DE2306480A1

DE2306480A1 - Schaltbares, insbesondere elektromagnetisch schaltbares, hochdruckventil

Info

Publication number: DE2306480A1
Application number: DE2306480A
Authority: DE
Inventors: Lamberto Vanti
Original assignee: SIRAI Srl
Current assignee: SIRAI Srl
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1973-02-09
Publication date: 1973-08-16
Also published as: FR2171342A1; FR2171342B1; JPS5725721B2; CA979780A; GB1416367A; IT947485B; US3823736A; SU530654A3; JPS4892917A

Description

26641 L/br/T 9. Februar 1973

SIRAI S.r.l. Societa* Italiana Regolatori Automatic! Industrial!, Pioltello (Mailand), Italien

Schaltbares, insbesondere elektromagnetisch schaltbares, Hochdruckventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein schaltbares, insbesondere elektromagnetisch schaltbares, Hochdruckventil, vorzugsweise für hydraulische Servosteuerungen, mit wenigstens einem in Richtung seiner Längsachse beweglichen Ventilglied, das wenigstens ein Absperrelement aufweist, das einen Verbindungskanal zwischen wenigstens zwei Druckmittelkammern steuert.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Anwendungsfälle, in welchen das Ventil auch bei niedrigem Druck schnell anspricht, wie es beispielsweise für hydraulische Servosteuerungen wünschenswert ist. Bei derartigen Steuerungen, die unter

2 einem Druck bis 120 oder auch 150 kg/cm arbeiten, muß die Verbindung praktisch unverzüglich hergestellt werden können, gleichgültig ob es sich um eine solche zwischen der Druck-

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mittelquelle und dem Verbraucher oder eine solche zwischen dem Verbraucher und dem Abfluß handelt.

Für derartige Anwendungszwecke ist die Verwendung von elektromagnetisch schaltbaren Verteilern bekannt, die durch jeweils eine von zwei gegeneinander abgedichteten Kammern eine unmittelbare Verbindung des Verbrauchers mit der Druckquelle oder dem Abfluß ermöglichen. Neben den erheblichen Abdichtungsschwierigkeiten für die Ventilglieder derartiger Verteiler hat sich als Nachteil erwiesen, daß das Ventilglied relativ schnell bewegt werden muß und daß infolgedessen hohe Antriebsleistungen an die elektromagnetische Steuerung zu stellen sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung derartiger Verteiler ein Ventilglied zu vermitteln, bei welchem jedes Absperrelement einen einzigen Kanal für die Verbindung zu den Druckmittelkammern steuert, und welches darüber hinaus mit kleinen Bewegungen und geringen Antriebsleistungen das Steuern selbst sehr hoher Drücke erlaubt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Hochdruckventil der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß der in einer der Kammern vorherrschende Druck das Ventilglied von beiden Enden her schubausgleichend beaufschlagt. Vorteilhaft ist jedes Ventilglied in einer in einem feststehenden Führungskörper vorgesehenen, zylindrischen Bohrung verschiebbar, die wenigstens eine abgedichtete Druckmitte lkammer durchsetzt, aus der durch Reduzieren des Durchmessers des Ventilgliedes gebildete, achsparallele Kanäle in eine weitere Kammer ausmünden, wobei an den Enden des

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Ventilgliedes oder der Ventilglieder vorgesehene Absperrelemente die Kanäle im Gegensinn steuern. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Ventilglieder durch einen axial verschiebliehen Magnetkern betätigbar und an beiden Enden jeweils durch eine Feder gegen das Gehäuse bzw. den Magnetkern abgestützt, wobei die Federn unterschiedliche Steifigkeit aufweisen. Das erfindungsgemäße Ventil hat den Vorteil, daß die durch das Druckmittel auf das bewegliche Ventilglied ausgeübten axialen Beanspruchungen ausgeglichen sind und daß sie infolgedessen nur einen sehr kurzen Antriebshub benötigen. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, das Ventil mit geringen Leistungen zu schalten, und zwar nicht nur wegen des kurzen Hubs, sondern auch weil keine von dem Druckmittel auf das Ventilglied ausgeübte Kräfte überwunden zu werden brauchen.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein

