DE2300306A1 - Mehr-wege-drehventil fuer ein druckmedium - Google Patents

Description

Ivan 3aroslav Cyphslly, Dipl.-Ing., Forchstrasse 968, 6128 Hintsragg (Schweiz)

Mehr-Wege-Drehventil für ein Druckmadium

Dia Erfindung betrifft sin Mehr-Wege-Drehventil für ein unter einem Spaisedruck stehendes Druckmedium, mit einem Verteilerblock und einer drehbeweglich, zu diesem angeordneten Verteilerschaibe, welche beide eins Anordnung von in einer Ebene liegenden Schlitzen bilden und durch einen Dichtspalt getrennt sind, wobei Mittel zur hydrostatischen Selbsteinstellung des Dichtspaltes vorgesehen sind.

Seit langem wurde versucht, die schwer herstellbaren zylindrischen Schieberventile in ebene Ventile umzuwandeln, um die an der Zylinderinnenwand befindliche Schlitzanordnung besser zugänglich zu machen. Es ist bekannt, bei Servoventilen, wo die Genauigkeitsanforderungen an die VerteilergBometrie sehr hoch sind, durch das Verfahren des gemeinsamen Ausreibens der VerteilerschBibe und des Verteilerblocks mit anschliessendem Verdübeln auf einfache und billige Weise zufriedenstellende Verteilervorrichtungen herstellen. Leider scheitern die meisten Versuche an der Spalteinstellung in der Verteilerebena: Entweder wird diese mechanisch vorgenommen - was äusserst volu-

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tninöse Ventile zur Folge hat - oder durch hydrostatische Regelung des Spaltes, was bei den bekannten Ausführungsformen •mit einer unvernünftigen Komplizierung des Ventils verbunden ist· .- · ■

Die Erfindung bezweckt, bei einem ebenen Mehr-Wege-Drehventil eine einfache hydrostatische Regelung des Verteilerspaltes zu ermöglichen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der in der Ebene der Schlitzanordnung liegende, ringförmige, die Schlitzanordnung umschliessende Dichtspalt mit einem an die der Ebene der Schlitzanordnung abgewandte Seite der Verteilerscheibe angrenzenden Zwischendruckraum in" Verbindung steht, der seinerseits über eine feste Drossel mit einem unter einem Referenzdruck stehenden DruckmBdiumvorrat verbunden ist.

Nachstehend wird ein AusführungsbeispiBl der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein hebelbetätigtes Vier-Wege-Ventil im Aufriss nach der Linie I - I der Fig. 2;

Fig. 2 zeigt einen waagrechten Schnitt nach Linie II - II der Fig. 1, von oben gesehen.

Das dargestellte Ventil besteht aus zwei Hauptteilen, nämlich einem Verteilerblock 1 mit einem Deckel 1' und einer Verteilerscheibe 2 mit vier zylindrischen Sackbohrungen 3 und 3', die in gegenseitigen Abständen von 90° verteilt sind und alle den gleichen Abstand vom Zentrum der Verteilerscheibe 2 haben. Der Deckel 1' ist mit dem Verteilerblock 1 durch Schrauben 4 verschraubt. Der Verteilerbiock 1 und die Vsrteilerscheibe 2 weisen einander zugekehrte Planflächen auf.

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Im Verteilerblock 1 sind mehrere Nuten und Bohrungen vorgesehen. Eine erste Ringnut weist Nutabschnitte 5 und 8 auf, wobei die Nutabschnitte 6 über Sackbohrungen 7 und radiale Nuten 8 mit einer zweiten, konzentrischen Ringnut 9 von grösserem Durchmesser in Verbindung stehen. Zwischen den Nutabschnitten 5 und B sind in durchgehende Bohrungen 10 insgesamt vier auf der der Verteilerscheibe 2 abgekehrten Seite geschlossene Buchsen 11, 11' eingeschraubt, die ebenfalls in gegenseitigen Abständen von verteilt sind. Die beiden Nutabschnitte 5 stehen über radiale Nuten 12 mit einer zentralen Bohrung 13 in Verbindung.

