DE19749640A1 - Schieberventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schieberventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Schieberventile werden beispielsweise zur Verbindung von Tank- und Druckanschlüssen mit Arbeitsanschlüssen ver­ wendet. Die DE 28 24 720 C2 offenbart ein Schieberventil, bei dem in einem Ventilgehäuse eine Vielzahl von koaxial hin­ tereinander liegenden Hülsen angeordnet sind. Die Innen­ bohrungen der Hülsen bilden eine Ventilbohrung zur Aufnahme eines Ventilschiebers, über den ein Druckanschluß wahlweise mit zwei weiteren Anschlüssen verbindbar ist. Einige der Hülsen sind mit Radialbohrungen versehen, die in Anschluß­ bohrungen des Gehäuses münden. Jede der Hülsen hat an ihren Stirnseiten Umfangsausnehmungen, in denen O-Ringe angeord­ net sind, die in dichtend am Ventilschieber bzw. am Ventil­ gehäuse und an der benachbarten Hülse anliegen.

Nachteilig bei dem bekannten Schieberventil ist, daß die Dichtungen am Außenumfang des Ventilschiebers anliegen, so daß insbesondere bei Ventilschiebern mit großer Axiallänge vergleichsweise hohe Stellkräfte erforderlich sind, um die durch die Dichtungen verursachten Reibungs­ kräfte zu überwinden. Aus diesem Grund müssen die das Schieberventil ansteuernden Einrichtungen, wie beispiels­ weise Elektromagnete, Vorsteuerventile etc. für die höheren Stellkräfte ausgelegt werden.

Um diesen Nachteil zu überwinden hat man versucht, die durch die O-Ringe aufgebrachten Reibungskräfte zu verrin­ gern, in dem der die Anlage an den Ventilschieber bestim­ mende Innendurchmesser der O-Ringe vergrößert wird. Dies führt jedoch dazu, daß in der Sperrstellung des Schieber­ ventils, d. h. dann, wenn der Druckanschluß gegenüber den anderen Anschlüssen abgesperrt ist, Leckölströmungen auf­ treten, deren Umfang im praktischen Einsatz des Schieber­ ventils nicht akzeptabel ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schieberventil zu schaffen, bei dem die Leckölströmung in der Sperrstellung verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Schieberventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, die Dichtungen erst in einer vor­ bestimmten Stellung, d. h. der Sperrstellung des Ventil­ schiebers in dichtende Anlage an den Ventilschieber und/­ oder die Hülsen zu bringen, wird die maximale Dichtwirkung praktisch nur in dieser Stellung des Ventilschiebers be­ wirkt. Im sonstigen Bewegungsbereich des Ventilschiebers liegen die Dichtungen mit vergleichsweise geringer Kraft am Ventilschieber und/oder an den Hülsen an, so daß nur ge­ ringe Stellkräfte zum Verschieben erforderlich sind. Dabei ist der Verschleiß der Dichtungen aufgrund der verringerten Reibung gegenüber der eingangs beschriebenen herkömmlichen Lösung erheblich verringert, so daß die Betriebssicherheit des Schieberventil verbessert ist.

Durch das starke Anpressen der Dichtungen im Bereich der Sperrstellung des Ventilschiebers ist gewährleistet, daß nur geringe Leckölströmungen auftreten können. Da in diesem Anpressbereich nur noch eine vergleichsweise geringe Ventilschieberbewegung erfolgt, wird durch die erhöhten An­ presskräfte kein nennenswerter Verschleiß der Dichtungen verursacht.

Die dichtende Anlage der Dichtungen mit erhöhtem An­ pressdruck wird vorzugsweise in den Endstellungen, vorzugs­ weise bei Erreichen des Maximalhubs bewirkt, so daß auch die Sperrstellungen des Ventils entsprechend ausgebildet sein müssen.

