DE2737675C3 - Elektromagnetisch betätigbares, mit Druckfluid umsteuerbares Wegeventil für einen Servomotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der CH-PS 3 55 995 ist bereits ein derartiges Wegeventil bekannt, das an einem Ende des Umschaltkörpers einen Steuerkolben trägt Ein im Umschaltkörper vorgesehener und von einer Zulaufbohrung abgezweigter Axialkanal setzt sich durch den Steuerkolben fort und mündet in einem Ventilsitz, der durch einen Magnetventilkegel eines Magnethilfsventils verschließbar ist Bei nichterregtem Magnethilfsventil ist der Magnetventilkegel durch eine Druckfeder auf den Ventilsitz am Steuerkolben gepreßt, so daß der im Umschaltkörper vorgesehene Axialkanal verschlossen ist Gleichzeitig ist eine im Magnethilfsventil vorgesehene Ablaßöffnung freigegeben. Bei der Erregung der Magnetspule wird der Magnetventilkegel angezogen und dadurch die Ablaßöffnung unter gleichzeitiger Freigabe des der Ablaßöffnung gegenüberliegenden Ventilsitzes verschlossen. Damit gelangt durch die Zulaufbohrung einströmendes Druckfluid über den Axialkanal in eine a/i der Rückseite des Steuerkolbens liegende Steuerkammer, so daß der Steuerkolben von einer ersten Schaltstellung in eine die Zulaufbohrung mit einer anderen Ablaufbohrung verbindende zweite Stellung verschoben wird.

Ein Nachteil des bekannten Wegeventils wird darin gesehen, daß der mit dem Umschaltkörper fest verbundene Steuerkolben entlang einer beträchtlichen Wegstrecke bewegt wird, wodurch der Magnetventilkegel über die gleiche Wegstrecke bewegt werden muß. Dies erfordert für das Absperren des Ventilsitzes eine beträchtliche Federkraft bzw. für das Verschließen der Ablaßoffnung eine beträchtliche Magnetenergie.

Es liegt daher die Aufgabe vor, ein Wegeventil der im Hauptanspruchsoberbegriff angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß der Steuerkolbenweg und der Magnetventilkegelweg zur Einsparung von für die Umsteuerung benötigter elektrischer Energie kürzer sind und das erneute Verschließen des im Umschaltkörper vorgesehenen Axialkanals nach erfolgter Umsteue-

rung erleichtert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Dadurch wird erreicht, daß der Steuerkolben nach einem Umschaltvorgang und nach der die Aktivierung der Magnetspule von dem im Axialkanal des Umschaltkörpers bei freigegebener Ablaßöffnung herrschenden höheren Druck schneller als beim Stand der Technik in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird, so daß sich ι ο der Magnetventilkegelweg verkürzt und das Verschließen des Axialkanals des Umschaltkörpers erleichtert ist.

Aus der US-PS 32 17 745 ist ferner ein Wegeventil bekannt, das an gegenüberliegenden Enden Steuerkolben aufweist Diese werden jedoch anders als bei der Erfindung durch Druckfluid gesteuert Das Problem der Minimierung der Federkaft bzw. der Magnetkraft tritt hierbei nicht auf. Eine Radilabohrungen aufweisende Umschaltbuchse dient zum abwechselnden Verbinden der Anschlußöffnungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein in erster Schaltstellung befindliches Wegeventil,

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt durch das Wegeventil in seiner zweiten Schaltstellung,

F i g. 3 einen schematischen Schnitt durch eint andere Ausführung der Erfindung,

F i g. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung der Erfindung und

Fig.5 einen Schnitt ähnlich dem der Fig.4 mit unabhängig vom Umschaltkörper in die Ausgangsstellung zurückgekehrtem Steuerkolben.

