DE2604108C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil mit einem Kol­ benschieber und im Kolbenschieber ausgebildeten Drosselschlitz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Ausbildung des Drosselschlitzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Bei vielen Kolbenschiebern von hydaulischen Steuerventilen ist eine Vielzahl von Zumeßschlitzen oder Drosselschlitzen ausge­ bildet, welche eine Ringnut und einen benachbarten Kolbensteg verbinden. Da der Öffnungs- und Schließvorgang eines Steuer­ kanals mit einer einfachen Kolbenschulter verhältnismäßig ab­ rupt verläuft, sehen diese Schlitze eine dosierte Strömungs­ mittel-Steuerung vor, so daß sich ein gewünschtes feinfühliges und stoßfreies Arbeiten beispielsweise eines Strömungsmittel­ motors oder eines Hydraulikzylinders ergibt, der durch das Ventil gesteuert wird. Zwei derartige Schlitzausbildungen sind den US-Patentschriften 29 71 536 und 31 98 212 zu entnehmen.

Die Erfindung geht von einem Stand der Technik aus, wie er in der US-PS 29 71 536 beschrieben ist. Eine der Schwierigkeiten bei der Konstruktion gemäß der US-Patentschrift 29 71 536 be­ steht in der Größenausbildung der Drosselschlitze zur Auf­ rechterhaltung einer ausreichenden Querschnittsfläche für eine angemessene Festigkeit im Gebiet der Drosselschlitze, wobei gleichzeitig ein angemessener Strömungsmitteldurchfluß vorge­ sehen sein soll, ohne daß ein übermäßiger Druckabfall oder eine Reaktionskraft durch den Strahlimpuls des Strömungsmit­ tels entsteht. In vielen Fällen werden insbesondere bei Kol­ benschiebern mit relativ kleinem Durchmesser zur Erhaltung der gewünschten Strömungseigenschaften diese Drosselschlitze ver­ hältnismäßig tief im Kolbenschieber ausgebildet, was eine Ab­ schwächungszone ergibt, die möglicherweise brechen kann.

Wenn man andererseits die Größe der Drosselschlitze vermin­ dert, um eine angemessene Festigkeit zu erzielen, so wird die Querschnittsfläche des Strömungsmitteldurchflusses in der Stirnfläche des Steges vermindert, so daß die Öffnung in der Stirnfläche als eine verstärkte Drosselstelle wirkt und den hindurchgehenden Strömungsmitteldurchfluß einschränkt, wobei ein großer Druckabfall im Strömungsmittel erzeugt wird. Dies hat einen Strömungsmittelstrahlfluß durch die Öffnung in der Stirnfläche des Kolbenstegs derart zur Folge, daß das eine hohe Geschwindigkeit aufweisendes Strömungsmittel auf die Rückseite des Schlitzes auftrifft und am Kolbenschieber eine Reaktionskraft erzeugt. Dies macht entweder einen größeren Federdruck oder einen größeren Kraftaufwand durch den Benutzer erforderlich, um den Kolbenschieber zu verschieben. Der Strömungsmittelstrahlfluß durch die Öffnung in der Stirnfläche verhindert auch das Austreten des Strömungsmittelflusses aus den Drosselschlitzen in die gewünschte Radialrichtung. Ferner wirkt die Austrittsöffnung der Drosselschlitze im Umfang des Kolbenstegs als eine zweite Zumeßöffnung in Serie mit der Öffnung in der Stirnfläche des Kolbenstegs was einen zusätzli­ chen Druckabfall und weitere Störungen des Strömungsmittel­ flusses durch die Drosselschlitze zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß die axial gegen den Kolbenschieber wirkenden dynamischen Reak­ tionskräfte minimiert werden, gleichzeitig aber eine ausrei­ chende Querschnittsfläche des Kolbenschiebers aufrechterhalten bleibt, so daß dessen Bruchgefahr minimiert wird.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 derart weiterzu­ bilden, daß eine kostengünstige Herstellung des Drosselschlit­ zes möglich ist.

Zur Lösung der genannten Aufgaben sind die in den kennzeich­ nenden Teilen der Ansprüche 1 bzw. 8 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die durch die Erfindung vorgesehene Drossel­ schlitzausbildung sieht die Größe der Querschnittsflächen der­ art vor, daß die Austrittsöffnung des Drosselschlitzes als die einzige wesentliche Engstelle des Strömungsmittelflusses wirkt, so daß sich eine genaue Steuerung des hindurchgehenden Strömungsmittelflusses ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrie­ ben; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Steuerventils mit einem erfin­ dungsgemäßen Drosselschlitz;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Kolbenschie­ bers des Steuerventils gemäß Fig. 1, wobei die die Drosselschlitzausbildung zeigenden Teile im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Teil des Kolbenschiebers der Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kolbenschieber längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

