DE2824720A1 - Steuerventil fuer druckwasser - Google Patents

Description

• Steuerventil für Druckwasser
• Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Druckwasser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Steuerventile zur Vorsteuerung von Ventilen größerer Nennweite sind für den Betrieb in Druckwasseranlagen und bei Betriebsdrücken über 300 bar üblicherweise als Sitz/ Kegel-Ventile ausgebildet. Diese haben den Nachteil, daß sie nicht nur kompliziert in ihrem Aufbau, sondern auch äußerst empfindlich gegen im Druckwasser enthaltende Schmutzanteile sind. Meist ist eine dauernde Beeinträchtigung der Ventilschließflächen nicht auszuschließen. Der Einbau von Filtern schafft hier nur teilweise Abhilfe.
• Die gegenüber Hydrauliköl sehr viel niedrigere dynamische Zähigkeit von Druckwasser behindert die Anwendung bekannter Kolben-Zylinder-Schließsysteme in hohem Maße. Da das Druckwasser selbst bei eng tolerierten Passungen leicht zwischen Kolben und Zylinderwandung hindurchtritt, sind hohe Leckwasserverluste unvermeidlich. Diese Leckwasserverluste nehmen mit der Anzahl der Wechselspielraten des Ventilkörpers noch zu.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der genannten Art so auszubilden, daß es für den Betrieb mit Druckwasser bis zu 400 bar eingesetzt werden kann.
• Dies ist nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 erreicht.
• Diese für den Betrieb mit Klarwasser oder Wasser-öl-Emulsion mit geringem Mineralölanteil geeignete Ventilausbildung zeichnet sich insbesondere durch seinen einfachen Aufbau mit in der Fertigung kostengünstig herzustellenden Teilen aus. Im Hydraulikmedium enthaltene Fremdkrper beeinträchtigen nicht die Funktion des Schließkolbens, weil diese von den SchließENchen nicht eingefangen, sondern abgestreift werden. Die zwischen den Ringkanälen der Hülsen angeordneten Dichtelemente die der Abdichtung der relativ großen Gehäusebohrung dienen, unterliegen keiner mechanischen Beanspruchung. Die Leckwasserverluste sind daher auf ein Minimum begrenzt.
• Eine weitere nach dem Patentanspruch 2 gekennzeichnete Ausbildung ermöglicht auf einfache Weise die Anordnung von Dichtelementen zugleich auch im Bereich der durch die Hülsenbohrung gebildeten Kolbenlaufflache.
• Diese Dichtungsanordnung ist insbesondere dann vorteilhaft wenn, wie nach der in Patentanspruch 3 gekennzeichneten weiteren Ausbildung, die der Uberleitung der Druckflüssigkeit dienenden Kolbenkammern durch in der Kolbenlängsachse verlaufende Bohrungen gebildet sind. Auf diese Weise ist eine Gleitführung des Kolbens bei großer Gleitfläche im Gesamtbereich der über die Hülsenanordnung sich erstreckenden Kolben länge erreicht.
• Mit der in Patentanspruch 4 gekennzeichneten Ausbildung des Steuerventils ist vorteilhaft in einer Mittelstellung des Kolbens der Druckflüssigkeitsdurchlauf insgesamt sperrbar.
• Patentanspruch 5 schließlich kennzeichnet eine Ventilausbildung, die zur Überwindung der dem Kolbenvorschub entgegengerichteten Dichtungskräfte die volle Nutzung der Magnetkraft ermöglicht. Außerdem dient diese Ausbildung der unmittelbaren Stillsetzung des Kolbens bei Stromausfall ohne dessen Rückstellung.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
• Hierbei zeigen: Fig. 1 ein Steuerventil im Länasschnitt mit einer durchgehenden Hülse und mit abgesetztem Kolbendurchmesser Fig. 2 ein Steuerventil im Längsschnitt mit mehreren Gehäusehdlsen und einem Kolben mit über dessen Gesamtlänge gleichbleibendem Kolbendurchmesser.
• Das in Fig. 1 dargestellte Steuerventil weist ein Gehäuse 1 mit einer durchgehenden Bohrung 2 auf, die endseitig von Abschlußdeckeln 14, 15 begrenzt ist.
• In der gezeigten Ausbildung als Dreiwegeventil besitzt das Gehäuse drei als Außenanschlüsse dienende Kanäle 3a, 3b und 3c, die der Verbindung des Steuerventils mit drei weiteren nicht näher dargestellten Einrichtungen, nämlich einer Druckquelle, einem Verbraucher und einem Druckflüssigkeitsbehälter der Druckquelle dienen.
