DE2910029C2 - Steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Bei einem aus der DE-AS 2152 830 bekannten Steuerventil wird ein Druckausgleich des Kolbenschiebers in dessen Steuerstellungen dadurch erreicht, daß der vom Pumpenanschluß abgezweigte Zuströmkanal — in bezug auf die Schieberbohrungslängsachse — außermittig angelegt ist und mit einer ebenfalls außermittigen Durchgangsbohrung im Kolbenschieber fluchtend, wenn dieser in der Neutralstellung steht. Gleichzeitig ist der den Arbeitsdruck aus der Pumpenanschlußöffnung ziT Tasche im Kolbenschieber führende Kanal verlängert und unter Umgehung des Kolbenschiebers zur dem Zuströmkanal gegenüberliegenden Seite des Kolbenschiebers geführt. Dieser Kanal trifft auf die Schieberbohrung ebenfalls außermittig und fluchtet mit einer weiteren, außermittigen Durchgangsbohrung des Kolbenschiebers, wenn sich dieser in der Neutralstellung befindet. Der Umgehungskanal ist dann im Gehäuse verlängert und erneut umgelenkt, ehe er in das Rücklaufkanalsystem mündet. Mit Hi'fe der beiden in einer axialen Ebene des Kolbenschiebers zueinander parallel verlaufenden, in der Neutralstellung im Gegenstrom durchströmten Querbohrungen wird ein Druckausgleich in den Steuerstellungen angestrebt. Sobald nämlich der Kolbenschieber in eine Steuerstellung verschoben wird, werden die beiden außermittigen Querbohrungen gegenüber den Kanalmündungen verschoben und abgesperrt. Es steht dann das Druckmittel mit dem Arbeitsdruck für den Verbraucher in den beiden Kanalzweigen an beiden Seiten des Kolbenschiebers an. Der infolge der außermittigen Lage der Querbohrungen im Kolbenschieber vorhandene Hebelarm zwischen den Druckangriffszonen aus beiden Kanalzweigungen führt zu einer Druckbelastung für den Kolbenschieber, die insbesondere in Hochdruckhydrauliksystenien seine leichte Verstellbarkeit mindert. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei höheren Arbeitsdrükken durch den Hebelarm, der zwischen den in den beiden Druckangriffszonen an beiden Seiten des Kolbenschiebcrs wirkenden Druckkräften vorliegt, zwar eine Verbesserung gegenüber nicht druckausgeglichenen Kolbenschiebern erreicht wird, daß jedoch diese Verbesserung zu keinem vollkommenen Druckausgleich führt. Das durch die beiden Druckkräfte mit ihrem Hebelarm gebildete Drehmoment am Kolbenschieber führt stets zu einer lokalen Anpressung an die Schieberbohrungswand bzw. einer hohen Belastung des Mechanismus, der für die Verschiebung des Kolbenschiebers und auch für dessen Drehsicherung in der Schieberbohrung verantwortlich ist. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß für den drucklosen Durchlauf in ein und derselben Axialebene des Kolbenschiebers zwei außermittige Bohrungen benötigt werden, die in der Neutralstellung im Gegenstrom durchströmt sind. Dies bedeutet, daß in dem ohnedies durch die Strömungstaschen deutlich reduzierten Querschnitt des Kolbenschiebers zwei auch durch eine ausreichende Materialstärke voneinander getrennte Bohrungen notwendig sind, deren Durchgangsquerschnitt begrenzt ist. Daraus resultiert ein begrenzter Durchsatz in der Stellung für den drucklosen Durchlauf.