In der Zeichnung ist ein Steuerventil 10 gezeigt, welches einen Kolbenschieber 11 aufweist, der hin- und herbewegbar in einer Bohrung 12 eines Ventilgehäuses 13 angeordnet ist. Der Kolben­ schieber 11 besitzt eine Vielzahl von Kolbenstegen 14, 15, 16, 17 und 18, die axial durch einen verminderten Durchmesser auf­ weisende Kolbenabschnitte 19, 20, 21 und 22 getrennt sind, welche Ringeinkerbungen (Ringnuten) 19 a, 20 a, 21 a und 22 a auf­ weisen. Der Kolbenschieber 11 steuert den Strömungsmittelfluß durch einen Einlaßkanal 23, welcher Strömungsmittel von einer Pumpe 24 aufnimmt. Der Kolbenschieber 11 ist wahlweise betä­ tigbar, um das Strömungsmittel dem einen oder anderen Kanal eines Paars von Motorsteuerkanälen 26 bzw. 27 zuzuführen, wo­ bei gleichzeitig der andere Motorsteuerkanal mit dem Auslaß­ kanal 28 verbunden wird, der im Ventilgehäuse ausgebildet und mit einem Tank 29 verbunden ist. Ein Paar von Leitungen 31 und 32 verbindet die Motorsteuerkanäle 26 bzw. 27 mit dem Stangen­ ende bzw. Kopfende eines Hydraulikzylinders 33. Die Axialbewe­ gung des Kolbenschiebers 11 nach links (Fig. 1) hat somit zur Folge, daß das Strömungsmittel über den Steuerkanal 27 und Leitung 32 den Hydraulikzylinder ausfährt und die von ihm ge­ tragene Last 34 anhebt, während eine Bewegung des Kolbenschie­ bers 11 nach rechts das Zurückziehen des Hydraulikzylinders 33 und das Absenken der Last zur Folge hat.

Wie man deutlich in den Fig. 2 und 3 erkennt, sind zwei Paare von Drossel- oder Absperr-Schlitzen 41 und 42 im Kolbenschie­ ber 11 ausgebildet und umfangsmäßig mit gleichem Abstand ange­ ordnet. Die Drosselschlitze 41, 42 verbinden den einen vermin­ derten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt 22 mit der Um­ fangsfläche des Kolbenstegs 18. Jeder der Drosselschlitze 41, 42 wird dadurch ausgebildet, daß man eine flache Stirn eines Stirnfräswerkzeugs - durch die gestrichelte Linie bei 43 dar­ gestellt - in den Steg längs der Werkzeugachse A hineinbewegt, wobei diese Achse A unter einem Winkel B bezüglich der Achse des Kolbenschiebers 11 angeordnet ist, und wobei eine zylin­ drische Tasche im Kolbenschieber 11 mit der gewünschten Tiefe herausgearbeitet wird. Der Winkel B liegt im Bereich von 40° bis 60° und ist im vorliegenden Fall 45°. Die Lage des Stirn­ fräsers wird unter einem Winkel B gehalten, und es wird entwe­ der der Kolbenschieber 11 längs seiner Achse bewegt, oder der Stirnfräser 43 wird in einer Bahn parallel zum Kolbenschieber bewegt, wobei eine sich längs erstreckende Nut 47 herausgear­ beitet wird, welche die zylindrische Tasche mit dem einen ver­ minderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabscnnitt 22 verbin­ det.

In der fertigen in den Zeichnungen dargestellten Form besitzt jeder der Drosselschlitze 41, 42 eine halbzylindrische Tasche 44, die im Steg 18 benachbart zur Ringnut 22 a ausgebildet ist, und die durch eine halbzylindrische Seitenwand 46 definiert ist, welche unter einem dem Winkel B entsprechenden Winkel in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung geneigt ist, in welche der Kolbenschieber zum Absenken des Hydraulikzylinders bewegt wird. Eine sich in Längsrichtung erstreckende Nut 47 ist mit der halbzylindrischen Tasche 44 verbunden und endet in einer halbzylindrischen Endfläche 48, welche sich mit dem einen verminderten Durchmesser ausweisenden Kolbenabschnitt 22 schneidet. Die halbkreisförmige Endfläche 48 verläuft im we­ sentlichen parallel zur Seitenwand 46. Wie man im einzelnen in Fig. 4 erkennt, hat die sich in Längsrichtung erstreckende Nut 47 einen bogenförmigen Querschnitt.

