DE2949763A1

DE2949763A1 - Spindelventil in modularer ausfuehrung

Info

Publication number: DE2949763A1
Application number: DE19792949763
Authority: DE
Inventors: Douglas Paul Miller
Original assignee: Applied Power Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1978-12-11
Filing date: 1979-12-11
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB2042684A; FR2444213A1; SE7909631L; IT7951032A0; IT1120895B; JPS5594075A

Description

Dr. HASSE - Dr. FRANKE · Dr. ULLRICÖ ^9763 PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND HEIDELBERG

P 72/472 10. 12. 1979

Dr.F/F Münohe»

APPLIEJ) POWER INC. Milwaukee, Wisconsin 53201, V.St.A.

Spindelventil in modularer Aueführung

Sie Erfindung bezieht sich auf Spindelventile des aodularen Bautype, und sie betrifft dabei insbesondere solche, die sich mit Magnetischen Mitteln betätigen lassen. Ia einseinen ist die erfindungsgeaäBe Ausbildung derartiger Ventile in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Dabei sielt die Erfindung auf eine Spindelventilanordnung in modularer Bauweise und mit Betätigung durch einen Kolbenmagneten oder eine Magnetspule nach Art eines Solenoids ab, bei der swei unterschiedliche Betriebsweisen möglich sind, indes das Spindelventil auf einen Verteilerkopf verdreht wird, wobei eine Druck- oder Kompressionsfeder die Ventilanordnung für den Druck in der ersten Betriebsweise normalerweise geschlossen und in der »weiten Betriebsweise normalerweise offen hält. Sin Elektromagnet bewirkt bei beiden Betriebsweisen eine zusätzliche Kompression der Druckfeder, um die Ventilanordnung im ersten Falle für den Druck su öffnen und im »weiten Falle für den Druck au achließen. Veiter weist die Ventilanordnung ein FluBsteuerglied auf, das geriohtete Durchlässe besitst, die das Strömungsmedium oder Hydraulikfluid so führen und verteilen, daß sich statt eines versohleifiintensiven turbulenten Strömungsflusses für das Fluid ein soloher von mehr laminarer Art einstellt.

Die Erfindung ergibt ein elektromagnetisch betätigbares Spindelventil in Modulbauweise, das sich in zweierlei Weise betreiben läßt, wobei für den Übergang vom ersten Betriebsmodus sum sweiten das Ventilgehäuse insgesamt um 180° gedreht wird, um die Zuführung des Druokfluids für den

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Betrieb des Ventils zu verändern. Dies führt zu einem vielseitigen Ventil, das sich in Stapelbauweise und im Rahmen eines Baukastensystems einsetzen läßt, ohne daß sein innerer Aufbau geändert werden müßte. Sin Flußsteuerglied sorgt für eine Umlenkung und Verteilung des Fluidflusses in der Ventilanordnung von einer Richtung in eine andere zur Verminderung des Versohlelsses in der Ventilanordnung. Die Spule für die elektromagnetische Ventilbetätigung kann bei für den Fluiddruck geöffnetem Ventil im Hydraulikfluid liegen, was mithilft bei der Kühlung der Elektromagneteinheit und deren elektrische Eigenschaften verbessert.

Das elektromagnetisch betätigte Spindelventil gemäß der Erfindung besitzt zwei Ventilsitze, zwischen denen sioh die Ventilbetätigung vollzieht. Die Ventilanordnung befindet sioh im Druokgleichgewicht, und sie wird durch eine Feder in einer normalerweise geschlossenen Stellung gehalten und mittels eines Solenoids oder eine andere elektromagnetische Einrichtung in eine normalerweise geöffnete Stellung gebracht. Die jeweilige Stellung des Ventils steuert den Fluß des Druokfluids durch das Ventil hindurch aus drei Durchlässen für Betrieb oder Ruhe in einem Arbeitsglied wie beispielsweise einem Zylinder. Sin wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung liegt dabei darin, daß sich das Ventil von seinem Verteilerkopf abnehmen und um 180° in eine Stellung drehen läßt, bei der die eine Seite der Ventilanordnung mit einem übergang von einer normalerweise geschlossenen Einstellung zu einer normalerweise geöffneten Einstellung arbeitet, während auf der anderen Ventilseite ein Übergang von einem normalerweise geöffneten Zustand zu einem normalerweise geschlossenen Zustand erfolgt. Dies ergibt ein modulartiges Ventilsystem, bei dem die einzelnen Ventile mit unterschiedlicher Ausrichtung nebeneinander angeordnet werden können und vielfältige Funktionen erfüllen, die ihren Einsatz in unterschiedlichen Hydraulikkreisen ermöglichen, ohne daß innere Teile der Ventile ausgetauscht oder abgeändert werden müssen.

