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Die
Erfindung geht aus von einem von mindestens einem Elektromagneten
betätigbaren
Wegeventil, insbesondere von einem 4-Wege-Proportionalventil, das
die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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Aus
der
US 28 52 948 ist
ein 4/3 Wegeventil bekannt, das als Schaltventil elektrohydraulisch
vorgesteuert ist. Es sind zwei jeweils durch einen Elektromagneten
betätigbare
und als 3/2 Wege-Sitzventile ausgebildete Vorsteuerventile vorhanden. Über das eine
Vorsteuerventil kann ein Steuerraum vor der einen Stirnseite und über das
andere Vorsteuerventil ein Steuerraum vor der anderen Stirnseite
des Steuerschiebers wechselweise mit dem Tankanschluß und mit
dem Pumpenanschluß des
4/3 Wegeventils verbunden werden.
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Aus
der
DE 39 38 417 C1 ist
ein Druckregelventil bekannt, das durch einen Elektromagneten proportional
verstellbar ist und einen Pumpenanschluß, einen Tankanschluß und einen
Regelausgang aufweist. Der Elektromagnet wirkt dabei über eine
Kugel gegen eine vom Druck am Regelausgang erzeugte Kraft auf den
Regelschieber des Druckregelventils. Die Kugel sitzt auf der Mündung einer
innerhalb des Regelschiebers axial verlaufenden Bohrung auf, die
zum Regelausgang hin offen ist, und bildet ein Sicherheitsventil.
Sollte nach einem Ausschalten des Elektromagneten der Regelschieber klemmen,
so kann der Druck im Regelausgang über das Sicherheitsventil zum
Tankanschluß abgebaut werden.
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Aus
der WO 96/08656 A1 ist ein Mehrwegeventil mit einem Steuerschieber
bekannt, der von zwei Elektromagneten zwischen zwei Schaltstellungen
umschaltbar ist. Die beiden Flüssigkeitsräume vor
den Stirnseiten des Steuerschiebers sind über eine Längsbohrung im Steuerschieber
fluidisch miteinander verbunden. Ein Druckbegrenzungsventil in dem
einen Elektromagneten soll verhindern, daß der Druck in den Flüssigkeitsräumen und
in der Längsbohrung
des Steuerschiebers einen vorgegebenen Wert übersteigt. Bei einigen der
in der WO 96/08656 gezeigten Mehrwegeventilen ist die Längsbohrung im
Steuerschieber über
Radialbohrungen zu einem Ventilanschluß hin offen. Bei einem gezeigten
Mehrwegeventil dient die Längsbohrung
außerdem
der Verbindung von Ventilanschlüssen
miteinander.
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Aus
der
DE 37 08 248 A1 ist
ein 4/3 Wegeventil bekannt, dessen Steuerschieber durch zwei Elektromagnete
betätigt
werden kann und das in der üblichen
Bauweise mit fünf
Steuerkammern ausgebildet ist, von denen die beiden äußersten
Ablaufkammern sind. Zwischen jeder Ablaufkammer und dem Tankanschluß des Ventils
befindet sich eine Drosselstelle, so daß in der jeweils im Fluidstrom
liegenden Ablaufkammer ein Staudruck erzeugt wird. Jeder der beiden
Flüssigkeitsräume vor
den Stirnseiten des Steuerschiebers ist über eine enge Bohrung mit der
benachbarten Ablaufkammer und außerdem über ein Rückschlagventil mit dem anderen
Flüssigkeitsraum
verbunden. Auf diese Weise wird eine sich zur Magnetkraft addierende, jedoch
in ihrer Größe begrenzte
hydraulische Kraft erzeugt, durch die Strömungskräfte kompensiert werden sollen.
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Ein
Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff ist durch das Typenblatt
RD 29 060/04.93 der Mannesmann Rexroth GmbH bekannt. Es kann als
4/3-Wege-Proportionalventil ausgebildet sein und besitzt dann einen
in einer Mittelstellung federzentrierten Steuerschieber und zwei
Elektromagnete, von denen der eine den Steuerschieber in die eine
Richtung und der andere den Steuerschieber in die andere Richtung
aus der Mittelstellung axial bewegen kann. Bei einer Ausbildung
als 4/2-Wege-Proportionalventil ist nur ein Elektromagnet vorhanden.
Der Steuerschieber nimmt unter der Wirkung einer Feder eine Ruhestellung
ein und ist daraus von dem Elektromagneten in die eine axiale Richtung
verschiebbar. Um eine optimale Funktion eines solchen Wegeventiles
zu erhalten, müssen
die Flüssigkeitsräume vor den
beiden Stirnseiten des Steuerschiebers, die über einen im Ventilgehäuse verlaufenden
Kanal miteinander in Verbindung stehen, sowie die Ankerräume der
Elektromagnete, die wiederum mit den Flüssigkeitsräumen Verbindung haben, entlüftet sein.