Die Axialverschiebung der Hülsen erfolgt vorteilhaf­ terweise mittels eines am Ventilschieber ausgebildeten Ra­ dialbundes, der in eine sich axial erstreckende Ringausneh­ mung einer Endhülse eintaucht und nach Erreichen der vorbe­ stimmten Schieberstellung auf eine Radialfläche aufläuft, um die Hülsen zum Verspannen der Dichtungen in Axialrich­ tung gegen den gehäusefesten Anschlag zu verschieben.

Der Schieber ist besonders einfach aufgebaut, wenn der Radialbund auch als Auflauffläche für die Begrenzung der Ventilschiebergrundstellung verwendet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Schieberven­ tils sind die Dichtungen zwischen den Stirnseiten der be­ nachbarten Hülsen angeordnet, wobei die Wandstärke der Dichtung etwa so groß wie die Wandstärke der Hülse im Be­ reich der Stirnseiten ist.

Bei einer alternativen Ausführung hat jeweils eine Hülse einen Axialvorsprung, der in eine Umfangsausnehmung der benachbarten Hülse eintaucht, so daß die Hülsen einan­ der im Bereich der Ventilbohrung überlappen. Die Dichtung sitzt dann auf dem Außenumfang des Axialvorsprungs und zwi­ schen den durch die Umfangsausnehmung und den Axialvor­ sprung ausgebildeten Stirnflächenabschnitten. Durch diese Ausgestaltung liegen die Dichtungen nicht unmittelbar am Ventilschieber an, so daß der Verschleiß minimiert ist. Die Leckölströmung ist bei dieser Variante jedoch größer als bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen.

Der Ventilaufbau läßt sich weiter vereinfachen, wenn der gehäusefeste Anschlag, gegen den die Packung aus Hülsen und Dichtungen durch den Ventilschieber gedrückt wird, als Verschlußschraube der Ventilbohrung ausgebildet wird.

Der Ventilschieber kann mit Ringnuten am Aussenumfang oder als Hohlschieber mit Axial- und Radialbohrungen ausge­ bildet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ventil­ schieber hydraulisch mittels eines Vorsteuerventils betä­ tigt. Selbstverständlich sind auch andere Ansteuerarten, wie beispielsweise eine mechanische oder elektrische Betä­ tigung des Ventilschiebers möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schieberventils mit einem Ventilschieber in seiner Grund­ stellung;

Fig. 2 eine Teildarstellung des Schieberventils aus Fig. 1, wobei sich der Ventilschieber in seiner Endstellung befindet.

Fig. 3 eine Detaildarstellung der Anordnung aus Fig. 2;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Schieberven­ tils, wobei der Ventilschieber als Hohlschieber ausgeführt ist und

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einander überlappenden Hülsen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Schieberventil 1, dessen Ventilschieber 2 durch ein elektrisch betätigtes Vorsteuerventil 4 betätigt wird. Das Schieberventil hat ein Ventilgehäuse 6, in dem eine Axialbohrung 8 zur Aufnahme des Ventilschiebers 2 ausgebildet ist. Die Axialbohrung 8 ist mit vier Radialnuten 10, 11, 12 und 13 versehen, die mit nicht gezeigten Anschlüssen verbunden sind. Beim ge­ zeigten Ausführungsbeispiel seien die Ringnuten 11, 13 mit Druckanschlüssen (P, P') und die beiden anderen Ringnuten mit Arbeits- oder Tankanschlüssen (A, B) verbunden. In den in Fig. 1 rechten Endabschnitt der Axialbohrung 8 ist eine Verschlußschraube 14 eingeschraubt, die den stirnseitigen Endabschnitt der Axialbohrung 8 bildet.

In der Axialbohrung 8 sind abwechselnd koaxial hinter­ einanderliegend Hülsen 16, 18, 20, 22, 24 und Dichtungs­ ringe 26, 28, 30 und 32 angeordnet. Diese Packung aus Hül­ sen 16. . .24 und Dichtungsringen 26. . .32 bildet mit seinen Innenumfangsflächen eine Ventilbohrung 33, in der der Ven­ tilschieber 2 gleitend geführt ist.