Sin weiteres entscheidend wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß ein rund um den Ventilkegel bzw. das bewegliche Ventilglied angeordnetes Flußsteuerglied gerichtete Durchlässe aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der Fluidströmung von den Einlassen innerhalb der Ventilanordnung verlaufen, was zu einer wesentlichen Verminderung

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der Kavitation and der Turbulenz im Fluid führt und einen mehrfachen laminaren Strömungsverlauf ergibt, wodurch ein Verschleiß an Ventilteilen verhindert wird, indem der Fluidstrom verteilt und über eine größere Fläche erstreckt wird, so daß es insbesondere nicht zu einer Flußkonientration auf einen kleinen Bereich in der Bähe der Sin- und AusgangsanSchlüsse für das Hydraulikfluid kommen kann.

Ein anderes bedeutsames Merkmal der Erfindung liegt auch darin, daß der Elektromagnet für die Ventilbetätigung vollständig unter Hydraulikfluiddruck gesetzt werden kann, so daß alle seine inneren Teile in das Hydraulikfluid eintauchen. Bei dieser Verfahrensweise wird ein relativ dünnwandiger Tubus als Trennelement zwischen den Wicklungen und dem Polschuh und dem Kolben des Hubmagneten verwendet. Der Betrieb der in das Hydraulikfluid, dessen Druck beispielsweise bis zu 7,15 Bar (10.000 p.s.i.) betragen kann, eintauchenden Anordnung führt zu einer Wärmeabgabe über das Hydraulikfluid ebenso wie über Kühlrippen an der Gehäuseaußenseite. Auf diese Weise bleiben die Wicklungen kälter, und ihr elektrischer Widerstand bleibt entsprechend niedriger, was einen Betrieb mit stärkerem elektrischem Stromfluß erlaubt, der wiederum zu größerem Magnetfluß für die Betätigung von Polschuh und Kolben des Hubmagneten führt. Die Bünnwandigkeit des Tubus wiederum bringt die Wicklungen näher an den Polschuh und den Kolben heran und steigert damit die Wirksamkeit der Wicklungen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulichtι es zeigern

Fig. 1 einen Längsschnitt dmroh ein für seinen ersten Betriebsmodus auf einem Verteilerkopf befestigtes Spindelventil mit Betätigung durch einen Hubmagneten,

Fig. 2 eine entsprechende Teildarsteilung für das um 180° auf dem

Verteilerkopf verdrehte Ventil in der seinem zweiten Betriebsmodus entsprechenden Stellung,

Fig. 3 eine Unteranaieht des Ventils mit Barstellung der Elmgangs- und Ausgangsansohlüsse und der BefestigungelöOher im Ventilkörper zur Veraneohmuliohung der Auswirkungen der Verdrehung des Ventils auf die Lage der einseinen Anschlüsse,

Fig. 4 einen Teilsohnitt dureh das Ventil in der seinem zweiten

Betriebsmodus entsprechenden Stellung auf dem Verteilerkopf bei erregtem Hubmagneten und weiter komprimierter Feder,

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Pig. 5 einen Schnitt durch das linke Teilstück dee in Fig. 8 gezeigten zweiteiligen Flußsteuergliedes,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Flußsteuergliedes bei der Ventilausführung nach Fig. 1 und 2,

Fig. 7 einen Teil schnitt durch eine andere Ausfiihrungsfom für die Spindelventilanordnung,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung des Flußsteuergliedes bei der Ventilausführung nach Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Spindelventilaueführung ■it Darstellung eines Zwischensitzringes alt periodisch verteilten öffnungen

und Fig. 10 den Zwischensitzring von Fig. 9 in einer Vorderansicht.

