DE2537347A1

DE2537347A1 - Steuerventil

Info

Publication number: DE2537347A1
Application number: DE19752537347
Authority: DE
Inventors: Alf Rune Anders Bengtsson
Original assignee: HYDRO PNEUMATIC AB
Current assignee: HYDRO PNEUMATIC AB
Priority date: 1974-08-21
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DK373275A; FR2282592A1; CH584859A5; FI752355A; IT1041595B

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

DlPL-ING

H. KINKELDEY

DR-IN

5 3 7 3 A 7 w.

OR-INa-AnE(CALTECHI

K. SCHUMANN

Oft BER NAT. · DIPL-PHYS

P. H. JAKOB

DlPL-ING.

G.BEZOLD

DR RERNAT- DIPL-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DRREROEClNa

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSe 43

PH 9565 21. Aug. 1975

Hydro-Eneumatic AB

Box 19054-, S-500 09 Boras, Schweden

Steuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil mit einem eine Bohrung umgebenden Gehäuse, einer zwischen zwei Arbeitsstellungen verschieblich in der Bohrung geführten Ventilspindel und an der Spindel angebrachten, mit Ventilsitzen zusammenwirkenden und mit Dichtungen versehenen Absperrgliedern zum Absperren der Verbindung zwischen Gehäuseanschlüssen für die Zufuhr eines Arbeits-Druckmittels,

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die Zufuhr des Druckmittels zu einem Verbraucher und die Rückführung des verbrauchten Druckmittels je nach der Axialstellung der Ventilspindel.

In bekannten Steuerventilen der vorstehend genannten Art sind die Sitzdichtungen der Absperrglieder als Rundringdichtungen ausgebildet und wirken mit ebenen Sitzen zusammen, oder sie haben die Form von ebenen Dichtungsscheiben, welche mit herkömmlichen ebenen Ventilsitzen oder mit einen Dichtungsrand aufweisenden Sitzen zusammenwirken. Ein wesentlicher Mangel solcher bekannter Steuerventile ist darin zu erblicken, daß relativ große Haltekräfte notwendig sind, um die Ventilspindel in der einen oder anderen Arbeitsstellung zu halten. Zu diesem Zweck sind dann besondere Einrichtungen erforderlich, beispielsweise eine pneumatische Servoeinrichtung, wodurch dann der Aufbau des Ventils ziemlich kompliziert und dadurch teuer wird.

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, bei welchem die auf die Sitzdich-tungen einwirkenden, vom Druckmittel ausgeübten Kräfte als Haltekräfte für die Ventilspindel in der einen oder andera Arbeitsstellung wirksam sind.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Sitzdichtung ein ringförmiges Teil aufweist, welches von Beginn der Berührung mit dem dazugehörigen Sitz an von einer durch den Druck des Arbeits-Druckmittels und dessen Strömung erzeugten und auf den Ventilsitz zu gerichteten Kraft in selbst-abdichtende Anlage an dem Ventilsitz belastet ist.

Im folgenden sind drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuerventils anhand von drei Figuren der Zeichnung erläutert.

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Ein in Fig. 1 gezeigtes Vierwege-Steuerventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einer axialen Bohrung 2, in welcher eine Ventilspindel 3 verschieblich geführt ist. Das Ventilgehäuse 1 hat einen Einlaß 4 für ein Arbeitsdrucktnittel, zwei Anschlüsse 5 uncL 6 für den Anschluß von zu einem Verbraucher für das Druckmittel führende Leitungen und zwei Durchlässe 7 und 8 für den Anschluß von Bückführleitungen für das verbrauchte Arbeits-Druckmittel. Die Verschiebung der Ventilspindel 3 zwischen zwei Arbeitsteilungen geschieht durch Zufuhr eines Druckmittels über · zwei St euer durchlas se 9 und 10 in den beiden Enden 1a und 1b des Ventilgehäuses 1.

