtung weitgehend vermieden werden kann. Durch eine oder mehrere Unste­ tigkeiten, insbesondere Vertiefungen, in einer dem anderen Teil axial gegenüberliegenden Fläche der Buchse oder des Rings wird ein Klebeeffekt zwischen Buchse und Ring soweit verringert, daß auch ein kleiner Unterschied zwischen dem Dichtungsdurchmesser der Axialdichtung und dem Außendurchmesser der Buchse dafür aus­ reicht, daß der Ring vom Steuerdruck immer gegen den Ventildek­ kel gedrückt wird. Nachdem auch ein Druck im Hauptstrom den Ring direkt oder indirekt über die Buchse gegen den Ventildeckel drückt, sind nun eine lange Lebensdauer der Axialdichtung zwi­ schen Ring und Ventildeckel sowie eine hohe Anzahl von Schaltzy­ klen ohne äußere Leckage des Ventils gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Zwei-Wege- Einbauventils kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So wird gemäß Anspruch 2 bevorzugt durch die Unstetigkeit eine offene Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Buchse geschaffen, so daß eine der Flächen an Buchse und Ring, die axial aneinanderliegen können, in Umfangsrichtung unterbro­ chen ist. Dies bringt eine besonders starke Verminderung des Klebeeffekts mit sich.

Vorteilhafterweise wird die Unstetigkeit durch eine Vertiefung gebildet, die sich aus fertigungstechnischen Gründen bevorzugt in der Stirnfläche der Buchse befindet.

Üblicherweise ist die Buchse an ihrer dem Ring gegenüberliegen­ den Fläche außen mit einer Fase versehen, die das Zusammenschie­ ben von Buchse und Ring erleichtert. Gemäß Anspruch 7 wird nun durch eine offene Verbindung zwischen den Ringraum an der Fase und der Innenseite der Buchse, also dem rückwärtigen Steuerraum am Ventilkolben, dafür gesorgt, daß in dem Ringraum immer der gleiche Druck wie im Steuerraum herrscht und die Fläche am Ring, an der der Steuerdruck im Sinne eines Andrückens des Rings an den Ventildeckel wirkt, durch einen Klebeeffekt zwischen Buchse und Ring nur begrenzt verringert ist. Die offene Verbindung kann über den Ring oder die Buchse geschaffen sein. Insbesondere wird durch eine Vertiefung, die sich in einer dem anderen Teil axial gegenüberliegenden Fläche von Buchse oder Ring befindet und zur Verringerung des Klebeeffekts dient, auch die offene Verbindung geschaffen. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die offene Verbindung nicht in einer der sich axial gegenüberliegenden Flä­ chen, sondern durch eine im wesentlichen radial verlaufende Boh­ rung durch die Buchse hindurch herzustellen. Auch ohne eine Un­ stetigkeit in einer der sich axial gegenüberliegenden Flächen von Buchse und Ring ist eine offene Verbindung zwischen dem Ringraum an der Fase und dem Innenraum des Einbausatzes von Vor­ teil.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zwei-Wege- Einbauventils ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Fi­ guren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in einem axialen Längsschnitt das Ausführungsbeispiel in Schließstellung des Ventilkolbens und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Das gezeigte Zwei-Wege-Einbauventil besitzt im wesentlichen ei­ nen Einbausatz 10, der in eine Aufnahmebohrung 11 eines Steuer­ blocks 12 eingebaut ist, und einem Ventildeckel 13, der, die Aufnahmebohrung 11 verschließend, am Steuerblock 12 befestigt ist und den Einbausatz 10 in der Aufnahmebohrung 11 hält. Die Aufnahmebohrung ist eine Stufenbohrung, deren Form und Größe in Abhängigkeit von der Nennweite des Ventils in Deutschland durch die DIN 24 342 genormt ist. Die erste Bohrungsstufe 14 der Auf­ nahmebohrung 11 geht von einer ebenen Außenfläche des Steuer­ blocks 12 aus und ist in ihrer Länge und in ihrem Durchmesser größer als die zweite Bohrungsstufe 15. Die beiden Bohrungsstu­ fen 14 und 15 gehen in einer radialen Schulter 16 ineinander über.

Ein erster Hauptstromanschluß 17 für eine Hydraulikflüssigkeit mündet im Steuerblock 12 koaxial in die zweite Bohrungsstufe 15. Ein zweiter Hauptstromanschluß 18 mündet im Steuerblock 20 ra­ dial und knapp oberhalb der Schulter 16 in die erste Bohrungs­ stufe 14. Der Steuerblock 12 besitzt außerdem einen Steuerkanal 19, der sich im Ventildeckel 12 fortsetzt und in einem vom Ein­ bausatz freigelassenen Bereich des Ventildeckels zur Aufnahme­ bohrung 11 hin nach außen in einen Steuerraum mündet.