Ein Hebel 14 ist an einem mittels eines Kugellagers 15 in der zentralen Bohrung 13 radial gelagerten Bolzen 16 befestigt, welcher Bolzen in die Verteilerscheibe 2 geschraubt ist. Der Bolzen 16 weist eine Querbohrung 17 und eine Längsbohrung 17* auf, so dass der den Bolzen 16 umgebende Raum der Bohrung 13 über die Querbohrung 17, die Längsbohrung 17' und eine als koaxial zur Längsbohrung 17' angeordnete, scheibenförmige Blende ausgebildete, feste Drossel 18 mit dem zwischen der Verteilerscheibe 2 und der Innenseite des Deckels 1' befindlichen Raum 19 verbunden ist.

Im Verteilerblock 1 ist ferner eine dritte, konzentrische Ringnut 20 vorhanden, welche sich gegenüber dem durch die Peripherie der Verteilerscheibe 2* und die Innenwand des Deckels 1' begrenzten, zylindrischen Spalt befindet und die von der nächstinneren Ringnut 9 durch einen ringförmigen Steg 21 getrennt ist. Der Steg 21 bildet zusammen mit dem gegenüberliegenden Teil der Stirnfläche der Verteilerscheibe 2 einen schmalen Verteiler- oder Dichtspalt 22.

Die äusserste Ringnut 20 ist ferner über ein in den VerteÜBrblock 1 geschraubtes, drehbares Ventil 23 und eine in Fig. 1 teilweise dargestellte Querbohrung 24 mit der Bohrung 13 ver-

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bunden. Das Ventil 23 und die Bohrung 24 sind hierbei längs einer Schnittlinie dargestellt, die in einem Abstand von der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie I-I liegt, was auch aus der in Fig. 2 dargestellten Lage des Ventils 23 ersichtlich ist. Die Querbohrung 24 liegt hierbei unterhalb der Ringnuten 9 und 10, der Nutabschnitte 5 und B und der Sackbohrungen 7.

Ein in Fig. 2 schematisch dargestellter Vorratstank 25 enthält. ein Druckmedium, z.B, OeI. An den Tank 25 ist eine Pumpe 26 angeschlossen, welche in der schematisch dargestellten Leitung einen Speisedruck ρ erzeugt. Die Speiseseite der Pumpe 26 ist ferner über ein Ueberdruckventil 28 mit dem Tank 25 verbunden.

Die Leitung 27 weist zwei im Innern des Verteilerblocks 2 verlaufende, schematisch gestrichelt dargestellte Leitungszweige auf, welche in die beiden Sackbohrungen 7 münden. Eine weitere, im Verteilerblock 2 angeordnete und ebenfalls schematisch gestrichelt dargestellte Leitung 29 verbindet die Bohrung 13 mit dem Tank 25.

Ein durch das dargestellte Drehventil zu steuernder, in Fig. schematisch dargestellter Verbraucher 30, z.B. ein hydraulischer Motor, ist an seiner einen Steuerseite über eine weitere, in gleicher Weise vorgesehene Leitung 31 mit dem Innenraum des einen Paares 11 einander diametral gegenüberliegender Büchsen verbunden. Die andere Steuerssite des Verbrauchers 30 ist über weitere Leitungen 32 mit dem Innenraum des anderen Büchsenpaares 11* verbunden. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der zapfenförmige, in den Verteilerblock 2 geschraubte Teil 33 der Büchsen 11, 11' eine Querbohrung 34 aufweist, an welche die Leitung 31 bzw. 32 angeschlossen ist.

Die Funktionsweise des dargestellten Drehventils kann wie folgt beschrieben werden!

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Es sei angenommen, dass sich der Hebel 14 in der in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage befindet, in welcher jede Sackbohrung 3, 3' der Verteilerscheib.e 2 genau über einer zugeordneten Büchse 11 bzw« 11' liegt. Der Speisedruck ρ des Druckmediums gelangt über die Leitung 27 zu den Sackbohrungen 7, den Nutabschnitten 6 und über die radialen Nuten B in die zweite Ringnut 9» Der den Bolzen 16 umgebende Raum der Bohrung 13 und damit über die radialen Nuten 12 auch die Nutabschnitte 5 weisen den Referenzdruck des Druckmediums im Tank 25 auf. In allen Büchsen 11, 11V, und damit'über die Leitungen 31, 32 an beiden Steuerseiten des Verbrauchers 30, liegt der gleiche, durch den Leckfluss des Druckmediums von den Nutabschnitten B zu den Nutabschnitten 5 bestimmte Druck vor.