Die in Fig. 1 rechte Hülse ist als Anschlaghülse 24 ausgebildet, die an der Stirnfläche der Verschlußschraube 14 anliegt. Die Hülse am anderen Ende der Packung (Hülsen, Dichtungsringe) ist als Endhülse 16 ausgeführt, deren Funk­ tion weiter unten erläutert wird. Die Außendurchmesser der Hülsen 16. . .24 und der Dichtungsringe 26. . .32 (im unver­ formten Zustand) sind so gewählt, daß die Packung innerhalb der Axialbohrung 8 in Axialrichtung verschoben werden kann.

Der Innendurchmesser der Dichtungsringe 26. . .32 ist in dem in Fig. 1 gezeigten unverformten Zustand etwas grö­ ßer als oder allenfalls gleich groß wie der Außenumfang des Ventilschiebers 2 ausgebildet, so daß die Reibung zwischen den Dichtungsringen 26. . .32 und dem Außenumfang des Ven­ tilschiebers 2 minimal ist und die Schieberbewegung nicht behindert.

Die Hülsen 16, 18, 20, 22 und 24 sind mit Radialboh­ rungen 34, 36, 38, 40 und 42 versehen, wobei die Radialboh­ rungen 34, 36, 38 und 40 in den zugeordneten Ringnuten 10, 11, 12 bzw. 13 münden und somit die Ventilbohrung 33 mit den Anschlüssen A, B, P und P verbinden. Die Radialbohrungen 42 der Anschlaghülse 24 münden in einer Leckölleitung 48, die über eine Rücklaufleitung 50 mit dem Tank verbunden ist. In der Leckölleitung 48 ist eine Drossel 52 angeord­ net.

Der Ventilschieber 2 hat zwei axial beabstandete Um­ fangsnuten 44, 46, die in der dargestellten Grundstellung die beiden Ringnuten 10, 11 bzw. 12, 13 miteinander verbun­ den sind. An dem in Fig. 2 linken Endabschnitt des Ven­ tilschiebers 2 ist ein Radialbund 54 ausgebildet, der in eine Ringausnehmung 56 der Endhülse 16 eintaucht. Die Ring­ ausnehmung 56 erstreckt sich vom linken (Ansicht nach Fig. 1) Endabschnitt der Endhülse 16 bis zu einer Radialflä­ che 58.

An dem in Fig. 2 rechten Endabschnitt des Ventilschie­ bers 2 greift eine Ventilfeder 60 an, die an der Stirnseite der Verschlußschraube 14 abgestützt ist. In der gezeigten Grundstellung steht ein die Ventilfeder 60 abstützender Führungszapfen 61 des Ventilschiebers 2 im Abstand zur Ver­ schlußschraube 14. Die Ventilfeder 60 beaufschlagt den Ven­ tilschieber 2 nach links zum Vorsteuerventil 4 hin, so daß der Radialbund 54 gegen die Stirnfläche eines patronenför­ migen Gehäuse 62 des Vorsteuerventils 4 gedrückt wird, das in die Axialbohrung 8 hineinragt.

Das Vorsteuerventil 4 ist als Einbauventil ausgeführt, wobei das Gehäuse an einem Elektromagneten 64 befestigt ist, der mit einem Gewindestück 66 in die Axialbohrung 8 eingeschraubt ist. Die Stromversorgung des Elektromagneten 64 erfolgt über einen sich seitlich heraus erstreckenden Anschluß 68. Ein Stößel 70 des Elektromagneten liegt an ei­ nem Vorsteuerventilschieber 72 an, der in dem Gehäuse 62 geführt ist.