Das in Fig. 1 mit in einer normalerweise geschlossenen Stellung befindliche« Ventilglied dargestellte Spindelventil besitzt ein zweiteiliges Gehäuse, das aus eines blockföraigen Ventilkörper 1 und eines damit über ein Gewinde 2 verschraubten, im allgemeinen dickwandigen zylindrischen Hantel 5 besteht, in dem ein Elektromagnet untergebracht ist, der beispielsweise die Form eines Solenoids 4 aufweist* Der Ventilkörper 1 ist mittels in der Zeichnung nicht eigens dargestellter Bolzen, die durch in Fig. 3 gezeigte Löcher 6 hindurchgehen, auf einen Verteilerkopf 5 aufgeschraubt. Dank dieser Befestigungsweise lassen eich der Ventilkörper 1 zusammen mit dem Mantel 2 und damit das Ventil als Ganzes vom Verteilerkopf 5 abnehmen und um 180° gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung verdreht darauf aufschrauben, womit die in Fig. 2 dargestellte Stellung erreicht ist.

Vie die Zeichnung zeigt, weist der Verteilerkopf 5 drei Kanäle 7, 8 und 9 auf. Von diesen drei Kanälen 7, 8 und 9 führt der Kanal 7 zu einem in der Zeichnung nicht gezeigten Vorratstank für Hydraulikfluid, und er steht in Fig. 1 mit einem Kanal 10 im Ventilkörper 1 in Verbindung. Der Kanal 8 im Verteilerkopf 5 führt zu einem in der Zeichnung ebenfalls nicht gezeigten Arbeitsglied wie einem Zylinder, einem Fluidmotor oder dergleichen zwecke dessen Versorgung mit Hydraulikfluid, und er steht im Ventilkörper 1 mit einem Kanal 11 in Verbindung. Der dritte Kanal 9 i· Verteilerkopf 5 kommt beispielsweise von einer Pumpe und führt Hydraulikfluid unter Druck, das er in Fig. 1 an einen Kanal 12 im Ventilkörper 1 abgibt.

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Auf seiner Außenseite ist der das Wicklungen 14 aufweisende Solenoid 4 aufnehmende Mantel 3 mit Kühlrippen 13 versehen, die zur Verbesserung der Wärmeabfuhr dienen. lach innen zu umgeben die Wicklungen 14 des Solenoids 4 einen im allgemeinen dünnwandigen Tubus 15, der seinerseits einen im Anschluß an das freie Ende des Mantels 3 angeordneten Polschuh 16 und einen vor diesem, also auf den Ventilkörper 1 zu angeordneten Hubkolben 17 umschließt.

Das gesamte Solenoid 4 einschließlich der Wicklungen 14, des Polschuhe 16 und des Hubkolbens 17 taucht in aus Fig. 1 ersichtlicher Weise in Hydraulikfluid 18 ein. Der Tubus 15 braucht daher nicht den Druck des Hydraulikfluids 18 aufzunehmen, und er kann somit dünnwandig ausgeführt werden. Zufriedenstellende Arbeitsergebnisse können mit einer Wandstärke für den Tubus 15 im Bereich zwischen 0,25 und 1,25 am (0,010 bis 0,050 in.) erzielt werden, wobei sieh ein Wert von 0,50 mm (0,020 in.) als optimal erwiesen hat.