• In die Gehäusebohrung 2 ist eine nahezu über deren Gesamtlänge sich erstreckende Hülse 4 eingepaßt. In diese Hülse sind im Bereich der Kanäle 3a, 3b, 3c Ringkanäle 5a, 5b, 5c eingearbeitet, die mittels Durchtrittsöffnungen 6 eine Verbindung der Kanäle 3a, 3b, 3c mit der Hülsenbohrung 7 ermöglichen.
• Ein in der Hülsenbohrung verschiebbarer Kolben 8 ist in seinem Außendurchmesser so abgestuft, daß neben vier der Aufnahme von Dichtungsringen 9 dienenden Ringkammern 10 zwei weitere in sich geschlossene Kammern lla, llb gebildet sind.
• Diese entsprechend der Lage des Kolbens ortsveränderlichen Kammern befinden sich im Bereich der Durchtrittsöffnungen 6 und ermöglichen je nach Kolhenstellung die Verbindung bzw. Trennung benachbarter Ringkanäle 5a, 5b, 5c. Der direkte Übertritt von Druck flüssigkeit zwischen diesen Ringkanälen ist durch jeweils beidseitig von diesen im Hülsenmantel angeordnete Dichtungsanordnungen 12 unterbunden.
• Eine sowohl die Gehäusebohrung 2 wie auch die Hülsenbohrung 7 jeweils am Bohrungsende berührende Flüssigkeitsableitung 20 verhindert den Austritt von Leckflüssigkeit aus dem Steuerventil.
• Zur Betätigung des Kolbens 8 sind an den Abschlußdeckeln 14 und 15 die Gehäuse 16 bzw. 17 eines Magnetschiebers 18 bzw. 19 angeflanscht. Diese überwinden wechselweise die auf den Kolben 8 im Betriebszustand einwirkenden Reibungskräfte. Anstelle eines Magnetschiebers kann der Kolben 8 auch durch die Federkraft z.B. einer im Abschlußdeckel 14 angeordneten Rückstellfeder betätigt werden.
• Die Betätigung des Kolbens 8 durch die beiden .Magnetschieber bietet den besonderen Vorteil, daß der Kolben 8 bei etwaigem Stromausfall in seiner augenblicklichen Stellung verharrt, was in vielen Fällen aus Sicherheitsgründen zweckdienlich ist.
• Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Darstellung gemäß Fig. 1 durch die besondere Ausbildung des Kolbens 8 in Verbindung mit mehreren diesem zuqeordneten Hülsen. In der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 2 werden daher die gleichen Bezugsziffern wie in Bezug auf Fig. 1 verwendet und zwar unter Hinzufügung von ' oder ".
• Bei dem Steuerventil gemäß Fig. 2 dient die Gehäusebohrung 2' der Aufnahme mehrerer in diese eingepaßter feststehender Hülsen 4', 4'', 4"', deren Bohrungen 7' eine Gleitführung des Kolbens 8' ermöglichen. Abschlußdeckel 14' bzw. 15' begrenzen diese Hülsenanordnung. Leckleitungen 20' dienen auch hier der Abfuhr von Leckflüssigkeit. Zur Abdichtung der Gehäusebohrung 2' und der Hülsenbohrungen 7' befinden sich im zylinderförmigen Außenmantel und Innenmantel der Hülsen 4', 4all, 4' 11 Aussparungen zur Aufnahme jeweils einer Dichtungsanordnunq 9' und 12'. Zweckdienlicherweise sind diese Aussparungen an beiden Stirnseiten jeder übernächsten Hülse vorgesehen, sodaß die jeweils von zwei Hülsen 4', 4"' eineschlossene Hülse 4'' keine derartigen Aussparunqen zur Aufnahme von Dichtungsanordnungen benötigt.
• Zwei in der Kolbenlängsachse verlaufende jedoch voneinander getrennte Bohrungen bilden der Weiterführung der Druckflüssigkeit dienende Kammern lla', llb'. Sie sind durch an der Kolbenstirnseite eingelötete zylinderförmige Körper 21, 22 nach außen verschlossen. Die Verbindung dieser Kammern mit den Ringkammern 5a', Sb', 5c' bzw. den als Außenanschlüssen dienenden Kanälen 3a', 3b', 3c' ist jeweils durch eine Vielzahl ringförmig, hintereinander angeordneter Durchtrittsöffnungen 6' erreicht.
• Zweckdienlich sind für jede Kammer lla', llb' zwei Reihen solcher Durchtrittsöffnungen 6' vorgesehen, sodaß in Abhängigkeit der Kolbenstellung, wie in Fig. 2 dargestellt, jeweils die Verbindung zweier Plngkammern 5a' und 5b' ermöglicht ist. Die Betätigung des Kolbens 8' ist auch hier durch an beiden Kolbenenden wechselweise einwirkende Magnetschieber 18', 19' ermöglicht.