Deshalb sind an dem äußeren Abschlußdeckel
eines Elektromagneten oder an einem direkt auf das Ventilgehäuse aufgesetzten
Deckel durch Schrauben verschließbare Entlüftungskanäle vorgesehen. Bei Inbetriebnahme
werden die Verschlußschrauben
entfernt. Über
den einen Entlüftungskanal
wird solange Druckflüssigkeit
nachgefüllt,
bis aus dem anderen Entlüftungskanal
Arbeitsflüssigkeit
austritt. Danach werden die Entlüftungskanäle mit den
Verschlußschrauben wieder
geschlossen.
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Um
diese umständliche
Entlüftung
zu vermeiden, ist in der älteren
deutschen Patentanmeldung 195 45 021.3 schon vorgeschlagen worden,
die Flüssigkeitsräume über eine
Zulaufdrossel mit der Zulaufsteuerkammer und über eine Ablaufdrossel mit der
Ablaufsteuerkammer zu verbinden. Bei einer solchen Lösung stellt
sich in den Flüssigkeitsräumen ein Druck
ein, der zwischen dem in der Zulaufsteuerkammer herrschenden Pumpendruck
und dem in der Ablaufsteuerkammer herrschenden Tankdruck liegt.
Die Größe des Quotienten
aus diesem Zwischendruck und dem Pumpendruck kann durch die Durchflußquerschnitte
der Drosseln eingestellt werden. Beim erstmaligen Anlegen eines
Pumpendruckes an die Zulaufsteuerkammer baut sich in den Flüssigkeitsräumen und
in den Ankerräumen
der Elektromagnete der Zwischendruck auf. Dadurch wird die vor der
Inbetriebnahme vorhandene Luft komprimiert, so daß die genannten
Räume von
der einströmenden
Druckflüssigkeit
weitgehend ausgefüllt
werden und die Luft die Funktion des Ventiles nicht mehr beeinflussen kann.
Nachteilig bei der vorgeschlagenen Lösung ist, daß der in
den Flüssigkeitsräumen vor
den beiden Stirnseiten des Steuerschiebers herrschende Zwischendruck
vom Pumpendruck und, weil Zulaufdrossel und Ablaufdrossel nicht
gleich gestaltet sind, auch von der Viskosität der Druckflüssigkeit
abhängt.
Zudem hängt
bei der in der genannten deutschen Patentanmeldung vorgeschlagenen
Lösung
der Zwischendruck auch von der Position des Steuerschiebers ab,
da die Ablaufdrossel durch einen Ringspalt zwischen dem Steuerschieber
und der Ventilbohrungswand realisiert und die Überdeckung zwischen dem Steuerschieber
und dem sich zwischen einem Flüssigkeitsraum
und der Ablaufsteuerkammer befindenden Gehäusesteg und damit der hydraulische
Widerstand der Ablaufdrossel in unterschiedlichen Stellungen des
Steuerschiebers unterschiedlich ist.
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Ziel
der Erfindung ist es also, ein Wegeventil mit den Merkmalen aus
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß auf die
umständliche
Entlüftung
der Flüssigkeitsräume verzichtet
werden kann und eine optimale Funktion des Ventils weitgehend unabhängig vom
in der Zulaufsteuerkammer herrschenden Pumpendruck und von der Viskosität der Druckflüssigkeit
erhalten wird.
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Dieses
Ziel wird bei einem Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 gemäß dem kennzeichnenden
Teil dieses Anspruchs dadurch erreicht, daß zwischen den Flüssigkeitsräumen und
der Zulaufsteuerkammer eine Zulaufdrossel und zwischen den Flüssigkeitsräumen und
der Ablaufsteuerkammer ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.
Durch das Druckbegrenzungsventil wird unabhängig vom Druck in der Zulaufsteuerkammer
und weitgehend unabhängig
von der Viskosität
der Druckflüssigkeit
ein bestimmter Druck in den Flüssigkeitsräumen aufrechterhalten,
durch den die anfänglich
die Räume
ausfüllende
Luft komprimiert wird. Der Druck in den Flüssigkeitsräumen steigt, sieht man von
der Kennlinie des Druckbegrenzungsventils ab, nicht mehr mit dem
Druck in der Zulaufsteuerkammer an und kann insbesondere auch nicht
mehr so groß werden,
daß der
Steuerschieber verbogen wird und klemmt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Wegeventils kann man den
Unteransprüchen
entnehmen.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn gemäß Anspruch 2 das Druckbegrenzungsventil
im Steuerschieber angeordnet ist.