In einer ersten Kammer 11 des Ventilgehäuses 1 trägt die Ventilspindel 3 ein erstes Absperrglied 12. In zwei v/eiteren. Kammern 13 und 14 des Gehäuses sind an den Enden der Spindel 3 zwei weitere Absperrglieder 17 bzw. 18 befestigt, welche die Spindel 3 in der Bohrung 2 des Gehäuses zentriert halten. Die Absperrglieder 17 und 18 sind entlang ihrem Umfang von Dichtungen 19 bzw. 20 umgeben, welche einen Durchtritt des Druckmittels zwischen den Anschlüssen 4 bis 8 und den Steuerdurchlässen 9 und 10 verhindern. In der dargestellten Ausführungsform sind die Dichtungen und 20 Rundring-Gleitdichtungen, welche eine geringe statische Reibung aufweisen und damit kurze Umsteuerzeiten für das Ventil gewährleisten. An ihrer Stelle können jedoch auch einfache Rundringdichtungen verwendet werden. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung wirkt das erste Absperrglied 12 zusammen mit einem Ventilsitz 21 zwischen dem Einlaß 4 und dem Anschluß 5> so daß das Arbeits-Druckmittel vom Einlaß 4 zum Anschluß strömt. In der anderen Arbeitsstellung wirkt das Absperrglied 12 mit einem zwischen dem Einlaß 4 und dem Anschluß 6 vorhandenen Ventilsitz 22 zusammen, so daß das Arbeitsdruckmittel vom Einlaß 4 zum anderen Anschluß 5 strömt. Das dritte Absperrglied 18 befindet sich in der gezeigten

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Arbeitsstellung der Spindel 3 in Anlage an einem Ventilsitz 24- zwischen dem Arbeitsanschluß 6 und dem Rücklaufanschluß 8, so daß das Arbeitsdruckmittel nicht zu dem letzteren gelangen kann, während das zweite Absperrglied 17 von einem Ventilsitz 23 zwischen den Anschlüssen 5 und abgehoben ist, so daß das verbrauchte Arbeitsdruckmittel vom Arbeitsanschluß 5 zum Rücklaufanschluß 7 strömen kann. In der anderen Arbeitsstellung befindet sich das zweite Absperrglied 17 in Anlage am Ventilsitz 23 und _xsperrt so den Zutritt des Arbeitsdruckmittels zum Rücklaufanschluß 7j während das dritte Absperrglied 18 von seinem Sitz 24- abgehoben ist, so daß das verbrauchte Arbeitsdruckmittel vom Arbeitsanschluß 6 zum Rücklaufanschluß 8 strömen kann.

Die drei Absperrglieder 12, 17 und 18 tragen an ihren den Ventilsitzen 21, 22 bzw. 23 und 24- zugewandten Enden Sitzdichtungen 25, 26 bzv/. 27 und 28, welche gemäß der Erfindung jeweils ein ringförmiges Teil in lorm eines hervorstehenden Rands 25a, 26a, 27a bzw. 28a haben. Die vorspringenden Ränder 25a, 26a der Dichtungen 25 bzw.26 am ersten Absperrglied 12 stehen von der Spindel 3 auswärts hervor und sind schräg auf die Ventilsitze 21 bzw. 22 ausgerichtet. Die Ränder 25a, 26a der Dichtungen 25, 26 des Absperrglieds 12 üben eine saugnapfähnliche Wirkung aus und sind dadurch in selbstabdichtende Anlage an den Ventilsitzen 21 bzw. 22 bringbar. Die vorspringenden Ränder 27a, 28a der Sitzdichtungen 27 bzw. 28 am zweiten bzw. dritten Absperrglied 17 bzw. 18 stehen einwärts in Richtung auf die Spindel 3 hervor und sind, wie in Fig. 1 dargestellt, schräg auf die Sitze 23 bzw. 24- oder aber parallel dazu ausgerichtet. Von dem Moment an, zu welchem die Dichtungen bei der Verschiebung der Ventilspindel in Anlage an dem jeweils dazugehörigen Sitz 23 bzw. 24- kommen, werden ihre vorspringenden Ränder von einer im wesentlichen axialen, auf den betreffenden Ventilsitz gerichteten

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Kraft beaufschlagt und dadurch in selbstabdichtender Anlage auf dem Sitz festgehalten.

In der in Fig. 2 dargestellten Aus führung s form hat das erste Absperrglied 12 eine doppelseitig wirksame Sitzdichtung 33? welche als ein vorspringender Rand mit zwei Seitenflächen 33a ausgebildet ist. Die Dichtung 33 hat ein Profil in Form eines von der Spindel 3 radial auswärts hervorstehenden, spitzwinkligen Dreiecks, dessen Seiten 33a mit schräg darauf zu verlaufenden Flächen 34-a, . 35a zxfeier Ventilsitze 34- bzw. 35 zusammenwirken. Aufgrund der Form der Dichtung 33 und der Ventilsitze 34- und 35 wird die Dichtung von dem Augenblick an, in dem sie in Berührung mit dem einen oder anderen Sitz kommt, ebenfalls von einer im wesentlichen axialen, auf den jeweiligen Sitz 34- oder 35 gerichteten Kraft beaufschlagt und dadurch in selbst-abdichtender Anlage daran festgehalten.