F i g. 1 zeigt ein Wegeventil mit einem Ventilgehäuse 20 und einer zylindrischen Ventilkammer 26, welches Gehäuse entlang seiner Axialerstreckung eine Zulaufbohrung 21, eine erste Ablaufbohrung 22, eine zweite Ablaufbohrung 23, eine dritte Ablaufbohrung 24 und -to eine vierte Ablaufbohrung 25 aufweist, die alle mit der Ventilkammer 26 in Verbindung stehen. In der Ventilkammer 26 ist ein Umschaltkörper 27 verschiebbar angeordnet, der vier Dichtungsringe 28 trägt. Die Dichtungsringe 28 bilden in der Ventilkammer 26 drei Ringkammern, von denen die mittlere Ringkammer abwechselnd die Zulaufbohrung mit der ersten bzw. der zweiten Ablaufbohrung verbindet, während die äußeren Ringkammern zum abwechselnden Verbinden der ersten bzw. zweiten Abiaufbohrung mit der dritten bzw. vierten Ablaufbohrung dienen.

An die gegenüberliegenden Enden der Ventilkammer 26 schließen im Durchmesser größere Kolbenkammern 29a und 79b an, in denen Steuerkolben 31a und 315 verschiebbar angeordnet sind. Die Steuerkolben 31a und 31 b sind jeweils mit einer Kammer 33a und 336 zur Aufnahme der je einen Dichtungsring 34a und 34/> tragenden Enden des Umschaltkörpers 27 versehen. Der Umschaltkörper 27 besitzt Axialkanäle 35a und 35b, die mit Ventilsitzen 32a und 326 an den Stirnflächen der Steuerkolben 31a und 31t» über je einen Axialkanal durch den zughörigen Steuerkolben in Verbindung stehen.

An den dem Umschaltkörper 27 abgewandten Seiten eier Steuerkolben 3ϊα und 3ib sind Magnethilfsventile es 36a und 36b vorgesehen, die jeweils in einer Steuerkammer 30a und 'Mb einen Magnetventilkegel 38a und 38b aufweisen. Die Magnethilfsventile besitzen ferner Magnetspulen 37a und 37b mit Kernen 40a und 40ά, welche die Steuerkammern 30a und 30b umgeben und die Magnetventilkegel 38a und 38b aufnehmen. Bei Erregung der Magnetspule 37a oder 37£> wird der Magnetventilkegel 38a oder 38b vom Kern 40a oder 40b angezogen, so daß er mittels einer an seiner äußeren Stirnfläche vorgesehenen Dichtungsscheibe 42a oder 42b eine Ablaßöffnung 43a oder 43b verschließt Zwischen dem Außenrand der Steuerkammer 30a bzw. 3Qb und einem am inneren Ende des Magnetventilkegels 38a, b vorgesehenen Flansch liegt eine Druckfeder 39a, b, die eine an der inneren Stirnfläche des Magnetventilkegels 38a, b vorgesehene Dichtungsscheibe 41a, b gegen den zugehörigen Ventilsitz 32a oder 32b an der Stirnfläche des benachbarten Steuerkolbens 31a oder 3 t b drückt

Der Innendurchmesser der Ablaßöifnungen 43a und 43b ist größer als der Innendurchmesser der Ventilsitze 32a und 32b, damit die Steuerkolben 31a und 31b nach Abschalten ihrer zugehörigen Magr/ospule beschleunigt in ihre Ausgangsstellungen zurückkeb~en können.

Man erkennt in F i g. 1 Entlüftungsbohrungen 44a und 44b zur leichteren Verschiebbarkeit des Umschaltkörpers 27 und der Steuerkolben 31a und 316. Zwischen den Steuerkniben 31 a, b und den Steuerkammern 30a, 6 sind Schultern 45a, b als Anschlag für die Steuerkolben 31a, b vorgesehen.

Im Betrieb des Wegeventils gemäß F i g. 1 bei nicht aktivierten Magnetspulen 37a, b befindet sich der Umschaltkörper 27 in einer ersten Stellung, in der die Zulaufbohrung 21 mit der ersten Ablaufbohrung 22 strömungsmäßig verbunden ist, während die zweite Ablaufbohrung 23 mit der vierten Ablaufbohrung 25 in Verbindung steht Dabei strömt unter Druck stehendes Fluid von der Zulaufbohrung 21 sowohl zur ersten Ablaufbohrung 22 als auch durch eine Radialbohrung im Umschaltkörper 27 und durch die Axialkanäle 35a, b im Umschaltkörper 27 in die Kammern 33a und 33/) der Steuerkolben 311 a und 31b. Da die Ventilsitze 32a und 32b von den Magnetventilkegeln 38a und 38b verschlossen sind, drückt der Fluiddruck in den Axialkanälen 35a, b die Steuerkolben 31a und 31b gegen die Schultern 4Sa und 45b. Gleichzeitig wirkt der durch die Axialkanäle 35a, b übertragene Fluiddruck auf die äußeren Stirnflächen des Umschaltkörpers 27, der seine Lage aufgrund der einander aufhebenden Kräfte nicht verändert.