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Besonders
bevorzugt wird auch eine Ausbildung gemäß Anspruch 5. Danach ist ein
Sitz für
das Ventilglied des Druckbegrenzungsventils an einem mit einer axialen
Zulaufbohrung versehenen Einsatzkörper ausgebildet und die Schließfeder stützt sich am
Boden der Sackbohrung ab. Auf diese Weise ist es möglich, die
Teile des Druckbegrenzungsventils im Ende des Steuerschiebers nahe
an einem Flüssigkeitsraum
anzuordnen, ohne daß durch
den Steuerschieber ein langer axialer Kanal hindurchgehen müßte. Letzteres
wäre nämlich der
Fall, wenn man den Sitz für
das Ventilglied des Druckbegrenzungsventils am Steuerschieber vorsehen
würde und
der Einsatzkörper
lediglich die Funktion hätte,
die Schließfeder
abzustützen.
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Sind
am einen Ende des Steuerschiebers Mittel vorgesehen, um den Steuerschieber
gegen ein Rotieren in der Ventilbohrung zu sichern, so ist es besonders
vorteilhaft, wenn sich gemäß Anspruch
8 das Druckbegrenzungsventil am anderen Ende des Steuerschiebers
befindet. Sowohl für
die Mittel zur Verdrehsicherung des Steuerschiebers als auch für das Druckbegrenzungsventil
steht dann genügend Platz
zur Verfügung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Wegeventils
ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen
wird die Erfindung nun näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Axialschnitt durch ein 4/3-Wege-Proportionalventil mit zwei Elektromagneten,
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2 einen
Schnitt durch das bloße
Ventilgehäuse
entlang der Linie II-II aus 1,
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3 eine
Draufsicht auf das Ventilgehäuse in
Richtung des Pfeiles A aus 1 und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 1, wobei in diesem Ausschnitt auch der Steuerschieber
geschnitten ist.
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Das
gezeigte Wegeventil besitzt ein Ventilgehäuse 10 mit einer durchgehenden,
bearbeiteten Ventilbohrung 11, zu der hin fünf voneinander
beabstandete, ringförmige
Steuerkammern 12, 13, 14, 15 und 16 offen
sind. In der Mitte befindet sich die Zulaufsteuerkammer 14,
die zu einem Pumpenanschluß 17 hin
offen ist. Auf jeder Seite folgt der Zulaufsteuerkammer 14 eine
Verbrauchersteuerkammer 13 bzw. 15. von der Zulaufsteuerkammer 14 aus gesehen
jenseits jeder Verbrauchersteuerkammer 13 bzw. 14 befindet
sich noch eine Ablaufsteuerkammer 12 bzw. 16.
Die beiden Ablaufsteuerkammern 12 und 16 sind über einen
die Steuerkammern 13, 14 und 15 überbrückenden
Tankkanal 18 miteinander verbunden.
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In
der Ventilbohrung 11 ist ein Steuerschieber 25 axial
bewegbar, in Abhängigkeit
von dessen Stellung Öffnungsquerschnitte
zwischen den Steuerkammern geschlossen oder mehr oder weniger weit offen
sind. In der aus 1 ersichtlichen federzentrierten
Mittelstellung des Steuerschiebers 25 sind die beiden Verbrauchersteuerkammern 13 und 15 sowie die
Zulaufsteuerkammer 14 gegeneinander und gegen die beiden
Ablaufsteuerkammern 12 abgesperrt. Zentriert wird der Steuerschieber 25 durch
zwei Zentrierfedern 26, von denen sich jeweils eine in
einem erweiterten Abschnitt 27 der Ventilbohrung 11 befindet.
Jede Zentrierfeder 26 vermag einen geschlitzten Federteller 28,
der einen im Durchmesser verkleinerten Endabschnitt 29 des
Steuerschiebers 25 umgibt, gegen eine Innenschulter 30 der
Ventilbohrung 11 und gegen eine Außenschulter 31 des
Steuerschiebers 25 zu drücken. Die Zentrierung wird
dadurch erreicht, daß der
Abstand der beiden Außenschultern 31 des
Steuerschiebers 25 voneinander nur geringfügig größer als
der Abstand der beiden Innenschultern 30 der Ventilbohrung 11 ist.
Jeder erweiterte Abschnitt 27 der Ventilbohrung 11 ist
ein Flüssigkeitsraum
im Sinne des Anspruchs 1, wird im folgenden jedoch als Federraum
bezeichnet, da er eine Zentrierfeder 26 aufnimmt.