Die erfindungsgemäß vorger ine vollkommen in das Hydraulikfluid 18 eintauchende Ausführung des Solenoids 4 führt im Vergleich zu einer Ausbildung, bei der nur der Hubkolben allein mit dem Hydrulikfluid in Berührung kommt, zu einem kleineren Aufbau, ergibt aber dennoch gleiche oder ähnliche funktioneile Eigenschaften. Da alle Teile des Solenoids 4 vollkommen in das Hydraulikfluid 18 eintauchen, wirkt dieses ebenso wie die Kühlrippen 13 an der Wärmeabfuhr mit. Auf diese Weise bleiben die Wicklungen 14 kühler, und der elektrische Widerstand in den Drähten ist geringer, was zu einem erhöhten Stromfluß in den Wicklungen 14 und damit zu einem größeren Magnetfluß für die Betätigung des Polschuhe 16 führt. Weiter rücken die Wicklungen 14 dank der geringeren Wandstärke des Tubus 15 näher an den Polschuh 16 heran, was ebenfalls dessen Betätigung wirkungsvoller gestaltet. Die zu den Wicklungen 14 führenden Anschlußleitungen gehen durch Dichtungen 19 hindurch, von denen in Pig. 1 eine im Ventilkörper 1 angeordnete gezeigt ist.

Zwischen dem Polsohuh 16 und dem Hubkolben 17 besteht in Pig. 1 ein Querspalt 20, der in seiner Größe allgemein dem Bewegungsumfang der Ventilanordnung entspricht, wie dies unten noch im einzelnen erläutert

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ist. Außerdem verlaufen durch den Hubkolben 17 hindurch mehrere Eanfil· 20a, dl· «in Wegfließen τοη Hrdraulikfluid 18 τοη dem Solenoid 4 ermöglichen. Sin longitudinaler Kanal 21 durchquert den Polschuh 16 und den Hubkolben 17 in deren Mitte, und er Blut an seines dea Tentilkörper 1 sugewandten Ende da« äußere Ende eines Ventilstößele 22 auf, der einstellbar in den Hubkolben 17 eingeschraubt ist· An seinem äußeren Ende vird der Kanal 21 durch einen in den Mantel 3 eingeschraubten Stöpsel verschlossen. Zwischen dem Tentilkörper 1 und de· Mantel 3 sind la Anschluß an das Gewinde 2 geeignete Sichtungen 24 rorgesehen, die einen Austritt τοη Hvdraulikfluid an dieser Verbindungsstelle verhindern.

Ia Überlappungsbereich des Tentilkörpers 1 alt dea Mantel 3 ist rund üb den Ventilstößel 22 eine Druckfeder 23 angeordnet. Diese Druckfeder 25 ist innerhalb einer verstellbaren Gewindehülse 26 untergebracht, die in den Ventilkörper 1 eingeschraubt ist. Dabei koaat die Druckfeder 23 ait ihres einen Ende an eines äußeren Flansch der Gewindehülse 26 und sit ihres anderen Ende an einer Bingschulter 27 as Ventilstößel 22 but Anlage.

Ia Ventilkörper 1 findet der Ventilstößel 22 in longitudinaler Richtung verstellbar Aufnabae in eines Hohlraum 28, der in Fig. 1 Verbindung hat su dea sua Vorratstank führenden Kanal 10. An seinea ia Ventilkörper 1 liegenden Ende enthält der Ventilstößel 22 eine bundartig ausgebildete Ausnehmung 29, in die τοη ihrem offenen vorderen Ende her das äußere Ende eines Ventilsohaftes 30 eingesehraubt ist.

Außer dem Ventilschaft 30 weist der Ventilkegelabsohnitt einen Schaftkopf 31, der bei dem dargestellten Beispiel kugelförmig ausgebildet ist, und einen alt ebenen Endflächen ausgeführten eigentlichen Ventilkegel 32, auf, der den Schaftkopf 31 in einer entsprechend gef »raten Kammer aufnimmt. Bund um den Ventilkegel 32 selbst ist ein Flußsteuerglied 33 von im wesentlichen hohl«ylInderfδrmiger Gestalt angeordnet, das gleiohseitig als Abstandshalter wirkt. Der gesamte Ventilkegelabsohnitt findet seine Begreniung in swei ebeaen Ventilsitsen 34 vnd 35, τοη denen der eine auf der einen Seite des Ventilkegels 32 und der andere auf der anderen Seite des Ventilkegels 32 im Ventilkörper 1 angeordnet 1st. Beide Vantilsitse

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Jik und 35i ^ie jeder auf seiner Außenseite je eine Dichtung 36 tragen, sind ebenfalls dem Ventilkegelabschnxtt zuzurechnen.