Wenn nun der Hebel 14 betätigt wird und beispielsweise in die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Lage 14' gelangt, wird auch die,Verteilsrscheibe 2 gegenüber dem Verteilerblock 1 verdreht. Damit liegen die Sackbohrungen 3, 3' teilweise über den Nutabschnitten B (Sackbohrungen 3) bzw. über den Nutabschnitten 5 (Sackbohrungen 3'), wie dies in Fig. 2 aus den gestrichelt dargestellten Sackbohrungen 3, 3' ersichtlich ist. Das Druckmedium kann nun einerseits von' den Nutabschnitten 6 über die Büchsen 11 in die Leitung 31 strömen, bzw. aus der Leitung 32 über die Büchsen 11' in die Nutabschnitte 5 und damit in den Tank 25 strömen. Damit steigt der Druck an der mit der Leitung 31 verbundenen Steuarseite des Verbrauchers 30, während er an der anderen, mit der Leitung 32 verbundenen Steuerseite sinkt, so dass der Verbraucher 30 betätigt wird. Die Grosse der Druckbeaufschlagung.bzw. der Druckentlastung des Verbrauchers 30 ist hierbei davon abhängig, wieviel jede Sackbohrung 3, 3' der Verteilerscheibe 2 über einem Nutabschnitt ß bzw. 5 liegt, d.h. abhängig vom eingestellten Verdrehungswinkel der Verteilerscheibs 2. Somit lässt sich durch entsprechendes Drehen des Hebels 14 eine graduelle Druckbeaufschlagung

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der einen Verbraucherseite und eine graduelle Druckentlastung der anderen Verbraucherseite erzielen. Wenn der Hebel 14 in .der anderen als der dargestellten Richtung gedreht wird, stellen sich am Verbraucher 30 die umgekehrten Druckverhältnisse ein, indem dann die Büchsen 11 über die Sackbohrungen 3 mit den Nutabschnitten 5 und die Büchsen 11' über die Sackbohrungen 3' mit den Nutabschnitten 6 in Verbindung kommen.

Um die beschriebene Ventilwirkung regeltechnisch ausnützen zu können, müssen die Betätigungskräfte des Hebels 14 ■vernachlässigbar klein sein, d.h. die radiale und axiale Lagerung der bewegbaren Teile, nämlich die Lagerung des Bolzens 16 im Verteilerblock 1,und die Dichtung zwischen der Verteilerscheibe 2 und dem Verteilerblock 1, dürfen praktisch keine Reibung aufweisen. Die radiale Lagerung wird, wie bereits erwähnt, vorteilhafterweise durch das Kugellager 15 vorgenommen, das als Radiallager ausgebildet ist und ein Spiel, in axialer Richtung zulässt, Die axiale Lagerung wird durch die nachfolgend beschriebene hydrostatische Selbsteinstellung gewährleistet.

Aus der unter dem Speisedruck ρ stehenden zweiten Ringnut 9 tritt das Druckmedium radial nach aussen und wird zwischen dem ringförmigen Steg 21 und der gegenüberliegenden Flache der Verteilerscheibe 2, d.h. im bereits erwähnten Verteilerspalt 22, auf einen Zwischendruck p_c gedrosselt, der demnach in dem zwischen dem Deckel 1' und der Verteilerscheibe 2 befindlichen Raum 19 vorliegt, der zudem über die feste Drossel 18 mit dem Tank 25 verbunden ist. Der Zwischendruck ρ im Raum

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19 muss aus Gleichgewichtsgründen denjenigen Wert annehmen, der den Druckbeaufschlag'ungskräften im Verteilerspalt 22 entspricht. Andererseits muss die aus der Ringnut 9 austretende Druckmediummenge aus Kontinuitätsgründen gleich dem durch die Di-Ff erenz des Zwischendrucks ρ und des Drucks im Tank

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25 an der festen Drossel 18 hervorgerufenen Druckmediunistrom sein. Somit wird durch den Wert der festen Drossel 18 und durch die Druckgeometrie im Verteilerspalt 22 die in Fig. 1 eingezeichnete Spalthöhe h genau vorgegeben, was der gewünschten Axiallagerung gleichkommt.