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Der
Steuerschieber 25 kann aus seiner Mittelstellung in die
eine Richtung durch einen ersten Elektromagneten 32 und
in die entgegengesetzte Richtung durch einen zweiten Elektromagneten 33 verschoben
werden. Die beiden Elektromagnete sind an senkrecht zur Achse der
Ventilbohrung 11 verlaufende Stirnseiten des Ventilgehäuses 10 angebaut und
verschließen
die Federräume 27.
Die Zentrierfedern 26 stützen sich an ihnen ab. Jeder
Elektromagnet besitzt, wie dies in 1 für den Elektromagneten 32 gezeigt
ist, einen am Ventilgehäuse 10 anliegenden
Polschuh 34 mit einer zentralen durchgehenden Bohrung 35 sowie
mit einer exzentrischen Bohrung 36, die wie die zentrale
Bohrung 35 zum Federraum 27 hin offen ist. In
einem Ankerraum 37 jedes Elektromagneten 32, 33 ist
ein Magnetanker 38 axial bewegbar, in dem ein Stößel 39 befestigt
ist, der sich durch die zentrale Bohrung 35 des Pol schuhs 34 hindurcherstreckt
und im Federraum 27 den Steuerschieber 25 zu beaufschlagen
vermag. Innerhalb der zentralen Bohrung 35 ist der Stößel 39 in
einem Gleitlager 40 gelagert.
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Außerhalb
der Steuerkammern erstreckt sich von der einen Stirnseite des Ventilgehäuses 10 aus durch
dieses eine parallel zur Ventilbohrung 11 verlaufende Bohrung 45 von
verhältnismäßig kleinem Durchmesser,
die an ihrem offenen Ende mit einer Verschlußschraube 46 verschlossen
ist und die im Bereich jedes Federraumes 27 eine zu diesem
hin offene Tasche 47 anschneidet, die in 3 gestrichelt angedeutet
ist. Die Sackbohrung 45 schneidet außerdem eine Bohrung 48 an,
die parallel zu der Schnittebene nach 1 verläuft und
in die Zulaufsteuerkammer 14 mündet. Die Bohrung ist mit einem Innengewinde
versehen, in das eine Schraube 49 eingeschraubt ist, die
mit ihrem Kopf und einem unter diesen Kopf gelegten Dichtring die
Bohrung 48 nach außen
verschließt.
Die beiden ineinandergreifenden Gewinde sperren die Sackbohrung 45 nicht
vollkommen gegen die Zulaufkammer 14 ab. Vielmehr kann über das
Flankenspiel zwischen den beiden Gewinden Druckflüssigkeit
aus der Zulaufkammer in die Sackbohrung 45 und von dort
aus in die Federräume 27 gelangen.
Durch die ineinandergreifenden Gewinde ist somit eine Zulaufdrossel 50 zwischen
der Zulaufsteuerkammer 14 und den Federräumen 27 geschaffen.
Diese ist mit ihrem Schaltbild in 1 eingezeichnet,
in der im übrigen
auch die Sackbohrung 45, die Bohrung 48 und die
Taschen 47 schematisch angedeutet sind.
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In
das dem Elektromagneten 32 zugekehrte Ende des Steuerschiebers 25 ist
ein Druckbegrenzungsventil 55 eingebaut, über das
Druckflüssigkeit aus
dem Federraum 27 am Elektromagneten 32 in die
Ablaufsteuerkammer 12 abströmen kann. Zur Ausbildung des
Druckbegrenzungsventils 55 ist in den Steuerschieber 25 von
seiner dem Elektromagneten 32 zugekehrten Stirnseite aus
eine Sackbohrung 56 eingebracht, die bis in einen Schieberhals 57 reicht,
der von dem Endabschnitt 29 des Steuerschiebers 25 durch
einen Schieberbund 58 getrennt ist. Die um den Schieberhals 57 umlau fende
Ringnut 59 ist in jeder Position des Steuerschiebers zur
Ablaufkammer hin offen. In die Sackbohrung 56 ist zunächst eine
Schließfeder 60 eingelegt,
die sich an einer Schulter der Sackbohrung 56 abstützen kann. Auf
die Schließfeder 60 folgt
als Ventilglied des Druckbegrenzungsventils 55 eine Kugel 61,
deren Durchmesser geringfügig
kleiner als der Durchmesser der Sackbohrung 56 dort ist,
wo sich die Kugel befindet. Schließlich ist in einem leicht erweiterten und
mit einem Innengewinde versehenen Abschnitt der Sackbohrung 56 als
Einsatzkörper
eine Schlitzschraube 62 eingeschraubt, durch die zentral
eine Zulaufbohrung 63 hindurchgeht, die sich an der der Kugel 61 zugewandten
Stirnseite der Schlitzschraube 62 kegelförmig erweitert,
so daß dort
ein Sitz für die
Kugel gebildet ist. Der Stößel 39 des
Elektromagneten 32 beaufschlagt den Steuerschieber 25 über die
Schlitzschraube 62, wobei durch deren Schlitz 64 sichergestellt
ist, daß eine
offene Verbindung zwischen dem Federraum 27 und der Zulaufbohrung 63 des
Druckbegrenzungsventils 55 besteht. Im Ablauf des Druckbegrenzungsventils 55 liegt
eine Querbohrung 65, die in den Schieberhals 57 eingebracht
ist und innen die Sackbohrung 55 trifft und außen in die Ringnut 59 mündet.