Das Flußsteuerglied 33i das in Fig. 6 gesondert dargestellt ist, weist einen Mittelabschnitt 37 und zwei daran auf beiden Seiten anschließende Ringflansche 39 auf, in die jeweils mehrere zueinander parallele und mit gegenseitigem Abstand verlaufende Durchlässe 38 eingeschnitten sind. Dabei weisen die .endseitigen Eingflansche 39 beide einen größeren Außendurchmesser auf als der Mittelabschnitt 371 iⁿ dessen Bereich daher auf der Außenseite des Flußsteuergliedes 33 Platz für einen Fluidstrom rund um das Flußsteuerglied herum verbleibt. Die Durchlässe 38 in den Ringflanschen 39 zu beiden Seiten des Mittelabschnitts 37 des Flußsteuergliedes verlaufen in einer zur Richtung des Fluidflusses in den oder aus dem Kanal 11 im Ventilkörper 1 im allgemeinen senkrechten Richtung und bewirken eine entsprechende Umlenkung des Fluidflusses. Im Normalfalle würde das Hydraulikfluid den Weg des geringsten Widerstandes nehmen und damit zu einer Konzentration des Hauptanteils des Fluidflusses an dem einzigen Auslaßkanal führen, wie das bei den bisher bekannten Ventilkonstruktionen der Fall ist und dort zu einer Verschleißkonzentration für die Ventilsitze Anlaß gibt. Der sich dank des erfindungsgemäß ausgebildeten Flußsteuergliedes 33 durch den Fluidfluß durch die Durchlässe 38 in den Ringflanschen 39 ergebende im wesentlichen laminare Ströniungsverlauf vermindert die Kavitation und die Turbulenz in dem strömenden Hydraulikfluid. Dies ergibt eine gesteigerte Lebensdauer für die gesamte Ventilanordnung einschließlich der Ventilsitze J>k und 35 und führt zu einer effektiveren Versorgung des in der Zeichnung nicht gezeigten Arbeitsgliedes mit Druckfluid für dessen Betätigung.

Die Ventilsitze 3^ und 35 besitzen jeder eine ebene Außenfläche kO, an der die entsprechende ebene Endfläche des Ventilkegels 32 bei dessen Aufsitzen auf den jeweiligen Ventilsitz J>k bzw. 35 zur Anlage kommt. In diese Außenfläche ^fO ist bei jedem der beiden Ventilsitze 3k und J>3 in der Nachbarschaft des den Ventilschaft JQ aufnehmenden zentralen Hohlraumes 28 im Ventilkörper 1 je eine Ringnut A-1 eingearbeitet, die bei der Steuerung des Fluidflusses durch die Spindelventilanordnung mitwirkt.

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Die Ventilanordnung, zu der insgesamt der Ventilschaft 30, der Sxhaftkopf 31, der Ventilkegel 32 und weiter das Flußsteuerglied 33 sowie die Ventilsitze 34 und 35 gehören, ist im Ventilkörper 1 am inneren Ende eines im allgemeinen weiten Hohlraumes 42 angeordnet, der in Fluidverbindung mit dem Hydraulikfluid unter Druck führenden Kanal 12 in Fig. 1 steht. Nach innen zu wird dieser Hohlraum 42 von einer Ringschulter 43 begrenzt, an der unter Abdichtung durch die eine Dichtung 36 auch der Ventilsitz 34 zur Anlage kommt. Eine gegenüber der Eingschulter 43 nach außen zu versetzte zweite Ringschulter 44 im Ventilkörper 1 nimmt eine in Form eines O-Ringes ausgebildete Dichtung 45 auf und dient außerdem als Abstützung für einen ringflanschförruigen Sitzhalter 46, der den Ventilsitz 35 an seinem Platz im Ventilkörper 1 hält. In das offene Ende des Hohlraumes 42 im Ventilkörper 1 ist als Abschlußelement eine Ventilbuchse 47 eingeschraubt.