Eine hohe Durchsatzleistung im drucklosen Durchlauf ist jedoch erwünscht, und zwar insbesondere dann, wenn eine Anzahl von derartigen Steuerventilen in Reihe hintereinandergesetzt sind, wobei ein durchgehender Durchlauf zur Arbeitsdruckversorgung jedes einzelnen Steuerventils in der Reihe vorgesehen wird, in dessen Verlauf auch das in der Reihe letzte Steuerventil noch mit einem ausreichend großen Druckmitteldurchsatz versorgt werden sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein to Steuerventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbesseiTi, daß es in der Stellung für drucklosen Durchlauf einen großen Durchsatz zuläßt und daß für den Kolbenschieber in allen Stellungen ein vollständiger Druckausgleich gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Da nur eine einzige Durchgangsbohrung für den drucklosen Durchlauf vorzusehen ist, läßt sich diese mit großem Querschnitt ausbilden. Entsprechend groß ist auch der Durchsatz bei drucklosen! Umlaui. Bei einem Durchmesser von nur 10 mm kann ein Durchsatz bis zu 200 l/min und mehr erreicht werden.

Gleichzeitig wird durch die Ausnehmungen, die symmetrisch beiderseits des Zuströmkanals angeordnet sind, in allen Stellungen ein einwandfreier und vollkommener Druckausgleich am Kolbenschieber erreicht. Dadurch, daß der Kolbenschieber selbst durch seine Steuerbewegung die Verbindung zwischen den sich jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen her- s» stellt, wenn er in die Stellung für druckosen Durchlauf geschaltet wird, bleibt auch dann der Druckausgleich aufrechterhalten. Da der Zuströmkanal und die Ausnehmungen zu der Ebene der Verbraucheranschlüsse und der Pumpenzulauföffnung winkelversetzt sind, a lassen sich die Ausnehmungen relativ nahe beiderseits des Zuströmkanals anbringen.

Es ist zwar aus der DE-AS 12 03 068 ein Schieber für ein Steuerventil einer anderen Art bekannt, der sowohl zur drehenden als auch zur hin- und hergehenden w Bewegung betätigbar ist. Die Anschlüsse im Gehäuse sind an einer Umfangsseite des Schiebers angeordnet. Ihnen jeweils diametral gegenüber liegen Ausnehmungen, die über gekrümmte Durchgangsbohrungen im Schieber beaufschlagt werden, um einen Druckausgleich herbeizuführen. Diese Durchbohrungen im Schieber müssen in allen Ebenen angebracht werden, in die der Schieber verschiebbar ist, was einen hohen Arbeitsaufwand bedeutet und den Schieber schwächt. Die Ausnehmungen werden beim Verdrehen oder Verschie- so ben des Schiebers unter Druck abgesperrt, so daß in den Ausnehmungen Druckmittel verbleibt, das Reaktionskräfte auf den Schieber ausübt. Dazu kommt, daß nicht alle in die Schieberbohrung einmündenden Anschlüsse gleichzeitig druckbeaufschlagt sind, wodurch sich Steuerstellungen ergeben, in denen kein vollständiger Druckausgleich am Schieber auftritt, sondern diesen gegen die Wand der Schieberbohrung pressende Reaktionskräfte.

Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungs- °^ö gemäßen Steuerventils gibt Anspruch 2 an. Gebohrte Stichkanäle sind einfach und preiswert herstellbar und können besonders zuverlässig abgedichtet werden. Bei Ausführungen des Steuerventilgehäuscs als Gußteil kann der Verbindungskanal durch eingesetzte Kerne ^h" mitgegossen werden.

Eine Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Steuerventil,

F i g. 2 einen um 90° gegenüber F i g. 1 umgeklappten Vertikalschnitt durch das Steuerventil,

Fig.3 einen Horizontalschnitt in einer Ebene 111-111 in F i g. 2,

Fig.4 einen weiteren Horizontalschnitt in einer Ebene IV-IV in Fig. 2,und

Fig.5 einen Vertikalschnitt entsprechend Fig. 1 in einer Steuerstellung des Kolbenschiebers.