Der Vorsteuerventilschieber 72 ist als Hohlschieber ausgeführt und hat eine Längsbohrung 74, in der drei axial beabstandete Radialbohrungssterne oder Radialbohrungen 76, 78 und 80 münden. Die mittleren und die rechten Radialboh­ rungen 78, 80 sind im Bereich des Außenumfangs des Vorsteu­ erventilschiebers 72 stufenförmig erweitert, wobei die Um­ fangskanten der erweiterten Bereiche Steuerkanten zum Auf­ steuern von Steueranschlüssen 82, 84 bilden, die als Man­ telbohrungen im Gehäuse 62 ausgebildet sind.

Der Steueranschluß 82 ist mit der zum Tank führenden Rücklaufleitung 50 und der Steueranschluss 84 mit einem Steuerdruckanschluß 86 im Ventilgehäuse 6 verbunden. Die Längsbohrung 74 mündet in der zum Ventilschieber 2 weisen­ den Stirnseite des Steuerventilschiebers 72.

Der Steuerventilschieber 72 hat an seinem zum Stößel 70 benachbarten Endabschnitt einen mit Durchbrüchen verse­ henen radial vorspringenden Federteller 88, an dem eine Steuerfeder 90 angreift, die am Gehäuse 62 abgestützt ist. Dadurch wird der Steuerventilschieber 72 mit dem einstückig daran ausgebildeten Federteller 88 gegen den Boden 92 einer Aufnahmebohrung des Elektromagnetgehäuses vorgespannt. Die Radialbohrungen 76 verbinden den Federraum der Steuerfeder 90 mit der Längsbohrung 74.

In der derart bestimmten Nullstellung des Vorsteuer­ ventilschiebers 72 ist der druckführende Steueranschluß 84 geschlossen und der Steueranschluß 82 über die Rücklauflei­ tung 50 mit dem Tank verbunden. Dadurch sind auch der Fe­ derraum der Steuerfeder 90 und die benachbarte Stirnseite des Ventilschiebers 2 mit dem Tankdruck beaufschlagt.

Bei Bestromen des Elektromagneten hebt der Stößel 70 den Steuerventilschieber 72 gegen die Kraft der Steuerfeder 90 von dem Boden 92 ab und der druckführende Steueranschluß 84 wird durch die Umfangskanten der Radialbohrungen 80 auf­ gesteuert, während der mit dem Tank verbundene Steueran­ schluß 82 zugesteuert wird. Dadurch wird Steueröl in die Längsbohrung 74 und von dort zu deren stirnseitigen Ausgang hin zum Ventilschieber 2 geführt, der somit mit dem Steuer­ druck beaufschlagt wird. Dieser wirkt durch die Verbindung über die Radialbohrung 76 auch im Federraum der Steuerfeder 90, so daß die beiden Stirnseiten des Vorsteuerventilschie­ bers 72 druckausgeglichen ist.

Der Ventilschieber 2 wird durch den Steuerdruck von seinem Anschlag am Gehäuse 62 abgehoben, so daß die Verbin­ dungen zwischen den Anschlüssen A, P sowie B, P zugesteu­ ert werden. Während dieser Axialbewegung des Ventilschie­ bers läuft der Radialbund 54 entlang der Ringausnehmung 56 hin zur Radialfläche 58. Diese Axialbewegung des Ventil­ schiebers 2 wird durch die Dichtungen 26. . .32 nicht behin­ dert, da diese nur leicht oder gar nicht an der Ventil­ schieberumfangsfläche anliegen.

Kurz vor Erreichen des Maximalhubs, in dem die An­ schlüsse A, B, P und P' gegeneinander gesperrt sind läuft der Radialbund 54 auf die Radialfläche 58 auf, dadurch wird die Endhülse 16 mitgenommen, und das Paket aus Hülsen und Dich­ tungsringen gegen den Boden der Verschlußschraube 14 ge­ drückt.