Durch eine zentrale öffnung in der Ventilbuchce 47 in deren Längsrichtung geht ein Stift 48 hindurch, der durch die Ventilbuchce 47 hindurch aus dem Ventilkörper 1 nach außen vorsteht. An der Ventilbuchse 47 ist außerdem ein Schwenkhebel 49 angelenkt, der sich von Hand betätigen läßt und nötigenfalls eine manuelle Ventilbewegung über den Stift 48 ermöglicht. Der Stift 48 ist in der Ventilbuchse 47 in einem abgedichteten Lager 50 geführt. Gegenüber den Innendruck im Hohlraum 42 ist die Ventilbuchse 47 mittels einer Dichtung 51 abgedichtet.

Der Ventilkörper 1 enthält weiter eine etwa in seiner Längsrichtung

verlaufende Bohrung 52, die in Fig. 1 den Hydraulikfluid unter Druck

führenden Kanal 12 über einen Hohlraum 53 mit dem Inneren des Solenoids verbindet.

In Fig. 1 steht das Hydraulikfluid 18 im Solenoid 4 unter Druck. Die Ventilanordnung befindet sich auf beiden Seiten im Gleichgewicht durch Hydraulikfluid irn Hohlraum 53 und durch Hydraulikfluid im Kohlraum 42, das jeweils mit dem Druck führenden Kanal 12 in Verbindung steht. Dementsprechend drückt bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Betriebsmodus und nicht aktiviertem Solenoid 4 die Druckfeder 25 den Ventilstößel 22

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und über diesen den Ventilschaft JO vom Solenoid k weg und damit den Ventilkegel 32 gegen den Ventilsitz 35. Dies sperrt jeglichen Fluß von Hydraulikfluid unter Druck aus dem Kanal 12 durch die Ventilanordnung ab, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist, so daß sich die Ventilanordnung in ihrer normalerweise geschlossenen Stellung befindet. Weiter ist in dieser Stellung der Ventilkegel 32 vom Ventilsitz 3¹+ abgehoben, so daß Hydraulikfluid aus dem Kanal 8 vom Arbeitsglied über den Kanal und von dort um und durch das Flußsteuerglied 33 und zwischen dem Ventilsitz 3k und dem Ventilkegel 32 hindurch in den Hohlraum 28 hinein und von dort über die Kanäle 10 und 7 weiter zum Vorratstank fließen kann.

Weiter fließt in der oben beschriebenen normalerweise geschlossenen Stellung der Ventilanordnung etwas Hydraulikfluid unter Druck aus dem Kanal 12 über die Bohrung 52 im Ventilkörper 1 in den vor dem Solenoid k gelegenen Hohlraum 53 und von dort zu und rund um Wicklungen 14, Polschuh 16 und Hubkolben 17.

Wenn dann die Wicklungen im· elektrisch erregt werden, zieht der Hubkolben 17 den Ventilstößel 22 und den Ventilschaft 30 nach innen und bringt damit den Ventilkegel 32 zur Anlage am Ventilsitz 3^-» womit der Fluidfluß durch die Ventilanordnung vom Kanal 11 zum Kanal 10 abgesperrt wird. Bei dieser Bewegung des Ventilstößels 22 wird die Druckfeder 25 zusammengedrückt und der Ventilkegel 32 vom Ventilsitz 35 abgehoben. Das Hydraulikfluid fließt dann aus dem Druck führenden Kanal 12 durch die Ventilanordnung und den Kanal 11 in den zum Arbeitsglied führenden Kanal 8, Außerdem fließt Hydraulikfluid unter Druck aus dem Kanal 9 über den Kanal 12 und die Bohrung 32. in den Hohlraum 53 und in das Solenoid k hinein, das damit in allen seinen Teilen weiter mit Hydraulikfluid unter Druck in Berührung steht.