Das vorstehend beschriebene und in Fig. 1 dargestellte Steuerventil hat im wesentlichen die folgende Wirkungsweise:

In der gezeigten Stellung ist die Ventilspindel 3 durch Zuleitung eines Druckimpulses über den Einlaß 10 nach links in eine erste Arbeitsstellung verschoben, in welcher das Arbeitsdruckmittel vom Einlaß 4- zum Arbeitsanschluß 6 strömt, während der Rücklaufanschiuß 8 durch das dritte Absperrglied 18 mit seiner Dichtung 28 abgesperrt ist. Das von einem Verbraucher zurückströmende Arbeitsdruckmittel strömt daher vom anderen Arbeitsanschluß 5 zum Rücklaufanschluß 7· Die Dichtungen 25 und 28 sind, wie vorstehend erläutert, so ausgebildet und an den betreffenden Absperrgliedern 12 bzw. 18 angebracht, daß sie in selbstabdichtende Anlage an'den Sitzen 21 bzw. 24- belastet sind, so daß die von den Dichtungen 19? 20 am Umfang der Absperrglieder 17 bzw. 18 ausgeübten, relativ geringen Reibungskräfte ausreichen, die Spindel in der nach links verschobe-

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nen Arbeitsstellung zu halten.

Wird dem Ventil nun ein Druckirapuls von einer zur Überwindung der Reibungskräfte an den Dichtungen 19 und 20 ausreichenden Stärke über den Einlaß 9 zugeführt, so wird die Spindel 3 nach rechts in die zweite Arbeitsstellung verschoben, in v/elcher das Arbeitsdruckmittel vom Einlaß 4-zum Arbeitsanschluß 5 strömt, während das verbrauchte Druckmittel vom Arbeitsanschluß 6 zum Rücklaufanschluß 8 fließen kann. Die Dichtungen 26 und 27 sind gemäß der Erfindung ebenfalls so ausgebildet und an den Absperrgliedern 12 bzw. 17 angebracht, daß sie nun in selbst-abdichtende Anlage an den Ventilsitzen 22 bzw. 23 belastet sind,, so daß die an den Dichtungen 19 und 20 auftretenden Reibungskräfte wiederum ausreichen, die Ventilspindel in der nach rechts verschobenen Arbeitsstellung zu halten, bis ein weiterer Druckimpuls über den anderen Einlaß 10 zugeführt wird.

Somit schafft die Erfindung ein Steuerventil von äußerst einfachem Aufbau und mit selbsthaltenden Eigenschaften, d.h. das Ventil ist in seinen beiden Arbeitsstellungen selbsthaltend, ohne daß dazu besondere Zusatzeinrichtungen außerhalb des Ventils notxfendig sind. Die inhärenten selbsthaltenden Eigenschaften des Ventils können durch entsprechende Dimensionierung der Sitzdichtungen dem jeweiligen Bedarf angepaßt werden. Werden beispielsweise die in dem Ventil verwendeten Sitzdichtungen so ausgebildet, daß die Ränder der Dichtungen 25 und 26 am ersten Absperrglied 12, welche mit den Sitzen 21 bzw. 22 zusammenwirken, eine größere Fläche Umschreiben als die Ränder der mit den Sitzen 23, 24- zusammenwirkenden Dichtungen 27 bzw. 28 am zweiten und dritten Absperrglied 17 bzw. 18, wie dies bei dem in der Zeichnung dargestellten Ventil der Fall ist, dann ergibt sich eine in der Schließrichtung wirksame resultierende Axialkraft, welche zu der von den Dichtungen 19 und 20 ausgeübten Haltekraft beiträgt.

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Eine andere Möglichkeit, die inhärente Haltekraft ohne Zuhilfenahme äußerer Zusatzeinrichtungen zu vergrößern, ist in 5¹Ig. 3 dargestellt. Hier sind in die beiden Enden des Ventilgehäuses Dauermagnete 29, 30 eingesetzt, welche mit an den zweiten und dritten Absperrgliedern 17 bzw. 18 angebrachten Scheiben 31 bzw. 32 aus ferromagnetischem Werkstoff zusammenwirken. Anderenfalls können die zweiten und dritten Absperrglieder 17 bzw. 18 auch vollständig aus einem ferromagnetisehen Werkstoff sein und/oder die Enden des Gehäuses können gänzlich aus einem permanent magnetischen Material gefertigt sein.