• Die Funktionsweise ist bei beiden in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ventilausführungen gleich. Sie ist nachstehend an Hand des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
• In der dargestellten Kolbenstellung tritt die Druckflüssigkeit von der Pumpe kommend in Pfeilrichtung durch den Kanal 3a' in den Ringkanal 5a' ein und wird hiernach über die Durchtrittsöffnungen 6', die Kammer lla' und die Durchtrittsöffnungen 6' sowie dem Ringkanal 5b' und dem Kanal 3b' zum Verbraucher beispielsweise einem zu steuernden Hauptventil zugeleitet. Der zum Druckflüssigkeitstank führende Kanal 3c ist hierbei ohne Verbindung.
• Durch Betätigung des Magnetschiebers 19' wird der Kolben soweit nach links verschoben, bis eine Verbindung des Kanals 3b' mit dem Kanal 3c' hergestellt ist.
• Die Ringkammer 5c', 5b' und die rechte Kammer llb' des Kolbens werden sodann in der gleichen vorbeschriebenen Weise durchflossen. Hierbei ist der Kanal 3a ohne Verbindung. Bei dieser Ventilstellung ist eine Rückführung der Druckflüssigkeit vom Hauptventil in den Druckflüssigkeitstank hergestellt. Der Gesamthub des Kolbens 8 ist durch die Magnetschieber 13' bzw. 19' begrenzt.
• Beide Ventilausführungen zeichnen sich durch geringe Verschleißanfälligkeit aus. Die mechanisch beanspruchten handelsüblichen Dichtungen können leicht ausgetauscht werden. Drosseleinrichtungen sind im Gegensatz zu Steuerventilen die einen Sitz/Kegelverschluß haben und dort zur Verringerung auftretender Kavitation erforderlich sind, nicht notwendig.
• Da das Steuerventil eine durchgehende Bohrung und nur einfach herzustellende Drehteile ohne abgesetzte Bohrungen aufweist, ist seine Herstellung zudem kostengünstig.
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Claims (5)

1. P atentanstrüche 1. Steuerventil für Druckwasser zur Betätigung eines Hauptventils in Druckwasseranlagen bestehend aus einem hohlzylindrischen Gehäuse mit radialen den von einer durchgehenden Bohrung gebildeten Zylinderinnenraum mit der Gehäuseaußenseite verbindenden Kanälen und einem im Zylinderinnenraum gleitenden an beiden Enden durch Krafteinwirkung betatigbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusebohrung (2) zur Aufnahme des Kolbens (8) eine Hülse (4) eingeschoben ist, die von der Zylindermantelfläche der Gehäusebohrung (2) und in deren Bereich von Dichtungsanordnungen (12) begrenzte, mit den Kanälen (3a, 3b, 3c) verbundene Ringkanäle (5a, 5b, 5c) bildet, und daß der Kolben (8) getrennt angeordnete, stirnseitig geschlossene Kammern (lla, llb) aufweist, die mittels einer Anzahl in Kolbenumfangsrichtung radial fluchtender in die Ringkanäle (5a, 5b, 5c) einmündender Durchtrittsöffnungen (6) eine wechselweise Verbindung des zum Hauptventil führenden Steuerkanals (3b) mit einer Druckwasserzuleitung bzw. einen Druckwassertank ermöglichen.
2. 2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gehäusebohrung (2, 2') mehrere unmittelbar benachbarte Hülsen (4', 4", 4"') eingeschoben sind, die jeweils eine die Kolbenlauffläche ringförmig umschließende Aussparung zur Aufnahme einer zusätzlichen Dichtungsanordnung (9') aufweisen.
3. 3. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse(n) (4), (4', 4", 4"') im Bereich der Kolbenlauffläche mit den Kanälen (3a', 3b', 3c') verbundene Ringkanäle (5a', 5b', 5c') aufweisen, und daß die Kammern (lla', llb') durch in Kolbenlängsachse sich erstreckende Bohrungen gebildet sind, wobei jede Kammer (lla', llb') in Abhängigkeit des Gesamt'Kolbenhubes getrennt angeordnete, in die Ringkanäle (5a', 5b', 5c') einmündende Durchtrittsöffnungen (6') aufweist.
4. 4. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kammer (lla', llb') zwei Reihen Durchtrittsöffnungen (6') zugeordnet sind.
5. 5. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8, 8') durch jeweils diesem axial vorgeordnete am Kolbenende wechselweise einwirkende Magnetschieber (18, 19, 18', 19') betätigbar ist.