Wird nun beispielsweise die Magnetspule 37a erregt, dann zieht der Kern 40a den Magnetventilkegel 38a an, so daß letzterer mit Bezug auf F i g. 1 nach rechts bewegt wird, dabei gemäß F i g. 2 den Ventilsitz 32a freigibt und mittels der Dichtungsscheibe 42a die AblaPöffnung 43a verschließt Somit gelangt das unter Druck stehende Fluid von der Zulaufbohrung 21 durch den Ventilsitz 32a in die Steuerkammer 30a Dabei erhöht sich der Druck in der Steuerkammer 30a, und der Steuerkolben 311 e wird zusammen mit dem Umschaltkörper 27 nach links verschoben. Dadurch gelangt der Umschaltkörper 27 in seine zweite Stellung, in der die Zulaufbohrung 21 mit der zweiten Ablaufbohrung 23 in Strömungsverbindung kommt, während die erste Ablaufbohrung 22 an die dritte Ablauvbohrung 24 angeschlossen wird.

Bei Ausschalten der Magnetspule 37a in zweiter Stellung des Urnschaltkörpers 27 hebt die Druckfeder 39a den Magnetventilkegel 38a von der Ablaßöffnung 43a ab und drückt ihn nach links in Richtung auf den Ventilsitz 32a des Steuerkolbens 31a, der zuvor

unabhängig von der Magnetventilkegelbewegung in seine Ausgangsstelling an die Schulter 45a der Kolbenkammer 29a zurückgekehrt ist. Dabei wird der Druck in der Steuerkammer 30a durch die Ablaßöffnung 43a abgebaut. Befindet sich der Magnetventilkegel 38a in einer Zwischenstellung kurz vor dem Ventilsitz 32a. so kann Fluid von der Zulaufbohrung 21 durch den Axialkanal 35a, den Ventilsitz 32a und die Steuerkammer 30a ausströmen. Bei einer Weiterbewegung des Magnetventilkegels 38 in Richtung auf den Ventilsitz 32λ wird diese Fluidströmiing durch den Ventilsitz 32a in die Steuerkammer 30a immer mehr eingeschränkt, während die Ablaßöffnung 43a immer stärker freigegeben wird, so daß das Fluid aus der Steuerkammer 30a immer leichter abströmen kann. Dadurch erhöht sich der Fluiddruck in der Kammer 33a des Steuerkolbens 31a gegenüber dem Druck in der Steuerkammer 30a. so daß der Steuerkolben 31a aufgrund dieser Druckdifferenz nach

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Schulter 45a am äußeren Ende der Kolbenkammer 29a bewegt und der Ventilsitz 32a von der Dichtungsscheibe 41a verschlossen wird.

Der Innendurchmesser der Ablaßöffnung 43a ist, wie gesagt, größer als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 32a. damit der Fluiddruck in der Steuerkammer 30a vor dem vollständigen Verschließen des Ventilsitzes 32a durch den Magnetventilkegel 38a schnell durch die Ablaßöffnung 43a abgebaut wird, wenn sich der Magnetventilkegel 38a nach Abschalten der Magnetspule 37a unter der Wirkung der Feder 39a in Richtung auf den Steuerkolben 31a bewegt und dadurch dessen Rückstellung erleichtert.

Zum Verschieben des Umschaltkörpers 27 aus der zweiten Stellung in die erste Stellung wird die Magnetspule 37bdes Magnethilfsventils 366 auf gleiche Weise erregt und ausgeschaltet.