Diese Endstellung des Ventilschiebers 2 ist in Fig. 2 dargestellt. Durch dieses Zusammendrücken des Pakets (Hülsen, Dichtungsringe) werden die zwischen den Hülsen­ stirnseiten eingeklemmten Dichtungsringe wie in Fig. 3 ge­ strichelt angedeutet verformt, so daß sie mit vergleichs­ weise großer Kraft gegen den Ventilschieber 2 und auch ge­ gen die Umfangswandung der Axialbohrung 8 gepresst werden und somit eine leckölfreie Abdichtung in der Sperrstellung des Schieberventils ermöglicht ist. In dieser Sperrstellung sind die Umfangsnuten 44, 46 des Ventilschiebers 2 etwa fluchtend zu den Radialbohrungen 36, 40 der Hülsen 18, 22 ausgerichtet.

Bei Strömlosstellung des Elektromagneten 64 wird der Vorsteuerventilschieber 72 durch die Kraft der Feder wieder in sein in Fig. 1 gezeigte Nullstellung zurückbewegt, so daß die Verbindung zum Tank aufgesteuert und der Druck- Steueranschluß 84 zugesteuert wird - der Ventilschieber 2 wird dann durch die Druckfeder 60 ebenfalls wieder mit sei­ nem Radialbund 54 hin zum Gehäuse 62 bewegt und die Dich­ tungen 26. . .32 entlastet.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Ventilschieber 2 als Hohlschieber ausgebildet ist. Dieser hat zwei sich von jeweils einer Stirnseite her er­ streckende Mittelsackbohrungen 94 und 96, deren stirnsei­ tige Mündungen durch Verschlußschrauben 98, 99 verschlossen sind. In jeder Mittelsackbohrung 94, 96 münden zwei Boh­ rungssterne 102, 104 bzw. 106, 108. Deren Axialabstand ist so gewählt, daß sie in der dargestellten Grundstellung in jeweils einer der Radialbohrungen 34, 36, 38 bzw. 40 mün­ den, so daß die Anschlüsse A, P und B, P durch die Boh­ rungssterne 102, 104 und 106, 108 sowie die Mittelsackboh­ rungen 94 bzw. 96 miteinander verbunden sind.

Bei Verschieben des Ventilschiebers 2 mittels des Vor­ steuerventils 4 in die Endstellung liegen die Bohrungs­ sterne 102, 104 und 106, 108 beidseitig der Druckanschlüsse P bzw. P', so daß die Anschlüsse A, B, P, P' gegeneinander gesperrt sind.

Der sonstige Aufbau des Schieberventils aus Fig. 4 und dessen Funktion sind die gleiche wie beim Ventil in Fig. 1, so daß auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann. Aufgrund der fehlenden umlaufenden Steuerkanten (Umfangsnuten 44, 46) dürfte die Belastung der Dichtungs­ ringe bei einem Hohlschieber geringer als bei einem Schie­ ber mit Umfangsnuten sein.

In Fig. 5 ist schließlich eine abgewandelte Hülsen­ konstruktion gezeigt, bei der der Verschleiß der Dichtungs­ ringe 26. . .32 weiter verringert werden kann. Dazu werden die Hülsen 16. . .24 gemäß Fig. 5 an den einanderzuwei­ senden Endabschnitten einerseits mit einem Axialvorsprung 110 und andererseits mit einer entsprechend ausgebildeten Umfangsausnehmung 112 versehen, wobei der Axialvorsprung 110 zumindest abschnittsweise in die Umfangsausnehmung 112 eintaucht. Durch den Axialvorsprung 110 und die Umfangsaus­ nehmung 112 werden Ringstirnflächen 114 beziehungsweise 116 ausgebildet, an denen der zugeordnete Dichtungsring 26. . .32 abgestützt ist. Dieser sitzt auf dem Außenumfang des Axialvorsprungs 110 auf. Die axial hintereinander lie­ genden, entlang der Umfangsausnehmungen 112 und der Axial­ vorsprünge 110 überlappenden Hülsen 16. . .24 bilden somit die Ventilbohrung 33 zur Aufnahme des Ventilschiebers 2.