Ein Steuerventil 1 gemäß den F i g. 1 bis 4 besitzt ein quaderförmiges Gehäuse 2, das in Längsrichtung von einer Schieberbohrung 3 durchsetzt ist, in der ein Kolbenschieber 4 mittels einer Schieberstange 5 aus einer Neutralstellung Nm zwei Steuerstellungen /und // verschiebbar ist (F i g. 2). Von einem Pumpenanschluß P führt eine Pumpenanschlußöffnung 6 zur Schieberbohrung 3. Im Kolbenschieber 4 sind diametral gegenüberliegend und in Längsrichtung verlaufend zwei Taschen 7 ausgeformt, die durch den Kolbenschieber durchsetzende Verbindungsbohrungen 8 in Strömungsverbindung stehen. Eine der Taschen 7 liegt in jeder Stellung des Koibenschiebers (Neutralstellung N, Steuerstellung / und Steuerstellung II) vor der Pumpenanschlußöffnung 6. Auf der der Pumpenanschlußöffnung 6 gegenüberliegenden Seite der Schieberbohrung 3 sind in Längsrichtung versetzt Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 angeordnet mit zu den Verbrauchern V\ und V_n führenden Anschlüssen. Den Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 (Fig. 2) gegenüberliegend sind zur Schieberbohrung 3 hin offene Ausnehmungen 9a und 10a im Gehäuse 2 vorgesehen. Seitlich versetzt zu den Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 (F i g. 2, Fig. 1)befinden sich vom Kolbenschieber4übersteuerte Rücklaufanschlüsse 11, die zu Rücklaufkanälen R führen. Die Schieberbohrung 3 ist an beiden Enden durch Abdeckplatten 12 verschlossen.

Senkrecht zu der Gehäuseebene, in der die Pumpenanschlußöffnung 6 und die Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 liegen, durchsetzt das Gehäuse 2 ein Zuströmkanal 13, der in der Neutralstellung des Kolbenschiebers mit einer Radialbohrung 14 — die sich zwischen den Bohrungen 8 im Kolbenschieber 4 hindurcherstreckt — fluchtet und in einem Rücklaufkanal 15 weitergeführt wird. Der Zuströmkanal 13 steht über eine nicht dargestellte Querverbindung mit dem Pumpenanschluß Pin Verbindung. Der Zuströmkanal 13 bildet mit der Radialbohrung 14 und dem Rücklaufkanal 15 den sogenannten drucklosen Durchlauf des Steuerventils 1. Parallel zu dem drucklosen Durchlauf 13,14,15 wird das Gehäuse 2 auch von einem Pumpenkanal 16 durchsetzt, der den Pumpenanschluß P kreuzt. Ferner sind Befestigungsbohrungen 17 angeordnet, die das Gehäuse 2 ebenfalls über die ganze Breite durchsetzenden Rücklaufkanäle R, der drucklose Durchlauf 13, 14, 15, der Pumpenkanal 16 und die Befestigungsbohrungen 17 werden vor allem dann benötigt, wenn mehrere dieser Steuerventile mit ihren Seitenflächen in Reihe aneinandergesetzt und abdichtend verschraubt werden. Dann fluchten diese Bohrungen, so daß sich durch die ganze Reihe der Steuerventile der notwendige Durchlaß für das Druckmittel ergibt, wobei nur am ersten Steuerventil der Reihe ein Pumpenanschluß vorgesehen werden braucht. An der freien Seite des letzten Steuerventils werden hingegen Sammelleitungen für die Rücklaufkanäle und den drucklosen Durchlauf angeschlossen.
Vom Zuströmkanal 13 des Steuerventils 1 führt ein

Umgehungskanal 18, der aus einzelnen aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlichen Stichkanälen 18a bis 18^ besteht, zu jeweils einer seitlich zum Zuströmkanal 13 versetzten und in bezug auf die Schieberbohrung diesem diametral gegenüberliegenden Ausnehmung 19a. Die Ausnehmung 19a ist zur Schieberbohrung hin offen. Diametral gegenüber ist jeweils eine weitere Ausnehmung 196 im Gehäuse vorgesehen, die ebenfalls zur Schieberbohrung 3 hin offen ist. Eine Strömungsverbindung zwischen den Ausnehmungen 19a und 196 besteht in der Neutralstellung /Vdes Kolbenschiebers über eine Radialbohrung 24 im Kolbenschieber 4. Die Ausnehmungen f9a und 196 sind die beiden Enden einer die Schieberbohrung 3 kreuzenden Blindbohrung 19, die am Einbohrende durch einen Stopfen oder eine eingepreßte Kugel 20 wieder verschlossen ist.