Man erkennt aus der vorstehenden Beschreibung, daß der Steuerkolben nach Ausschalten der Magnetspule automatisch in seine Ausgangslage zurückkehrt, so daß sich der Magnetventilkegel lediglich über eine kleine Wegstrecke zum Verschließen des Ventilsitze: mittels seiner an seiner Innenfläche vorgesehenen Dichtungsscheibe zu bewegen braucht und lediglich eine kurze Feder 39a oder 396 erforderlich ist.

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung sitzen die Enden des Umschaltkörpers 27 verschiebbar in den Kammern 33a und 336 der Steuerkolben 31a und 31 6. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Ausführung gemäß F i g. 3 möglich, bei der die Steuerkolben 54a und 546 mit zylindrischen Ansätzen 55a und 556 von geringerem Durchmesser als der Umschaltkörper 51 versehen sind, die an den Enden des Umschaltkörpers

51 vorgesehenen axialen Bohrungen 53a und 536 verschiebbar sitzen. Die axialen Bohrungen 53a und 536 des Umschaltkörpers 51 gehen in dessen Axialkanal 52 über.

Die Fig.4 zeigt eine weitere Ausführung mit einem einzigen Magnethilfsventil 136. In dieser Ausführung ist ein Ende des Ventilgehäuses 120 von einem Deckel 118 verschlossen, an dem sich eine Schraubenfeder 119 gegen den U Tischaltkörper 127 abstützt und diesen in Richtung auf das Magnethilfsventil 136 drückt. Im übrigen entspricht diese Ausführung den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Bei Erregung der Magnetspule 137 des Magnethilfsventils 136 wird der Magnetventilkegel 138 des sich in seiner ersten Stellung gemäß Fig.4 befindenden Wegeventils vom Kern 140 angezogen, so daß der Ventilsitz 13Ü freigegeben und die Ablaßöffnung 143 verschlossen werden. Dadurch gelangt Druckfluid von der Zulsüfbohrüp.¹⁷ 121 durch d?n Ventilsitz 132 In di? Steuerkammer 130 und drückt den Steuerkolben 131 zusammen mit dem Umschaltkörper 127 nach links in Richtung auf den Deckel 118. Durch diese Bewgung wird der Umischaltkörper 127 in seine zweite Stellung gebracht, in der die Zulaufbohrung 121 mit der zweiten Ablaufbohrung 123 strömungsmäBig verbunden ist, während die erste Ablaufbohrung 122 mit der dritten Ablaufbohrung 124 in Verbindung kommt (F i g. 5).

Bei \usschalten der Magnetspule 137 in dieser zweiten Stellung des Wegeventils wird der Magnetventilkegel 138 unter dem Einfluß der Feder 139 von der Ablaßöffnung 143 abgehoben und gegen den Ventilsitz 132 des sich in der äußersten linken Stellung in der Kolbenkammer 129 befindlichen Steuerkolbens 131 gedrückt. Nach Freigabe der Ablaßöffnung 143 sinkt der Fluiddruck in der Steuerkammer 130, und der Steuerkolben 131 wird durch den nunmehr höheren Druck in seinem Axialkanal 133 gegen die Schulter 145 bewegt, während gleichzeitig der Magnetventilkegel 138 zum Verschließen des Ventilsitzes 132 gegen diesen gedrückt wird. Zusammen mit der Rückstellbewegung des Steuerkolbens 131 wird der Umschaltkörper 127 von der Feder 119 in die erste Stellung zurückgedrückt (F i g. 4). Dies erfolgt unabhängig vom Steuerkolben 131 allein durch die Feder 119. Nach Ausschalten der Magnetspule 137 kehrt also der Steuerkolben 131 unabhängig von der Stellung des Umschaltkörpers 127 in seine Ausgangslage zurück, und zwar auch dann, wenn der Umschaltkörper 127 gemäß Fig. 5 aus irgendeinem Grund in der zweiten Stellung festgehalten wird. Dadurch wird das Verschließen des Ventilsitzes 132 sichergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   1, Elektromagnetisch betätigbares, mit Druckfluid umsteuerbares Wegeventil für einen Servomotor,

   — mit einem eine Längsbohrung mit einer Zulaufbohrung für das Druckfluid sowie mit dem Servomotor bzw. dem Tank verbindbaren, Fluidbohrungen aufweisenden Ventilgehäuse,