Diese Variante setzt eine äußerst präzise Fertigung voraus, so daß die Ventilbohrung 33 mit der erforderlichen Genauigkeit ausgeführt wird, um Leckagen und ein Klemmen des Ventilschiebers 2 zu vermeiden.

Offenbart ist ein Schieberventil, bei dem die Ventil­ bohrung durch eine Vielzahl von axial verschiebbaren Hülsen ausgebildet ist, wobei zwischen jeweils benachbarten Hülsen Dichtungen angeordnet sind. In der Sperrstellung des Schie­ berventils wird die Packung aus Hülsen und Dichtungsringen gegen einen Anschlag verschoben, so daß die Dichtungsringe verformt werden und in dichtende Anlage an den Ventilschie­ ber und/oder eine sonstige Dichtfläche bringbar sind.

Claims (11)

1. Schieberventil mit zumindest zwei Anschlüssen, die mit­ tels eines Ventilschiebers (2) aufsteuerbar sind, wobei der Ventilschieber (2) in einer Ventilbohrung (56) geführt ist, die durch eine Vielzahl von axial hintereinander angeordne­ ten, in einem Ventilgehäuse aufgenommenen Hülsen (16. . .22) ge­ bildet ist, zwischen denen Dichtungen (26. . .32) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (16. . .22) axial gegen einen gehäusefesten Anschlag (14) verschiebbar sind und dabei derart in Anlage an die Dichtungen (26. . .32) bringbar sind, daß diese sich dichtend an den Ventilschieber (2) und/oder die Hülsen (16. . .24) anlegen.

2. Schieberventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet daß der Ventilschieber (2) im Bereich seines Maxi­ malhubs zum Axialverschieben der Hülsen (16. . .24) in Anlage an eine der Hülsen (16) kommt.

3. Schieberventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet daß der Ventilschieber (2) einen Anschlag (54) hat, dem eine Auflaufschulter (58) einer Endhülse (16) zugeordnet ist.

4. Schieberventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet daß der Anschlag ein Radialbund (54) ist, der in eine Ringausnehmung (56) der Endhülse (16) eintaucht, wobei sich die Ringausnehmung (56) von einer Stirnseite der Hülse (16) bis zu einer Radialfläche (58) erstreckt, auf die der Radialbund (56) aufläuft.

5. Schieberventil nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet daß der Ventilschieber (2) durch eine Ventilfeder (60) in seine Grundstellung vorgespannt ist, in der der Ra­ dialbund (54) an einem Gehäuseanschlag (62) anliegt.

6. Schieberventil nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Dichtungen (26. . .32) zwischen den Stirnseiten benachbarter Hülsen (16. . .22) ange­ ordnet sind.

7. Schieberventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Hülsen (16. . .22) an einer Stirnseite einen sich entlang der Ventilbohrung erstrecken­ den Axialvorsprung (110) haben, der in eine entsprechende Umfangsausnehmung (112) der benachbarten Hülse (18) ein­ taucht, wobei die Dichtung (28) den Außenumfang des Axial­ vorsprungs (110) umgreift und zwischen den durch den Axial­ vorsprung (110) bzw. die Umfangsausnehmung (112) gebildeten Stirnflächenabschnitten (114, 116) der zueinander benachbarten Hülsen (18, 20) angeordnet ist.

8. Schieberventil nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet daß der gehäusefeste An­ schlag eine Verschlußschraube (14) für die Ventilbohrung (33) ist, an der eine axial über den Ventilschieber (2) vorste­ henden Anschlaghülse anliegt.

9. Schieberventil nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Ventilschieber (2) Umfangsnuten (44, 46) zum Auf- und Zusteuern der Anschlüsse hat.

10. Schieberventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Ventilschieber ein Hohl­ schieber (2) ist.

11. Schieberventil nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Ventilschieber (2) hydraulisch über ein Vorsteuerventil (4) betätigt ist.