Die Vielseitigkeit des erfindungsgemäß ausgebildeten Spindelventils erfahrt eine wesentliche Steigerung dadurch, daß gemäß einem zweiten Betriebsmodus sein Gesamtgehäuse mit dem Ventilkörper 1 und dem Mantel 3 vom Verteilerkopf 5 abgeschraubt und um i8ü° verdreht wieder darauf festgeschraubt werden kann. Auf diese Weise wird gemäß der Darstellung in

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Fig. 2 der dort rechts liegende und ehemals in Fig. 1 mit dem Vorratstank verbundene Kanal im Ventilkörper 1 nunmehr zum Druck führenden Kanal, während der in Fig. 2 linke und ehemals äruckführende Kanal mit dem Vorratstank in Verbindung kommt. In der nachstehenden Beschreibung sollen jedoch der Einfachheit halber und in Entsprechung zu den in Fig. verwendeten Bezugszahlen 10, 11 und 12 diesen die gleichen Kanäle im Ventilkörper 1 zugeordnet werden, wie dies der Lage in Fig. 1 entspricht. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt die drei Kanäle 10, 11 und 12 in einer Unteransicht in ihrer symmetrischen Ausrichtung, wobei durch einen in gestrichelten Linien eingezeichneten Kreis die Vertauschung von Druckkanal und Tankkanal durch eine Verdrehung von Ventilkörper 1 und Mantel 3 des Gehäuses um ISO auf dem Verteilerkopf 5 angedeutet ist.

In Fig. 2 hält die Druckfeder 25 nach der beschriebenen Verdrehung die Ventilanordnung in ihrer linken Endlage, so daß der Hydraulikfluid unter Druck führende Kanal 12 freigegeben ist und Hydraulikfluid unter Druck zwischen dem Ventilsitz J>k und dem Ventilkegel 32 hindurch und über die Durchlässe 38 im Flußsteuerglied 33 ²^ den zum Arbeitsglied führenden Kanälen 11 und 8 im Ventilkörper 1 bzw. im Verteilerkopf 5 fließen kann. Umgekehrt hält die Ventilanordnung den zum Vorratstank führenden Kanal 10 in Fig. 2 für den Fluidfluß geschlossen, da der Ventilkegel 32 unter dem Einfluß der Druckfeder 25 auf dem Ventilsitz aufsitzt.

V/enn dann das Solenoid ^f elektrisch erregt wird, erfährt der Hubkolben 17 Betätigung durch die Wicklungen 1^f und zieht den Ventilschaft 30 in Fig. 2 nach rechts, so daß der Ventilkegel 32 unter Zusammendrückung der Druckfeder 25 in der in Fig. k gezeigten V/eise zum Aufsitzen auf dem Ventilsitz J>k kommt und damit weiteren Fluidfluß unter Druck aus dem Kanal 12 zum Kanal 11 unterbindet. Gleichzeitg wird der Ventilkegel 32 auf der anderen Seite vom Ventilsitz 35 abgehoben, womit ein Fluidfluß aus dem Kanal 11 über die Ventilanordnung und die Kanäle 10 und 7 zum Vorratstank möglich wird.

Die Darstellung in Fig. 6 zeigt das einstückige hohlzylindrische Flußsteuerglied 33 aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 in einer

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perspektivischen Ansicht. In dieser Darstellung ist der kleinere Durchmesser des zwischen den beiden endseitigen Ringflanschen 39 liegenden MittelabschnittB 37, an dem vorbei sich der Fluidfluß vollzieht, deutlich erkennbar, leiter sind auch die in die Kingflansche 39 eingeschnittenen Durchlässe 38 gut sichtbar, die nach dem Einbau des Flußsteuergliedes in den Ventilkörper 1 in im wesentlichen senkrechter Richtung zu der ohne das Flußsteuerglied 33 normalen Fließrichtung für das Hydraulikfluid auf dem Wege zum oder vom Kanal 11 verlaufen, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist.

Die Darstellung in Fig. 7 ist eine Detailansicht für eine andere Ausführungsform für ein Spindelventil gemäß der Erfindung, das anstelle der Ventilanordnungen von Fig. 1 und 2 eingesetzt werden kann und die gleiche Betriebsweise für die Steuerung des Flusses eines Hydraulikfluids zeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist ein in aus der Darstellung in Fig. 8 ersichtlicher Weise aus zwei zylindrischen Teilen 54a und 54b zusammengesetztes Flußsteuerglied vorgesehen, das wiederum als Führungselement für den Fluidstrom dient. Die beiden Teile 54a und 54b werden mittels eines Paßstiftes 55 zusammengefügt und schließen dann ein großvolumiges Kugelventil 56 zwischen sich ein. Bei dieser Bauform für ein Flußsteuerglied gemäß der Erfindung sind wiederum gerichtete Durchlässe 57 als Führungskanäle für das Hydraulikfluid vorgesehen, jedoch enthalten die beiden das Flußsteuerglied bildenden Teile 54a und 54b diese Durchlässe statt in endseitigen Ringflanschen 59 jeweils in einem im Außendurchmesser kleiner gehaltenen Hittelabschnitt 58.