Ein feiner Verteilerspalt wie der dargestellte Spalt 22 verursacht bei allen Servoventiltypen grosse Schwierigkeiten, da mit der Zeit durch Schmutzpartikelansammlungen eine unerwünschte Reibkraft entstehen kann. Bei normalen Schiebeventilen muss dementsprechend das ganze Ventil auseinandergenommen und gereinigt werden. Beim vorliegenden Ventil genügt eine Vergrösserung des Leitwertes der Drossel 18, um den Verteilerspalt 22 derart zu öffnen, dass alle störenden Partikel weggewischt werden, womit ein Betriebsunterbruch vermieden wird. Die erforderliche Leitwertvergrösserung wird zweckmässig durch das der Drossel 18 parallel geschaltete Ventil 23 vorgenommen, das nur fur die Reinigung geöffnet wird. Durch Oef.fnen des Ventils 23 vargrössert sich der Leitwert vom Zwischendruckraum 19 zum Tank 25, so dass aus Kontinuitätsgründen auch der Leitwert des Verteilerspaltes 22 grosser wird, d.h. die Spalthöhe h grosser wird, und Schmutzpartikel durch das Druckmedium weggeschwemmt werden.

Servoventile neigen aus verschiedenen Gründen zum Schwingen. Der Dämpfwert ihrer Uebertragungsfunktion wird praktisch nur durch die viskose Reibung im Verteilerspalt gegeben. Deswegen schwingen die meisten Servoventile ab einer gewissen Druckgrenze infolge höherer Störkräfte und abe einer gewissen OeI-temperatur infolge verkleinertem Dämpfungsfaktor.

Von dieser ungünstigen Eigenschaft kann man sich beim vorliegenden Drehventil befreien, indem man streng darauf achtet, dass

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der Druckmediumstrom im Verteilerspalt 22 beim Steg 17"laminar bleibt, was sich durch eine entsprechende Strömungsquerschnitts· grösse und radiale Länge des Spaltes erzielen lässt, und bei der festen Drossel 18 stets turbulenten Charakter aufweist, was durch die dargestellte Ausbildung der Drossel 18 als scheibenförmige Blende erzielbar ist. Dadurch .erreicht man, dass bei steigender Geltemperatur oder bei steigendem Druck sich die Verteilerspalthöhe h verkleinert und die Schwinggrenze infolge erhöhter Dämpfung nicht berührt wird.

Das beschriebene Ventil kann natürlich auch in anderer als der beschriebenen Weise betätigt werden, beispielsweise durch direkte hydraulische, pneumatische oder elektrohydraulische Steuerung des Bolzens 16, wobei dann der äussere Hebel 14 wegfällt.

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Claims (4)

1. Paten t a η s ρ r ü c h e

   Λ Mehr-Wege-Drehventil für ein unter einem Speisedruck stehend8S Druckmedium, mit einem Verteilerblock und einer drehbeweglich zu diesem angeordneten Verteilerscheibe, welche beide eine Anordnung von in einer Ebene liegenden Schlitzen bilden und durch einen Dichtspalt getrennt sind, wobei Mittel zur hydrostatischen Selbsteinstellung des Dichtspaltes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Ebene der Schlitzanordnung liegende, ringförmige, die Schlitzanordnung umschliessende Dichtspalt (22) mit einem an die der Ebene der Schlitzanordnung abgewandte Seite der Verteilerscheibe (2) angrenzenden Zwischendruckraum £19) in Verbindung steht, der seinerseits über eine feste Drossel (18) mit einem unter einem Referenzdruck stehenden Druckmediumvorrat (25) verbunden ist.
2. 2. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   die feste Drossel (16) zur Erzeugung einer turbulenten Strömung des Druckmediums, z.B. blendenförmig, ausgebildet ist.
3. 3. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   zur radialen Lagerung der drehbeweglichen Verteilerscheibe (2) mindestens ein Kugellager (15) vorgesehen ist.
4. 4. Drehventil nach Anspruch 1 oder einem der Ansrüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur festen Drossel (18) ein Ventil (23) angeordnet ist, das in geöffneter Stellung eine zeitweilige Vergrösserung der Dichtspalthöhe

   (h) durch Erhöhung des Druckmediumflusses vom genannten Zwischendruckraum (19) zu dem unter dem Referenzdruck stehenden Druckmediumvorrat (25) zwecks Reinigung des Dichspaltes (22) erlaubt.

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