DE19841058C2 - Ventilschieber - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventilschieber entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiger Ventilschieber ist beispielsweise aus der DE 44 21 357 A1, die ein monostabiles 5/2 Wegeventil offenbart, bereits bekannt. Dieser Ventilschieber ist im Wesentlichen in Druckmittelverbindungen zwischen Druckkammern steuernde Kolbenabschnitte und in dazwischenliegende, druckmittelleitende Nutabschnitte gegliedert.

Die Druckmittelanschlüsse des Wegeventils verlaufen rechtwinklig zum Ventilschieber. Ein zuströmender Druckmittelstrom wird dadurch in Teilströme geteilt, die den Ventilschieber auf unterschiedlichen Wegen umströmen. Beim anschließenden Zusammentreffen dieser Teilströme treffen Strömungsfronten aufeinander. Dabei entstehen unerwünschte Stoßverluste, die den Druckfluss durch das Wegeventil verringern. Diese Stoßverluste führen zu einem erhöhten Bauvolumen eines Wegeventils, da zu ihrer Kompensation eine Vergrößerung der Strömungsquerschnitte notwendig ist.

Aus der DE 23 58 022 geht ein gattungsgemäßer Ventilschieber zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen den Anschlüssen eines Wegeventils hervor. Der Ventilschieber weist in Axialrichtung gesehen abwechselnd Kolbenabschnitte größeren Durchmessers sowie Nutabschnitte kleineren Durchmessers auf. Im Bereich der Nutabschnitte sind weiterhin strömungsleitende Mittel vorgesehen. Diese strömungsleitenden Mittel sind hier in Form von Nuten ausgebildet, die zur Vermeidung von Kraftungleichmäßigkeiten am Ventilschieber dienen. Die Nuten sollen Turbulenzen und andere, nicht näher spezifizierte strömungstechnische Effekte im Druckmittelstrom erzeugen, die die Leichtigkeit und die Genauigkeit der Bewegung des Ventilschiebers verbessern. Somit stellen diese Nuten gezielte Strömungswiderstände dar, die eher einer Erhöhung des Druckmitteldurchsatzes entgegenwirken.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Ventilschieber mit strömungsleitenden Mitteln die Ausbildung dieser Mittel derart zu verbessern, dass der Ventilschieber einen geringeren Strömungswiderstand aufweist und damit bei unveränderten Außenabmessungen einen höheren Druckmitteldurchsatz im Wegeventil ermöglicht.

Diese Aufgabe wird von dem Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die nachfolgend abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber dem Stand der Technik weist ein Ventilschieber mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß er bei unverändertem Bauraum eines Wegeventils einen erhöhten Durchfluß ermöglicht. Der erfindungsgemäße Ven­ tilschieber ist hierfür mit strömungsleitenden Mitteln verse­ hen, die Stoßverluste aufgrund eines Zusammentreffens der den Ventilschieber umströmenden Teilströme verringern. Die Teilströme werden zudem möglichst schwach umge­ lenkt, so daß Verengungen im Strömungsquerschnitt weitge­ hend vermieden werden. Die strömungsleitenden Mittel am Ventilschieber lassen sich fertigungstechnisch relativ ein­ fach herstellen und verteuern das Endprodukt allenfalls un­ wesentlich. Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung nä­ her erläutert. Fig. 1 zeigt einen Ventilkörper eines Wegeven­ tils, in den ein erfindungsgemäßer Ventilschieber eingebaut ist, im Längsschnitt; in Fig. 2 ist eine zweite Ausführungs­ variante eines erfindungsgemäßen Ventilschiebers in einer perspektivischen Darstellung abgebildet.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Ventilschiebers 12 im eingebauten Zustand in einen Ventilkörper 10 eines Wegeventils. Beim Ventilkör­ per 10 handelt es sich um ein blockförmiges Bauelement, das mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden, durch­ gehenden Schieberbohrung 14 versehen ist. In diese Schie­ berbohrung 14 münden Druckmittelkanäle 16, 18, 20, 22, 24 ein, die quer zur Schieberbohrung 14 verlaufen und in Längsrichtung mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Zwei Druckmittelkanäle 16, 18 enden an der ersten Längsseite des Ventilkörpers 10, die restlichen drei Druck­ mittelkanäle 20, 22, 24 sind gegenüberliegend an der zwei­ ten Längsseite ausgebildet. Die beiden Druckmittelkanäle 16, 18 sind mit A und B bezeichnet und sind auf nicht dar­ gestellte Weise mit Druckmittelverbrauchern koppelbar. Die mit T bezeichneten Anschlüsse 20 und 24 führen zu Druck­ mittelvorratsbehältern und der zwischen diesen Anschlüs­ sen liegende, mit P bezeichnete, Druckmittelkanal 22 steht in Verbindung mit einem nicht gezeichneten Druckerzeuger.

Zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen diesen Druckmittelkanälen 16 bis 24 ist der Ventilschieber 12 in der Schieberbohrung 14 axial verschiebbar geführt. Der Ventilschieber 12 gliedert sich in zylindrische Kolben­ abschnitte 26 und in Nutabschnitte 28, die abwechselnd auf­ einanderfolgend angeordnet und mittels umfangsseitigen Dichtelementen 30 gegeneinander bzw. nach außen abge­ dichtet sind. An einem der beiden Enden des Ventilschiebers 12 ist ein Kolben 32 vorgesehen, der eine von der Kreisform abweichende Außenkontur, beispielsweise eine ovale Form, hat. An seinem Umfang ist der Kolben 32 mit umlaufenden Lippendichtelementen 34 versehen. Über eine Druckbeauf­ schlagung der vom Ventilkörper 10 abgewandt liegenden Kolbenfläche des Kolbens 32 erfolgt die axiale Verstellung des Ventilschiebers 12 in seine Regelposition.

Zur Rückstellung des Ventilschiebers 12 in seine Aus­ gangsstellung ist eine nicht dargestellte Druckfeder vorgese­ hen, die in einer Ringnut 38 an der dem Kolben 32 zuge­ wandten Stirnfläche des Ventilkörpers 10 geführt ist und die sich an der nicht druckbeaufschlagten Rückseite des Kol­ bens 32 abstützt.

Abgesehen von der Erfindung zugrundeliegenden Ausbil­ dung der Nutabschnitte 28 des Ventilschiebers 12 handelt es sich somit um einen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannten Ventilschieber eines 5/2-Wegeventils.

Der erfindungsgemäße Ventilschieber 12 unterscheidet sich u. a. dadurch, daß seine Nutabschnitte 28 strömungs­ günstig geformt sind, um den Durchfluß von Druckmittel durch das Wegeventil 10 zu verbessern. Die Gestaltung der Nutabschnitte 28 beruht auf der Erkenntnis, daß der durch den zulaufseitigen Druckmittelkanal 22 zuströmende Druckmittelstrom vom Ventilschieber 12 in Teilströme ge­ teilt wird, die den Ventilschieber 12 auf unterschiedlichen Wegen umströmen. Diese Teilströme werden vor dem Ent­ weichen in benachbarte Druckmittelkanäle 16, 18, 20, 24 wieder zusammengeführt, wobei die jeweiligen Strömungs­ fronten der Teilströme schräg aufeinander treffen. Dabei entstehen durchflußverschlechternde Stoßverluste. Letztere werden durch strömungsleitende Mittel in Form mehrerer die Kolbenabschnitte 26 miteinander verbindenden Wan­ dungen 42 verringert.

Die Wandungen 42 sind im Ausführungsbeispiel in Achs­ richtung des Ventilschiebers 12 spindelartig gewendelt und liegen mit ihren Stirnflächen dichtend an der Innenwand der Schieberbohrung 14 an. Des weiteren sind die Wandungen 42 an ihren Enden einstückig mit den Kolbenabschnitten 26 verbunden. Der Ventilschieber 12 bildet somit ein einstücki­ ges Bauteil. Dieses läßt sich besonders einfach spritzguß­ technisch herstellen, wobei sich als Material insbesondere Kunststoff eignet. Besonders vorteilhaft in bezug auf eine möglichst kostengünstige Herstellbarkeit eines Ventilschie­ bers 12 ist, wenn hierfür ein Elastomer mit guten Dichtungs­ eigenschaften gewählt wird, da dann bereits bei der Herstel­ lung des Ventilschiebers 12 die umfangseitigen Dichtungs­ elemente 30 angespritzt werden können. Anschließende Montagearbeitsgänge lassen sich dadurch einsparen.

Maßgeblich für eine besonders gute strömungs- und durchflußverbessernde Wirksamkeit der gewendelten Wan­ dungen 42 ist, daß sie zu den in der Schieberbohrung 14 ein- bzw. ausmündenden Druckmittelkanälen 16, 18, 20, 22, 24 eine Winkellage einnehmen, die über die Betriebszeit eines Wegeventils unveränderlich ist. Dies wird durch den vorteil­ hafterweise einteilig am Ventilschieber 12 angeformten Kolben 32 mit seiner aus diesem Grund von der Kreisform ab­ weichenden Außenkontur erreicht. In Verbindung mit einem entsprechend geformten, nicht gezeichneten Zylinder, ge­ währleistet der Kolben 32 die verdrehgesicherte Führung des Ventilschiebers 12.