Der Einbausatz 10 besteht, sieht man zunächst von diversen Dich­ tungen ab, aus einer Buchse 25, einem Ring 26, die, läßt man fertigungsbedingtes axiales Spiel außeracht, beide fest im Steu­ erblock 12 angeordnet sind, einem Ventilkolben 27, der sich in­ nerhalb von Buchse und Ring befindet, und einer Schließfeder 28, die sich einerseits innerhalb einer zum Deckel 13 hin offenen Sackbohrung 29 am Ventilkolben 27 und andererseits am Deckel 13 abstützt. Die Buchse 25 ist mit einem Endabschnitt 30, in dem ihr Durchmesser dem Durchmesser der Bohrungsstufe 15 entspricht, in die Bohrungsstufe 15 bis zum Aufsetzen ihrer Stirnseite 39 eingeschoben. In einer umlaufenden Ringnut nimmt der Endab­ schnitt 30 eine Radialdichtung 31 auf, die aus einem gummiela­ stischen mittleren Ring und zwei Stützringen zu beiden Seiten des mittleren Rings besteht.

Mit ihrem anderen Endabschnitt 32 taucht die Buchse 25 bis zu einer radialen Innenschulter in den Ring 26 ein, der zwischen der Buchse 25 und dem Deckel 13 angeordnet ist und über den En­ dabschnitt 32 der Buchse 25 greift. Auch im Endabschnitt 32 be­ sitzt die Buchse 25 außen eine Ringnut, in die eine Radial­ dichtung 33 eingelegt ist, die wie die Radialdichtung 31 aus ei­ nem gummielastischen mittleren Ring und zwei seitlichen Stütz­ ringen besteht und die den Radialspalt zwischen der Buchse 25 und dem Ring 26 abdichtet. Im Endabschnitt 32 ist der Außen­ durchmesser der Buchse 25 größer als im Endabschnitt 30. Zwi­ schen den beiden Endabschnitten 30 und 32 ist der Außendurchmes­ ser der Buchse 25 kleiner als der Durchmesser der Bohrungsstufe 14, so daß sich ein Ringraum 34 ergibt, in den der radiale Hauptstromanschluß 18 mündet. Damit der Querschnitt dieses Rin­ graums 34 groß ist, schließt sich an den Endabschnitt 32 der Buchse 25 ein Abschnitt 35 an, in dem der Außendurchmesser der Buchse etwa dem Außendurchmesser im Endabschnitt 30 entspricht. Zwischen dem Abschnitt 35 und dem Endabschnitt 30 besitzt die Buchse 25 vier gleichmäßig über ihren Umfang verteilte Radial­ bohrungen 36, durch die eine Verbindung zwischen dem Inneren der Buchse und der Ringkammer 34 geschaffen ist. Im Bereich der Ra­ dialbohrungen 36, ist, wie die gestrichelten Linien zeigen, die einen Axialschnitt zwischen zwei Radialbohrungen 36 andeuten, der Außendurchmesser der Buchse 25 größer als im Abschnitt 35 und im Endabschnitt 30, so daß auch bei wie im vorliegenden Fall großen Radialbohrungen die Gefahr einer Verformung oder eines Bruchs der Buchse gering ist. Zwischen den Radialbohrungen 36 und einem durch den Endabschnitt 30 der Buchse 25 hindurchgehen­ den axialen Durchgang 37 besitzt die Buchse 25 innen eine Kegel­ fläche 38 als Sitz für den Ventilkolben 27. Zwischen den Radial­ bohrungen 36 und der dem Ring 26 zugewandten Stirnseite 45 der Buchse 25 ist, abgesehen von einer kurzen Einführschräge 46, das Innere der Buchse 25 als Führungsbohrung 44 für den Ventilkolben 27 ausgebildet. Im Bereich der Radialbohrungen 36 ist der Innen­ durchmesser der Buchse 25 durch einen umlaufenden Einstich 47 gegenüber dem Innendurchmesser im Bereich der Führung für den Ventilkolben etwas vergrößert.