   — mit einem eine Anzahl von Dichtungsringen aufweisenden, in der Längsbohrung verschiebba- ι ο ren Umschaltkörper zum wahlweisen Verbinden der Fluidbohrungen mit der Zulaufbohrung,

   — mit einem in einer Steuerkammer verschiebbaren Steuerkolben, welche an einem Ende der Längsbohrung ansetzt, wobei der Steuerkolben auf einem Ende des Umschaltkörpers sitzt und von einem ersten Axialkanal durchsetzt ist, der über einen Ventilsitz am Steuerkolben in die Steuerkammer mündet,

   — mit einen im Umschaltkörper vorgesehenen, von der 2ulaufbohrung abgezweigten und mit dem ersten Axialkanal verbundenen zweiten Axialkanal für die Zufuhr von Druckfluid in die Steuerkammer zur Beaufschlagung des Steuerkolbens und damit zur Verschiebung des Umschaltkörpers,

   — mit einem in der Steuerkatnmer vorgesehenen und vom Ventilsitz am Steuerkolben abhebbaren Magnetventilkegel als Teil eines Magnethilfsventils sowie mit einer im Außenende der Steuer- kammer vorgesehenen Ablaßöffnung, wobei der Magnetventilkegel in Richtung auf den Ventilsitz am Steuerkolben federbelastet ist, mit der Ablaßöffnung ebenfalls ein Sitzventil bildet, der Ventilsitz am Steuerkolben ind die Ablaßöffnung wechselweise zu öffnen und zu verschließen sind und wobei ferner bei aktiviertem Elektromagneten das über die Axialkanäle der Steuerkammer zugeführte Druckfluid bei geschlossener Ablaßöffnung auf die dem Magnetventilkegel zugewandte Stirnseite des auf seiner anderen Stirnseite stets entlüfteten Steuerkolbens einwirkt, diesen zusammen mit dem Umschaltkörper bis gegen eine gehäusefeste Schulter verschiebt und dadurch den Umschaltkörper aus einer ersten in eine, zweite Schaltstellung bringt,

   — und mit einer auf dem gegenüberliegenden Ende des Umschaltkörpers vorgesehenen Verschiebungsrichtung für die Rückführung des Um-. schaltkörpers aus der zweiten in die erste Schaltstellung,

   dadurch gekennzeichnet,

   — daß der Umschaltkörper (27) und der Steuerkolben (31) zur Verschiebung des Umschaltkörpers (27) aus der ersten in die zweite Schaltstellung unter gegenseitige!' Abdichtung entlang der Gleitfläche aufeinander verschiebbar und gegeneinander auf Anschlag fahrbar sind,

   — daß bei gegenüber dem Umschaltkörper (27) auf Anschlag gefahrenem Steuerkolben (31a) im Strötnungsweg zwischen dem Axialkahal (3Sa) im Umschaltkörper (27) und dem Axialkanal im Steuerkolben (31a) eine vom Umschaltkörper und Steuerkolben begrenzte Kammer (33a) vorgesehen ist μ

   — und daß die Ablaßöffnung (43a) einen größeren freien Querschnitt aufweist als der Veniüsitz am Steuerkolben (31a).
2. 2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (31a) auf dem Umschaltkörper (27) verschiebbar ist.
3. 3. Wegeventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (54a, 54b) verschiebbar ii> den Umschaltkörper (51) greift
4. 4. Wegeventil nach einem der Ansprüche J bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungseinrichtung für die Rückführung des Umschalti-örpers (27, 51) aus der zweiten in die erste Schaltstellung gleichartig ausgebildet ist wie das Magnethilfsventil, der Steuerkolben und die Leitungsführungen für das Druckfluid in die Steuerkammer am entgegengesetzten Ende des Wegeventils.
5. 5. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit am dem Magnethilfsventil gegenüberliegenden Ende des Wegeventils angeordneter Schraubenfeder als Verschiebungseinrichtung für die Rückführung des Umschaltkörpers aus der zweiten in die erste Schaltstellung, indem die Schraubenfeder den Umschaltkörper in Richtung auf das Magnethilfsventil vorspannt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schraubenfeder (119) an einem Deckel (118) des Ventilgehäuses abstützt