Die vorstehend beschriebene Ausbildung der Sitzdichtungen erbringt einen weiteren wesentlichen Vorteil. Wird nämlich bei einem Ventil der beschriebenen Art die Ventilspindel mit den dazugehörigen Ab sperr gliedern und Dichtungen von der einen in die andere. Arbeitsstellung verschoben, dann muß gewöhnlich an mehreren Stellen gleichzeitig eine sichere Abdichtung erzielt werden. Deshalb müssen irgendwelche Maßabweichungen der verschiedenen Teile des Ventils innerhalb sehr enger Grenzen gehalten werden. Demgegenüber haben die Sitzdichtungen des erfindungsgemäßen Ventils Dank ihrer Form eine sehr große Flexibilität, so daß sich die damit versehenen Absperrglieder um ein gewisses Maß über den theoretischen Absperrzustand hinaus bewegen lassen und somit eine sichere Abdichtung auch bei gewissen Maßabweichungen an verschiedenen Teilen des Ventils erzielbar ist. Somit sind bei dem erfindungsgemäßen Ventil die Maßtoleranzen mit einfachen Mitteln wesentlich vergrößert, was sich sehr vorteilhaft auf die Fertigung auswirkt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßb verschiedene Abwandlungen derselben zu. Insbesondere ist die Erfindung auf Steuerventile mit einer beliebigen Anzahl von Anschlüssen anwendbar.

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Die verwendeten Dichtungen, insbesondere die Dichtungen 27 und 28 sind vorzugsweise aus Gummi, Kautschuk oder einem Kunststoffmaterial gefertigt.

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Claims

Patentansprüche;

y Steuerventil mit einem eine Bohrung umgebenden Gehäuse, einer zwischen zwei ArbeitsStellungen verschieblich in der Bohrung geführten Ventilspindel und an der Spindel angebrachten, mit Ventilsitzen zusammenwirkenden und mit Sitzdichtungen versehenen Absperrgliedern zum Absperren der Verbindung zwischen Gehäuseanschlüssen für die Zufuhr eines Arbeits-Druckmittels, die Zufuhr des Druckmittels zu einem Verbraucher und die Rückführung des Druckmittels ge nach der Axialstellung der Ventilspindel, dadurch gekennz ei chnet, daß jede Sitzdichtung (25, 26, 27, 28) ein ringförmiges Teil (25a, 26a, 27a bzw. 28a) aufweist, welches von Beginn der Berührung mit dem dazugehörigen Sitz (21, 22, 23 bzw. 24·) an von einer durch den Druck des Arbeits-Druckmittels und dessen Strömung erzeugten und auf den Ventilsitz zu gerichteten Kraft in selbstabdichtende Anlage an dem betreffenden Ventilsitz belastet ist.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Teile der.Sitzdichtungen (27, 28) an den Absperrgliedern (17 bzw. 18) zum Sperren der Verbindung zwischen den Anschlüssen (5, 6) für den Verbraucher und den Anschlüssen (7, 8) für die Rückleitung des verbrauchten Druckmittels als vorspringende Ränder (27a bzw. 28a) ausgebildet sind, welche einwärts auf die Ventilspindel (3) zu verlaufen und schräg auf den dazugehörigen Ventilsitz (23 bzw. 24·) ausgerichtet sind.
3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Teile der Sitzdichtungen (25, 26) am Absperrglied (12) oder an den Absperrgliedern zum Sperren der Verbindung zwischen

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dan Anschluß (4) oder den Anschlüssen für die Zufuhr des Arbeitsdruckmittels und den Anschlüssen (5, 6) für den Verbraucher als vorspringende Ränder (25a bzw. 26a) ausgebildet sind, welche auswärts von der Spindel (3) weg verlaufen und schräg auf den dazugehörigen Ventilsitz (21 bzw. 22) ausgerichtet sind.

4-. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei Anschlüssen für die Zufuhr des Arbeitsdruckmittels zu einem Verbraucher, dadurch gekennz ei chnet, daß das ringförmige Teil (33 ₅ 33a) der Sitzdichtung des Absperrglieds (12) zum abx-jechselnden Sperren der Verbindung zwischen dem Anschluß (4-) für die Zufuhr des Arbeitsdruckmittels und den beiden Anschlüssen (5, 6) für den Verbraucher ein in bezug auf die Spindel (3) radial auswärts hervorstehendes, spitzwinkliges Dreiecksprofil hat dessen beide Seiten (33a) in der jeweiligen Sperrstellung , mit schräg auf den Umfang des ringförmigen Teils zu verlaufenden Oberflächen (34-a, 35&) von dazugehörigen Ventilsitzen (34- bzw. 35) zusammenwirken.

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