In der in den Figuren gezeigten Schließstellung des Ventilkol­ bens 27 reicht dessen kreiszylindrische Führungsaußenfläche 48 etwa von der Stirnseite 45 der Buchse 25 aus bis etwa zur Mitte des Einstichs 47, wodurch sich die Führungsaußenfläche 48 etwa um den maximalen Hub des Ventilkolbens 27 über die Führungsboh­ rung 44 der Buchse 25 hinauserstreckt. Zur dem Ventilsitz 38 zu­ gekehrten Stirnseite hin verjüngt sich der Ventilkolben 27, sitzt also mit einer kreisförmigen Steuerkante auf dem Ventil­ sitz 38 auf, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Ventilkolbens 27 im Bereich der Führungsaußenfläche 48. Zum Deckel 13 hin überragt der Ventilkolben 27 die Buchse 25 mit ei­ nem Endabschnitt 49, in dem der Außendurchmesser des Ventilkol­ bens kleiner ist als im Bereich der Führungsaußenfläche 48, so daß es dem Ventilkolben 27 möglich ist, mit dem Endabschnitt 49 durch einen Innenbund 50 des Ringes 26 hindurchzutauchen und an den Deckel 13 anzuschlagen. Der lichte Abstand, den der Ventil­ kolben 27 in seiner Schließstellung vom Deckel 13 hat, bestimmt den maximalen Hub des Ventilkolbens, wobei natürlich ein ent­ sprechender Freiraum zwischen dem Ventilkolben 27 und dem Ring 26 vorhanden ist. Der Innenbund 50 am Ring 26 vergrößert radial nach innen hin die Auflagefläche am Ring 26 für eine zwischen diesem und dem Deckel 13 wirksame Axialdichtung 51, deren Dich­ tungsdurchmesser kleiner ist als der Dichtungsdurchmesser der Radialdichtung 33. Weil der Außendurchmesser des Ventilkolbens 27 am Endabschnitt 49 nur geringfügig kleiner als der Innen­ durchmesser des Ringes 26 im Bereich des Innenbundes 50 ist, bringt es der Bund 50 außerdem mit sich, daß zwischen dem Ring 26 und dem Ventilkolben 27 in einem Ringraum 52 Hydraulikflüs­ sigkeit eingeschlossen wird, die bei der weiteren Verschiebung des Ventilkolbens 27 auf den Deckel 13 zu über den engen Spalt zwischen dem Endabschnitt 49 des Ventilkolbens 27 und dem Innen­ bund 50 des Ringes 26 verdrängt werden muß, so daß die Bewegung des Ventilkolbens 27 und sein Anschlagen am Deckel 13 hydrau­ lisch gedämpft sind.

Zur Vervollständigung sei noch auf die Radialdichtung 53 hinge­ wiesen, die in einer Außennut des Ringes 26 liegt und zwischen dem Ring 26 und dem Steuerblock 12 wirksam ist. Sie dichtet also die Ringkammer 34 zu dem Axialspalt zwischen dem Steuerblock 12 und dem Deckel 13 und damit nach außen hin ab.

Von Vorteil bei der zweiteiligen Ausführung des Einbausatzes mit Buchse 25 und Ring 26 ist, daß der Ring 26 sowohl von einem Druck in der Ringkammer 34 als auch von einem Steuerdruck, der in dem Steuerraum zwischen dem Deckel 13 und dem Ventilkolben 27 herrscht, in Richtung auf den Deckel 13 zu beaufschlagt ist, so daß die Axialdichtung 51 und die Radialdichtung 53, die beide nach außen wirken, nur statisch belastet sind und die Gefahr ei­ ner Leckage nach außen gering ist. Daß auch der Steuerdruck den Ring 26 in Richtung auf den Deckel 13 zu beaufschlagt, ist dar­ auf zurückzuführen, daß der Dichtungsdurchmesser der Radialdich­ tung 33 größer als der Dichtungsdurchmesser der Axialdichtung 51 ist.

Nun besteht allerdings die Möglichkeit, daß aufgrund eines Kle­ beeffekts zwischen der Buchse 25 und dem Ring 26, die mit der Stirnfläche 45 der Buchse und mit der Innenschulterfläche 55 des Rings aneinanderliegen können, die Gesamtfläche am Ring, an der ein im Inneren des Einbausatzes herrschender Steuerdruck im Sin­ ne eines Andrückens des Ringes 26 an den Deckel 13 wirkt, klei­ ner wird als die Fläche, an der der Steuerdruck im Gegensinne wirkt. Der Ring 26 wird dann vom Deckel 13 weggedrückt. Es ent­ steht zwischen Ring und Deckel ein Axialspalt, der in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist, und in den die Axialdichtung 51 einwandert, wenn ein Steuerdruck ansteht. Die Axialdichtung 51 verschleißt dann sehr schnell.