Der Zuströmkanal 13 mündet in die Schieberbohrung mit einer Querschnittsfläche 21 (Fig. 1). während die der Schieberbohrung zugewandten Ausnehmungen 19a, 196 die mit 22 und 23 bezeichneten Querschnittsflächen besitzen.

Von jedem Verbraucheranschluß Vj, Vn bzw. den Verbraucheranschlußöffnungen 9, 10 führt ein die Schieberbohrung umgehender Kanal 25a bis 25c zu einer diametral gegenüberliegenden Sackbohru.ng 9a, 10a, deren Querschnittsflächen den Querschnittsflächen der Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 gleich ist. Über den Umgehungskanal 25a bis 25c wird der Kolbenschieber in der Neutralstellung N an zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen vom im Verbraucheranschluß herrschenden Druck beaufschlagt, wobei sich die Drücke infolge ihrer entgegengesetzten Richtung aufheben und der Kolbenschieber demzufolge auch in diesem Bereich druckausgeglichen ist.

Fig.5 zeigt den Kolbenschieber 4 in dem vorbeschriebenen Steuerventil in seiner Stellung //, d. h., aus der Neutralstellung so weit nach oben verschoben, daß über die Taschen 7 das Druckmittel vom Pumpenanschluß Pzum Verbraucheranschluß V₁ gelangt, während das Druckmittel vom Verbraucheranschluß Vn in den unteren Rücklaufkanal R fließen kann. In dieser Stellung ist der drucklose Durchlauf unterbrochen, da die Radialbohrung 14 so weit verschoben ist, daß der Kolbenschieberumfang den Zuströmkanal 13 absperrt. Das Druckmittel steht dann im Querschnitt 21 am Kolbenschieber an und übt eine in Richtung eines Pfeils wirkende Druckkraft auf diesen aus. Gleichzeitig wirkt der gleiche Druck jedoch über den Umgehungskanai 18 in den beiden Ausnehmungen 19a und deren Querschnitten 22 in der entgegengesetzten Richtung. Die Summe der Querschnitte 22 entspricht dabei dem Querschnitt 21, so daß der Kolbenschieber druckausgeglichen ist. Da auch die Radialbohrungen 24 nach oben verschoben sind und nicht mehr mit den Blindbohxungen 19 fluchten, sind die Ausnehmungen 19i>drucklos, so daß von dieser Seite keine zusätzliche Druckbelastung auf den Kolbenschieber ausgeübt wird.

Selbstverständlich könnte zur Herstellungsvereinfachung der Umgehungskanal 18 anstelle der nur von den Gehäuseseitenflächen ausgehenden Stichkanäle auch Stichkanäle enthalten, die ausgehend von zwei Gehäuseecken schräg in das Gehäuse hineinführen und Stichkanäle in einer Gehäuseebene in Wegfall bringen.