Ventil nach der Erfindung in einer seiner Betriebsstellungen;

Fig. 2 einen gleichen Teilschnitt in

einer anderen Betriebsstellung;

Fig. 3 einen Teilschnitt einer anderen

Ausführungsform in vergrößertem Maßstab und

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Fig. 4 einen schematischen Axialschnitt einer weiteren Ausfuhrungsform.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Ventil 10 besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 12 und einem Gehäuse 14 für ein elektromagnetisches Antriebsmittel, die untereinander verbunden sind. Das Ventilgehäuse 12 besteht zunächst aus einem Ventilkörper 16 mit einem Verbindungskanal 18 zu einer Druckmittelquelle, einem Verbindungskanal 20 zu einem Verbraucher und einem Verbindungskanal 22 zu einem Abfluß. Der Ventilkörper 16 weist eine mittige, zylindrische Bohrung 24 auf, in welcher ein zylindrischer Führungskörper 30 unter Zwischenschaltung von Dichtungen 26 abgestützt ist. Der Führungskörper 30 hat eine mittige, zylindrische Bohrung 32 zur Führung und Abdichtung des Ventilgliedes 48. Mittels der zylindrischen Bohrung 24 des Ventilkörpers 16, des Führungskörpers 30 und zweier Abschlußkörper 34, 36 für die Bohrung 24 sind zwei symmetrische und symmetrisch angeordnete Druckkammern 38, 40 gebildet, die mit dem Kanal 18 zur Druckmittelquelle bzw. dem Kanal 22 zum Abfluß in Verbindung stehen. Die Kammerabschlußkörper 34, 36, von welchen die letztere eine Dichtung 28 aufweist, besitzen axiale Kanäle 42, zur Verbindung der Kammern 38 und 40 mit einer gemeinsamen Kammer 46, die mit dem Kanal 20 zum Verbraucher in Verbindung steht. Ferner besitzen die Kanäle 42 und 44 je einen Ventilsitz.

Das Ventilglied 48 ist in der zylindrischen Bohrung 32 des Führungskörpers 30 verschiebbar, jedoch abdichtend angeordnet. Es besitzt ein kegelstumpfförmiges Absperr-

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element 50 für den Kanal 42. Innerhalb des Absperrelements 50 ist der Durchmesser des Ventilgliedes 48 zu einem Schaft 52 verjüngt, der über einen weiteren kegelstumpf förmigen Abschnitt 54 wieder in den vollen Durchmesser des Ventilgliedes 48 übergeht. Das Ventilglied 48 durchquert mit seinen genannten Teilen 50, 52, 54 die Kammer 38. Die Oberflächen des Absperrelements 5O und des kegelstumpfförmigen Abschnitts 54 sind so gewählt, daß sie die von der in der Kammer 38 befindlichen Druckflüssigkeit auf das Ventilglied 48 ausgeübten Axialschübe ausgleichen.

Im Bereich der Kammer 40 besitzt das Ventilglied 48 in seinem unteren Teil einen weiteren kegelstumpfförmigen Abschnitt 56, der in einen Schaft 58 mit gegenüber dem Ventilglied 48 reduziertem Durchmesser übergeht. Der Schaft 58 durchquert die Kammer 40 und stützt sich mit seinem freien Ende auf eine Kugel 60 ab, welche als Absperrelement für den Kanal 44 dient. Eine Feder 62, die in einem Gewindeteil 64 abgestützt ist, hält die Kugel 60 mit dem Schaft 58 in Berührung. Das Gewindeteil 64 ist mit einer axialen Bohrung 66 zur Verbindung mit der Außenkammer 46 versehen. Auf dieser Seite des Ventilkörpers 16 ist die Kammer mittels eines im unteren Teil des Ventilkörpers 16 angeordneten Gewindestopfens 68 abgeschlossen.