Um dies zu vermeiden, sind in die Stirnfläche 45 der Buchse 25 mehrere Nuten 56 eingebracht, durch die ein Klebeeffekt zwischen der Stirnfläche 45 der Buchse 25 und der Innenschulterfläche 55 des Rings 26 weitgehend vermieden wird. Von Vorteil ist dabei auch, daß durch die Nuten 56 eine offene Verbindung zwischen dem Inneren der Buchse 25 und des Ringes 26 und einem Ringraum 57 geschaffen ist, der aufgrund einer Fase 58 außen an der Stirn­ fläche 45 der Buchse 25 zwischen der Buchse 25 und dem Ring 26 gebildet ist. Somit herrscht in dem Ringraum 57, auch wenn die Flächen 45 und 55 aneinanderliegen sollten, derselbe Druck wie im Inneren von Buchse und Ring. Entsprechend ist die Wirkfläche im Sinne eines Andrückens des Ringes 26 an den Deckel 13 vergrö­ ßert.

Anstelle der Nuten 56 kann in die Stirnfläche 45 der Buchse 25 auch eine Spiralnut eingebracht sein, die von der Innenseite zur Außenseite der Buchse führt. Eine solche Spiralnut läßt sich auf einfache Weise fertigen.

Die in Fig. 1 gezeigte Schließstellung nimmt der Ventilkolben 27 ein, wenn die Summe aus der Kraft der Schließfeder 28 plus der Kraft, die ein Steuerdruck an einer kreiszylindrischen Flä­ che, deren Durchmesser dem Durchmesser der Führungsfläche 48 entspricht, erzeugt, größer ist als die Summe der Kraft, die ein Druck im Hauptstromanschluß 17 an einer Kreisringfläche mit dem Sitzdurchmesser erzeugt plus der Kraft, die ein Druck in der Ringkammer 34 an einer Ringfläche erzeugt, deren Außendurchmes­ ser dem Durchmesser der Führungsaußenfläche 48 und deren Innen­ durchmesser dem Sitzdurchmesser entspricht. Wird der Steuerraum zu einem Tank entlastet, so kann sowohl ein Druck in der Ring­ kammer 34 als auch ein Druck im Hauptstromanschluß 17 den Ven­ tilkolben 27 vom Ventilsitz 38 abheben, sofern der Druck nur groß genug ist, um die Kraft der Schließfeder 28 zu überwinden.

Bei Druckbeaufschlagung des Steuerraums mit Druck setzt der Ven­ tilkolben 27 wieder auf den Ventilsitz 38 auf.

Claims (8)

1. Zwei-Wege-Einbauventil mit einem in eine Aufnahmebohrung (11) einbaubaren Einbausatz (10) und mit einem Ventildeckel (13) zum Verschließen der Aufnahmebohrung (11), wobei der Einbausatz (10) eine Buchse (25), in der ein Ventilkolben (27) geführt ist, einen zwischen der Buchse (25) und dem Ventildeckel (13) ange­ ordneten Ring (26), der die Buchse (25) außen axial übergreift und der einer Stirnfläche (45) der Buchse (25) mit einer Innen­ schulterfläche (55) axial gegenüberliegt, und eine zwischen Ven­ tildeckel (13) und Ring (26) befindliche Axialdichtung (51) auf­ weist, deren Dichtungsdurchmesser kleiner ist als der Außen­ durchmesser der Innenschulterfläche (55) des Rings (26), dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Teile Buchse (25) und Ring (26) in der dem anderen Teil axial gegenüberliegenden Fläche (45) eine Unstetigkeit (56) aufweist.

2. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Unstetigkeit (56) eine offene Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Buchse (25) ge­ schaffen ist.

3. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unstetigkeit (56) durch eine Vertiefung gebil­ det ist.

4. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unstetigkeit (56) durch eine Nut in der Stirn­ fläche (45) der Buchse (25) gebildet ist.

5. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer dem einen Teil (Ring 26) axial gegenüber­ liegenden Stirnfläche (45) des anderen Teils (Buchse 25) wenig­ stens zwei Unstetigkeiten (56) in Form von Vertiefungen ausge­ bildet sind.

6. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der Unstetigkeiten (56) durch eine Nut in der Stirnfläche (45) der Buchse (25) gebildet ist.

7. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (25) an ihrer dem Ring (26) gegenüberliegenden Stirnfläche (45) außen mit einer Fase (58) versehen ist und daß eine offene Verbindung zwischen einem Ringraum (57) zwischen Buchse (25) und Ring (26) an der Fase (58) und der Innenseite der Buchse (25) besteht.

8. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Buchse (25) und dem Ring (26) eine Radialdichtung (33) angeordnet ist.