Die Form der Drosselschlitze 42 ist im wesentlichen identisch mit der Form der Drosselschlitze 41, wobei jeder der Drossel­ schlitze 42 eine zusätzliche in der Seitenwand 46 ausgebildete halbzylindrische Ausnehmung oder Tasche 49 bildet, die sich in die Tasche 44 und Kolbensteg 18 hinein öffnet und eine Erwei­ terung des Drosselschlitzes 42 bildet. Eine Seitenwand 50 der Tasche 49 verläuft im wesentlichen parallel zur Seitenwand 46. Die Querschnittsfläche der Tasche 49 ist kleiner als die Quer­ schnittsfläche der Tasche 44. Zusätzlich ist ein Paar von sich in Längsrichtung erstreckenden Zumeßschlitzen 51 im einen ver­ minderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt 22 und Kol­ bensteg 17 ausgebildet, und zwar in Axialausrichtung mit den Drosselschlitzen 42 und diese schneidend, um so den einen ver­ minderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt 22 mit dem Steg 17 zu verbinden. Die Zumeßschlitze 51 werden beispiels­ weise durch einen zylindrischen Schneidfräser ausgebildet, der radial nach innen auf die gewünschte Tiefe bewegt wird. Die halbzylindrischen Taschen 44 können in Verbindung mit den Drosselschlitzen unabhängig von den Zumeßschlitzen 51 verwen­ det werden.

Im Betrieb dienen die im Kolbenschieber 11 ausgebildeten Dros­ selschlitze 41 und 42 zum Zumessen oder Einstellen des Strö­ mungsmittelflusses vom Kopfende des Hydraulikzylinders 33 über Leitung 32, Motorsteuerkanal 27 in den Auslaßkanal 28, und zwar dann, wenn der Kolbenschieber nach rechts bewegt wird. Wenn der Hydraulikzylinder 33 eine Last trägt, so wird das Strömungsmittel im Motorsteuerkanal und der Ringnut 22 a unter Druck gesetzt, so daß, da die halbzylindrischen Taschen 44 und 49 sich in den Auslaßkanal 28 öffnen, ein Strömungsmittelfluß durch die Drosselschlitze und in den Auslaßkanal geschaffen wird, wo das Strömungsmittel zum Tank zurückkehren kann. Die Querschnittsfläche des Teils der Drosselschlitze, der in Ver­ bindung mit dem unter Druck stehenden Strömungsmittel in der Ringnut steht, ist wesentlich größer als die Querschnittsflä­ che des Teils der Drosselschlitze, der sich in den Auslaßkanal am Umfang des Kolbensteges öffnet, so daß die einzige Ein­ schränkung für die Strömungsmittelströmung durch die Drossel­ schlitze das Ausmaß der Öffnung der Drosselschlitze in den Auslaßkanal ist. Geeignete nicht gezeigte Anschläge sind vor­ gesehen, um die Bewegung des Kolbenschiebers 11 nach rechts zu beschränken, so daß die hintere Kante des Steges 18 nicht in dem Ablaßkanal eintritt, wodurch die maximale Größe der Öff­ nung der Drosselschlitze in den Auslaßkanal gebildet wird.

Der Winkel der Seitenwand 46 ist derart gewählt, daß dann, wenn sich die Drosselschlitze in den Auslaßkanal 28 öffnen, das Strömungsmittel im wesentlichen radial nach außen vom Kolbenschieber 11 abgeleitet wird. Dies minimiert die dyna­ mische Reaktionskraft, die axial auf den Kolbenschieber in­ folge des durch die Drosselschlitze laufenden Strömungsmittel­ flusses einwirkt. Für ein genaues mit geringer Geschwindigkeit erfolgendes Absenken des Hydraulikzylinders 33 wird der Kol­ benschieber nur so weit verschoben, bis die halbzylindrischen Taschen 49 sich zum Ablaßkanal hin öffnen.

Aus der obigen Beschreibung erkennt man ohne weiteres, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Drosselschlitzes für ein Steuerventil die Reaktionskräfte am Kolbenschieber infolge des hindurchgehenden Strömungsmittel-Strahlflusses vermindert werden, wobei aber eine angemessene Festigkeit des Kolben­ schiebers erhalten bleibt, um so die Bruchgefahr zu minimie­ ren. Gemäß der Erfindung ist die Querschnittsfläche des Teils der Drosselschlitze, die in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Strömungsmittel steht, wesentlich größer als die Querschnittsfläche des Teils der Drosselschlitze, die in Ver­ bindung mit dem Auslaßkanal steht, so daß das Ausmaß der Öff­ nung in den Auslaßkanal den Strömungsmittelfluß durch die Drosselschlitze steuert. Die sich in Längsrichtung erstrecken­ de Nut, welche die halbzylindrische Tasche mit dem einen ver­ minderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt 22 verbin­ det, liefert die erhöhte Querschnittsfläche des Drosselschlit­ zes, während der Winkel der halbzylindrischen Seitenwand das Strömungsmittel im wesentlichen radial nach außen lenkt.