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Bei
der Inbetriebnahme des gezeigten Wegeventils strömt von der Zulaufsteuerkammer 14 über die
Zulaufdrossel 50, die Sackbohrung 45 und die Taschen 47 Druckflüssigkeit
in die Federräume 27 und
in die Ankerräume 37.
Die Druckflüssigkeit komprimiert
die in den Hohlräumen
enthaltene Luft und füllt
die Hohlräume
immer mehr aus. Der Druck in den Hohlräumen steigt an, bis er schließlich einen der
Kraft der Schließfeder 60 des
Druckbegrenzungsventils 55 äquivalenten Wert erreicht.
Dann wird die Kugel 61 von ihrem Sitz abgehoben, so daß die über die
Drossel 50 zulaufende Druckflüssigkeit über das Druckbegrenzungsventil 55 zur
Ablaufsteuerkammer 12 und von dort in einen Tank abströmen kann.
Der Druck in den Feder- und Ankerräumen ist somit unabhängig vom
Druck, der in der Zulaufsteuerkammer 14 herrscht. Natürlich sind
die Strömungsquerschnitte
der Drossel 50 und des Druckbegrenzungsventils 55 so
aufeinander abgestimmt, daß über die
Drossel 50 nicht mehr Druckflüssigkeit zufließt, als
ohne die Erzeugung eines Staudrucks über das Druckbegrenzungsventil 55 auch
dann abfließen kann,
wenn der Druck in der Zulaufsteuerkammer sehr hoch ist. Der in den
Feder- und Ankerräumen herrschende
Druck kann durch entsprechende Wahl der Stärke der Schließfeder 60 vorgegeben
werden.
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Wie
man aus 2 ersieht, strömt durch
den Anschluß 17 Druckflüssigkeit
tangential in die Zulaufkammer 14, so daß durch
die Strömung
der Druckflüssigkeit
ein Drehmoment auf den Steuerschieber 25 ausgeübt wird.
Damit sich der Steuerschieber nicht dreht, sind Mittel zu seiner
Verdrehsicherung vorgesehen. Diese Mittel befinden sich in demjenigen
Endbereich des Steuerschiebers 25, der dem Elektromagneten 33 zugekehrt
ist. Damit kommen sich Druckbegrenzungsventil 55 und Mittel
zur Verdrehsicherung des Steuerschiebers 25 nicht in die Quere.
Kurz umrissen bestehen die Mittel zur Verdrehsicherung aus einem
in eine Querbohrung des Steuerschiebers 25 eingepreßten Stift 70,
der in einen Schlitz 71 des Federtellers 28 eingreift.
Somit sind Federteller 28 und Steuerschieber 25 gegeneinander
verdrehgesichert. Die Verdrehsicherung des Federtellers 28 mit
dem Gehäuse 10 wird
mithilfe einer gebogenen Blattfeder 72 erhalten, die mit
einem Ende in den Schlitz des Federtellers 28 und mit ihrem zweiten
Ende in eine Ausbuchtung 73 des Federraumes 27 eingreift.
Nach der Montage entspannt sich die Blattfeder 72 so weit,
daß sie
an ihrer Außenfläche an der
Begrenzungswand des Federraumes 27 anliegt. Die Anordnung
ist nun so getroffen, daß die Druckflüssigkeitsströmung in
die Zulaufsteuerkammer 14 den Steuerschieber, in der Ansicht
nach 3 betrachtet, gegen den Uhrzeigersinn zu drehen
versucht. Dabei wird die Blattfeder 72 aufgebogen, legt
sich noch fester an die Wand an und verhindert die Rotation des
Steuerschiebers 25.