Die Wandungen 42 leiten die Teilströme des Druckmittel­ stroms getrennt voneinander durch die von den Nutabschnit­ ten 28 gebildeten Druckkammern des Wegeventils hindurch und führen sie am Austrittsquerschnitt möglichst parallel wieder zusammen. Die Strömungsfronten der Teilströme treffen somit im Unterschied zu bekannten Ausführungen von Ventilschiebern 12 nicht aufeinander, so daß durchfluß­ hemmende Stoßverluste weitestgehend vermieden werden. Gleichzeitig werden durch die Wandungen 42 schroffe Um­ lenkungen der Teilströme verhindert, was ebenfalls einen möglichst hohen Druckmitteldurchsatz begünstigt.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Ventilschiebers 12. Dieser weist exempla­ risch drei, durch Dichtungselemente 30 begrenzte, Kolben­ abschnitte 26 auf, die mittels zwei zwischen ihnen angeord­ neten zylindrischen Kernen 44 zu einer Baueinheit verbun­ den sind. Die Kerne 44 haben einen wesentlich geringeren Außendurchmesser als die Kolbenabschnitte 26. An den Kernen 44 sind Strömungskörper 46 festgelegt. Diese Strö­ mungskörper 46 bestehen im Ausführungsbeispiel aus je­ weils zwei im zusammengebauten Zustand Ringe 52, 54 bil­ denden Ringhälften, die mit Hilfe zweier in Achsrichtung des Ventilschiebers 12 spindelartig gewendelten Stegen 56, 58 miteinander verbunden sind. Die Stege 56, 58 schließen umfangseitig bündig mit den Kolbenabschnitten 26 ab. Die beiden Hälften der Strömungskörper 46 müssen aus den be­ reits erläuterten Gründen winkelgerecht und ortsfest mit dem Ventilschieber 12 verbunden sein. Dies kann durch eine Klemm- oder eine Klebeverbindung oder durch einen Form­ schluß zwischen den Strömungskörpern 46 und den Kernen 44 erfolgen.

Um den Ventilschieber 12 während seines Betriebes ge­ gen Verdrehung zu sichern ist er, wie der des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels, mit einem ovalen Kolben 32 versehen. Die­ ser Kolben 32 kann ebenfalls einteilig angeformt oder als Anbauteil ausgebildet sein.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispiels­ weise müssen die Wandungen 42 der strömungsleitenden Bauteile nicht zwangsweise spindelartig gewendelt sein. Selbst eine im wesentlichen gerade verlaufende oder leicht gewölbte Wandung 42 würde ein Zusammentreffen der Teil­ ströme um den Ventilschieber 12 verhindern und durchfluß­ verbessernde Wirkungen haben. Ferner können die Strö­ mungskörper 46 und der Ventilschieber 12 auch aus unter­ schiedlichen Materialien hergestellt werden. Schlanke und auf Knickung besonders beanspruchte Ventilschieber 12 können dadurch aus Metall, zum Beispiel als kostengünstige Drehteile, und die Strömungskörper 46 spritzgußtechnisch, beispielsweise aus Kunststoff, hergestellt werden. Erforder­ lichenfalls können die Strömungskörper 46 auch aus mehr als zwei Einzelteilen bestehen. Der Erfindungsgedanke läßt sich auf Pneumatik- und auf Hydraulikventile gleicherma­ ßen anwenden; als Ventilschieber 12 sind sowohl Massiv- als auch Hohlschieber vorstellbar.

Claims (10)

1. Ventilschieber (12) zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen den Anschlüssen eines Wegeventils, mit jeweils wenigstens zwei Kolbenabschnitten (26) und einem dazwischen angeordneten Nutabschnitt (28), mit Dichtkörpern (30), die im eingebauten Zustand des Ventilsschiebers (12) den Nutabschnitt (28) von den Kolbenabschnitten (26) druckmitteldicht trennen, und mit strömungsleitenden Mitteln (42, 46), die im Bereich des Nutabschnitts (28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsleitenden Mittel (42, 46) wenigstens eine sich im Wesentlichen in Achsrichtung des Ventilschiebers (12) erstreckende, die Kolbenabschnitte (26) verbindende und umfangseitig bündig mit den Kolbenabschnitten (26) abschließende Wandung (42) aufweisen.

2. Ventilschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Wandung (42) annähernd spindelförmig gewendelt ist.

3. Ventilschieber nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (42) Teil ei­ nes Strömungsleitelements (46) ist, das aus wenigstens zwei zusammenfügbaren und wenigstens eine Nabe ausbildenden Einzelteilen besteht und daß die wenig­ stens zwei Einzelteile verdrehfest am Ventilschieber (12) festlegbar sind.

4. Ventilschieber nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehfeste Verbindung zwischen den Einzelteilen des Strömungsleitelements (46) und dem Ventilschieber (12) mittels einer Klebung, einer Klem­ mung, einer Schweißung oder einer Clipverbindung er­ folgt.

5. Ventilschieber nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsleitenden Mittel (42, 46) einstückig mit dem wenigstens einen Kolbenabschnitt (26) ausgebildet sind.

6. Ventilschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkörper (30) ein­ teilig am Ventilschieber (12) angeformt sind.

7. Ventilschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (12) aus einem biegeelastischen, verschleißfesten Kunst­ stoff in einem Spritzgießverfahren hergestellt ist.

8. Ventilschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (12) mit einer Betätigungseinrichtung (32) versehen ist, die an einem der Enden des Ventilschiebers (12) angeord­ net ist.

9. Ventilschieber nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein in einem Zylinder geführter Kolben (32) ist, dessen Kontur zur verdrehgesicherten Führung des Ventilschiebers (12) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist.

10. Ventilschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (12) als Hohlschieber ausgebildet ist.