An seinem anderen, aus dem Kanal 42 herausragenden Ende trägt das Ventilglied 48 eine Ringwulst 70, die dazu beiträgt, das öffnen des Kanals 42 zu beschleunigen, weil das aus dem Kanal 42 austretende Druckmittel eine größere Angriffsfläche findet. An die Ringwulst 70 schließt sich in axialer Richtung ein Druckstück 72 an, auf welches die

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elektromagnetischen Steuerungsmittel einwirken.

Die Steuerungsmittel bestehen aus einem in Achsrichtung des Ventilgliedes 48 beweglichen Kern 74, der mit Spiel in einem zylindrischen Führungskörper 86' axial geführt ist. Der Führungskörper 86' ist mit einem Abschlußkörper 76 für die äußere Kammer 46 verschweißt, der im Ventilkörper 16 verschraubt ist. Der Kern 74 weist an seinem dem Ventilglied 48 zugewandten Ende eine Sackbohrung 78 auf, deren Eingang mittels eines Tellers 80 abgeschlossen ist, der mit dem Druckstück 72 des Ventilgliedes 48 in Verbindung steht. Auf der dem Druckstück 72 abgewandten Seite steht der Teller 80 unter der Einwirkung einer Druckfeder 82, die in der Sackbohrung 78 angeordnet ist und eine höhere Steifigkeit als die Feder 62 besitzt, so daß sie eventuelle Hubänderungen zwischen dem Kern 74 und dem Ventilglied 48 ausgleichen kann. An seinem dem Ventilglied 48 abgewandten Ende steht der Kern 74 unter der Einwirkung einer Stabilisierungsfeder 84, die gegen ein Widerlager 86. abgestützt ist, welches den zylindrischen Führungskörper 86' trägt und mit einem Verschlußstopfen 88 verschraubt ist. Der Verschlußstopfen 88 verschließt ein die Wicklung 92 des Elektromagneten aufnehmendes Gehäuse 90.

Das erfindungsgemäße Ventil funktioniert wie folgt: Wenn angenommen wird, daß die Erregung des Elektromagneten den Kern 74 in Richtung vom Ventilglied 48 weg verschiebt, dann nimmt das Ventilglied 48, wenn der Magnet nicht erregt ist, unter der Einwirkung der Feder 84 die in Fig. dargestellte Betriebsstellung ein. Der Kanal 42 ist also durch das Absperrmittel 50, gegebenenfalls unter dem Druck der Feder 82, geschlossen. Der Kanal 44 jedoch, ist unter

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Zusammendrücken der Feder 62, welche eine niedrigere Steifigkeit als die Federn 82 und 84 besitzt, geöffnet. Die durch den Kanal 18 eintretende Druckflüssigkeit füllt infolgedessen die Kammer 38. Die auf das Ventilglied 48 ausgeübten axialen Beanspruchungen in dieser Kammer sind ausgeglichen. Die Kammern 46 und 40 hingegen stehen über den Kanal 22 mit dem Abfluß in Verbindung.

Wenn nun unter diesen Bedingungen der Elektromagnet erregt und die Feder 84 zusammengedrückt wird, so erfolgt durch die Feder 62 eine praktisch unverzügliche Verschiebung des Ventilgliedes 48 und damit eine öffnung des Kanals 42, wobei die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes 48 noch durch die dynamische Wirkung auf die Ringwulst 70 ergänzt wird. Gleichzeitig wird der Kanal 44 geschlossen, die Kammer 46 unter Druck gesetzt und der Verbraucher durch den Kanal 20 mit Druckflüssigkeit gespeist. Auch in diesem Betriebszustand sind die von der Druckflüssigkeit auf das Ventilglied 48 ausgeübten axialen Beanspruchungen ausgeglichen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, übt die in der Kammer 38, dem oberen Abschnitt der Kammer 46 und in der Kammer 46' zwischen dem Kern 74 und dem Bauelement 86 befindliche Druckflüssigkeit eine in der Zeichnung nach unten gerichtete, direkte Kraft auf das Ventilglied 48 aus. Diese Kraft ist gleich dem Produkt des Druckes mal der senkrechten Querschnittsfläche des in der Bohrung 32 geführten Abschnittes des,Ventilgliedes 48. Der durch den Druck in der Kammer 46* nach unten ausgeübte Schub ist durch den nach oben gerichteten Schub der der Druckflüssigkeit in der Kammer 46 ausgesetzten Teile des Kerns 74 und des Ventilgliedes 48 ausgeglichen, so daß