Der Hauptvorteil der beschriebenen Steuerventilkonstruktion liegt in dem großquerschnittigen drucklosen Durchlauf, der ein hohes Durchsatzvolumen an Druckmittel gestattet, da die Radialbohrung durch den Schieber mit wünschenswert großem Durchmesser ausgebildet sein kann. Ein hohes Durchsatzvolumen beim drucklosen Durchlauf führt in den Steuerstellungen des Kolbenschiebers zu einem hohen Arbeitsdruck für die Verbraucher bzw. zu einer großen Durchsatzmenge für die Verbraucher. Gleichzeitig ist in jeder Kolbenschieberstellung ein Druckausgleich gegeben, so daß dieser leicht und feinfühlig verstellt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuerventil für ein Druckmittelsystem, insbesondere ein Hochdruckhydrauliksystem, mit einem von einer Schieberbohrung durchsetzten Gehäuse und einem aus einer arbeitsunwirksamen Neutralstellung in einer erste und eine zweite Steuerstellung verschiebbaren und in allen Stellungen druckausgeglichenen Kolbenschieber, mit einer PumpenanschluQöffnung zur Schieberbohrung und wenigstens ι ο einer in Bohrungslängsrichtung gegenüber der Pumpenanschlußöffnung versetzten Verhraucheranschlußöffnung, mit einer der Verbraucheranschlußöffnung zugeordneten Rücklaufanschlußöffnung, mit einer am Kolbenschieber im Bereich der Pumpenanschlußöffnung in Längsrichtung verlaufenden, der Strömungsführung dienenden Tasche, die über mindestens einen Radialdurchiaß im Kolbenschieber mit einer diametral zu ihr angeordneten weiteren Tasche verbunden ist und die in der ersten Steuerstellung die Verbraucheranschlußöffnung mit der Pumpenanschlußöffnung verbindet, während der Steuerschieber in der zweiten Steuerstellung die Verbraucheranschlußöffnung mit der Rücklaufanschlußöffnung verbindet, und mit einem drucklosen Umlauf in der Neutralstellung des Kolbenschiebers, wobei der drucklose Umlauf über einen vom Pumpenanschluß abgezweigten Zuströmkanal, eine mit diesem fluchtende, senkrecht zwischen den Taschen den Schieberkolben durchdringende Radialbohrung und stromab von dieser einen mit dem Zuströmkanal und der Radialbohrung in der Neutralstellung fluchtenden Rücklaufkanal im Gehäuse verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zur Schieberbohrung (3) hin offene v> erste Ausnehmungen 19a) vorgesehen sind, welche der Mündung des Zuströmkanals (13) in die Schieberbohrung (3) diametral gegenüberliegen, dabei jedoch seitlich symmetiisch zur den Zuströmkanal (13) aufweisenden Quermittelebene versetzt ■<» sind und mit dem Zuströmkanal (13) über die Schieberbohrung (3) im Gehäuse umgehende, zusammenhängende Verbindungskanäle (18a, 18t», 18c, \9>d) ständig verbunden sind, daß jeder ersten Ausnehmung (\9a) eine zweite, ebenfalls zur ⁴^ Schieberbohrung (3) hin offene Ausnehmung (196,) gegenüberliegt, die in der Neutralstellung des Kolbenschiebers (4) über eine Radialbohrung (24) im Kolbenschieber (4) mit der ersten Ausnehmung (\9a) verbunden und in Steuerstellung des Kolbenschie- ^w bers (4) von dieser getrennt ist, und daß die Querschnittsfläche (22, 23) jeder Ausnehmung (19a, i9b) halb so groß ist wie die Querschnittsfläche (21) der Mündung des Zuströmkanals (13) in die Schieberbohrung (3) und daß an der der Ver- " braucheranschlußöffnung (9, 10) diametral gegenüberliegenden Seite der Schieberbohrung (3) eine zu dieser hin offene Vertiefung (9a, 9c) mit einem gleich großen Querschnitt wie die Verbraucheranschlußöffnung angeordnet ist, die über einen im Gehäuse ^b0 um die Schieberbohrung (3) herumgeführten Umgehungskanal (25) mit der Verbraucheranschlußöffnung (9,10) verbunden ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängenden Verbin- ^h> dungskanäle (18a, 18b, 18c, \8d) jeweils von den Gehäuseaußenseiten gebohrte Stichkanäle sind, deren an den Gehäuseaußenseiten liegende Bohrungseinlässe durch eingepreßte Kugeln oder Stopfen (20) verschlossen sind.