Claims (8)

1. Steuerventil mit einer Gehäusebohrung (12), in der ein Kol­ benschieber (11) hin- und herbewegbar angeordnet ist, der mindestens einen einen verminderten Durchmesser aufweisen­ den Kolbenabschnitt (22) sowie einen axial benachbart dazu ausgebildeten Kolbensteg (18) besitzt, um bei Bewegung des Kolbenschiebers (11) einen Strömungsmittelfluß über einen in die Gehäusebohrung einmündenden Kanal (27) von einer Quelle höheren Drucks über einen in die Gehäusebohrung mün­ denden Auslaßkanal (28) zu einem Bereich niedrigen Drucks zu steuern, wobei in der einen Bewegungsrichtung des Kol­ benschiebers (11) der Auslaßkanal (28) über je eine am Auslaßkanal (28) und am Kolbensteg (18) ausgebildete Steu­ erkante aufgesteuert wird und wobei ein im Kolbenschieber (11) ausgebildeter, den einen verminderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt (22) mit einer Umfangsoberfläche des Kolbenstegs (18) verbindender Drosselschlitz eine im Kolbensteg (18) ausgebildete Tasche (44) aufweist, die eine geneigte Seitenwand (46) besitzt, wobei die Neigung bezüglich der Kolbenschieberachse in einer Richtung radial nach außen und axial entgegengesetzt zu der erwähnten Bewegungsrichtung des Kolbenschiebers verläuft, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Drosselschlitz (41) eine sich von der Tasche (44) aus in Längsrichtung des Kolbenschiebers (11) im wesentlichen sich parallel zur Kolbenschieberachse er­ streckende Nut (47) aufweist und
• - daß eine mit den Seiten in Verbindung stehende Endfläche (48) der Nut (47) den einen verminderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt (22) schneidet.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche (44) halbzylindrisch ausgebildet ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Längsrichtung erstreckende Nut (47) einen bo­ genförmigen Querschnitt besitzt, und daß deren Endfläche (48) halbzylindrisch ausgebildet ist und im wesentlichen parallel zur Seitenwand (46) der Tasche (44) verläuft.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Seitenwand (46) der Tasche (44) einen Winkel im Bereich von 40° bis 60° mit der Kolbenschieber­ achse bildet.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich­ net durch eine halbzylindrische Ausnehmung (49) in der Sei­ tenwand (46) der Tasche (44), die im wesentlichen parallel zur Tasche (44) verläuft und sich in diese und die Umfangs­ oberfläche des Kolbenstegs (18) öffnet und eine kleinere Querschnittsfläche als die Tasche (44) besitzt.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der einen verminderten Durchmesser aufwe­ isende Kolbenabschnitt (22) zwischen dem Kolbensteg (18) und einem zweiten am Kolbenschieber ausgebildeten Kolben­ steg (17) einen in Längsrichtung ausgerichteten, sich in den zweiten Kolbensteg (17) erstreckenden Zumeßschlitz (51) aufweist, wobei der Zumeßschlitz (51) den Drosselschlitz (42) schneidet, um den einen verminderten Durchmesser auf­ weisenden Kolbenabschnitt (22) mit dem zweiten Kolbensteg (17) zu verbinden.

7. Steuerventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Paare von Drosselschlitzen (41, 42) im Kol­ benschieber (11) ausgebildet und umfangsmäßig mit gleichem Abstand angeordnet sind, wobei das eine Paar der Drossel­ schlitze (42) jeweils die zusätzliche halbzylindrische Aus­ nehmung (49) aufweist.

8. Verfahren zur Ausbildung des Drosselschlitzes (41) im Kol­ benschieber (11) eines Steuerventils zur Verbindung eines einen verminderten Durchmesser aufweisenden Kolbenab­ schnitts (22) und einer Umfangsfläche eines Kolbenstegs (18) nach Anspruch 1, wobei zur Ausbildung der zylindri­ schen Tasche (44) ein mit flacher Stirnfläche ausgestatte­ ter Stirnfräser längs seiner Achse in den Kolbensteg (18) unter einem vorbestimmten Winkel zur Kolbenschieberachse relativ zum Kolbenschieber (11) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufrechterhaltung des vorbestimmten Winkels eine Relativbewegung zwischen dem Stirnfräser und dem Kolbenschieber (11) längs der Kolben­ schieberachse erfolgt, um die sich längs erstreckende Nut (47) von der Tasche (44) aus und endend in dem einen ver­ minderten Durchmesser aufweisenden Kolbenabschnitt (22) herauszuarbeiten.