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die resultierende Kraft nach unten gleich ist dem Produkt des Druckes mal der senkrechten Querschnittsfläche des Schaftes 52 zuzüglich der Wirkung auf die Oberfläche des Absperrmittels 54. Dieser Schub wird jedoch durch einen gleichen und entgegengesetzten Schub ausgeglichen, der von dem Druck im unteren Teil der Kammer 46 auf die Absperrmittel 60 ausgeübt wird, so daß die nächste Schaltung des Ventilgliedes schnell und mit reduzierten Kräften erfolgen kann.

Aus der geschilderten Funktionsweise ist zu ersehen, daß das Ventilglied 48 auch durch eine Verschiebung des Kerns 74 geschaltet werden kann, die bei der Erregung des Elektromagneten in Richtung auf das Ventilglied 48 zu erfolgt. In diesem Fall öffnet das Ventil bei der Entregung des Magneten durch die Wirkung der Feder 62, deren Steifigkeit dann größer als diejenige der Feder 84 sein muß, welche den Kern 74 unter diesen Bedingungen nur festhält und zentriert, während das Schließen des Ventilgliedes 48 durch die Erregung des Magneten gesteuert wird.

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Kugel 60 durch ein kegelförmiges Absperrelement 60 ersetzt ist, welches bei 94 mit dem Schaft 58 verschraubt ist. Die Zuführung zum Kanal 44 ist immer axial ausgeführt und die Druckflüssigkeit umströmt die Absperrelemente 60 bzw. 60', um die besten strömungsdynamischen Eigenschaften zu erzielen.

In Fig. 4 ist das gemeinsame Ventilglied 48 durch zwei Ventilglieder 48', 48" ersetzt. Jedes Ventilglied 48% 48" wird vom Kern 74 einerseits und von Federn 62% 62" beaufschlagt. Jedes Ventilglied 48% 48· schließt im

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Pührungskörper 30 eine Kammer 38 bzw. 40 ab und ist an seinen Enden von der Druckflüssigkeit der gemeinsamen Kammer 46 umspült, und zwar mit Hilfe eines Verbindungskanals 46'.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltbares, insbesondere elektromagnetisch schaltbares, Hochdruckventil, vorzugsweise für hydraulische Servosteuerungen, mit wenigstens einem in Richtung seiner Längsachse beweglichen Ventilglied, das wenigstens ein Absperrelement aufweist, das einen Verbindungskanal zwischen wenigstens zwei Druckmittelkammern steuert, dadurch gekennzeichnet , - daß der in einer der Kammern vorhandene Druck das Ventilglied von beiden Enden her schubausgleichend beaufschlagt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventilglied (48) in einer in einem feststehenden Führungskörper (30) vorgesehenen, zylindrischen Bohrung (32) verschiebbar ist, die mindestens eine abgedichtete Druckmittelkammer (38, 40) durchsetzt, aus der durch Reduzierung des Durchmessers (52, 58) des Ventilgliedes (48, 48', 48") gebildete, achsparallele Kanäle (42, 44) in eine weitere Kammer (46, 46') ausmünden und daß an den Enden des Ventilgliedes (48) oder der Ventilglieder (48', 48") vorgesehene Absperrelemente (50, 6O, 60') die Kanäle (42, 44) im Gegensinn steuern.

3, Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilglieder (48, 48', 48") durch einen axial verschieblichen Magnetkern (74) betätigbar und an beiden

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Enden jeweils durch eine Feder (62, 62', 62", 82) gegen das Gehäuse (16) bzw. den Magnetkern (74) abgestützt sind und daß die Federn unterschiedliche Steifigkeit aufweisen.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (74) über eine Feder (84) entgegen der Kraftwirkung des Elektromagneten abgestützt ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (48) auswärts eines Absperrelements (50) einen Ringwulst (70) aufweist, der bis nahe an einen ihn umgebenden, gehäusefesten Kammerabschlußkörper (34) heranreicht.

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