Das Kugelventil 56 wird in dem Flußsteuerglied aus den Teilen 54a und 54b zwischen zwei mit gegenseitigem Abstand in lateraler Richtung zu beiden Seiten einer ringförmigen Ausnehmung 62 angeordneten Ventilsitzen 60 und 61 eingegrenzt. In Fig. 7 ist das Kugelventil 56 in Analogie zu der Darstellung in Fig. 2 in einer normalerweise offenen Stellung gezeigt, in der es unter dem Einfluß einer Druckfeder 25 wie in Fig. 2 an dem Ventilsitz 60 anliegt. Wenn das Kugelventil 56 über einen damit

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verbundenen und in den Ventilstößel 22 eingeschraubten Ventilschaft 63 entgegen der Kraft der Druckfeder Z5 mit Hilfe eines elektrisch erregten Solenoids k in Analogie zu der Darstellung in Fig. k auch in Fig. 7 nach rechts gezogen wird, kommt es von dem Ventilsitz 60 frei und dafür am Ventilsitz 61 zur Anlage. Dadurch wird die Ventilanordnung von Fig. 7 in ihre normalerweise geschlossene Stellung überführt, in der kein Fluß von Hydraulikfluid am Ventilsitz 61 vorbei zu den Kanälen 10 oder 11 erfolgen kann, wie dies auch in Fig. *f der Fall ist. Ebenso wie in Fig. k fließt dann Hydraulikfluid vom Arbeitsglied über den Kanal 11 und den Kanal 10 zum Vorratstank.

Auch die Ventilanordnung nach Fig. 7 ist insgesamt in einem Ventilkörper 1 und einen Hantel 3 untergebracht und läßt sich unter deren Verbindung mit einem Verteilerkopf 5 in zwei um 18O relativ zueinander gedrehten Stellungen nach zwei Betriebsweisen einsetzen, wie dies oben für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 geschildert ist. Der gerichtete Fluidstrom durch die Durchlässe 57 in Fig. 7 entspricht dem Fluidstrom durch die Durchlässe 38 in dem Flußsteuerglied 33 des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die beiden Teile 5^a und 5^b des Flußsteuergliedes von Fig. 7 in der dort ersichtlichen Weise zusammengefügt sind. Auch die Durchlässe 57 verlaufen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Durchlässe 38 im wesentlichen senkrecht zur Ilauptflußrichtung des Fluids durch die Ventilanordnung und ändern damit dessen Ströiaungsrichtung unter überführung eines im allgemeinen turbulenten Strömungsverlaufs in einen in allgemeinen laminaren Strömungsverlauf.

Das modulare und solenoidbetätigte Spindelventil gemäß der Erfindung mit seiner mehrfachen Funktion, wie es in Verbindung mit den Darstellungen in Fig. 1 und 2 oben mit einem Aufbau mit einem Schaftkopf 31, einem ebenflächigen Ventilkegel 32 und einem Flußsteuerglied 33 beschrieben ist, läßt sich von einen Dreiwege/ Zweistellungs-Ventil in der in Fig. 9 und 10 veranschaulichten Weise zu einem Zweiwege/Zweistellungs-Ventil modifizieren, indem einer der beiden Ventilsitze 3k oder 35 des ersten Ausführungsbeispiels Distanzhalter-Ventilsitz 6k ersetzt wird, wie er insbesondere in Fig. 10 dargestellt ist.

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Die Darstellungen in Fig. 9 und 10 lassen erkennen, daß der Ventilsitz Gk in seiner Sitzfläche eine Mehrzahl von ringartig verteilten Öffnungen 65 enthält, die einen Fluidfluß auch dann zulassen, wenn der ebenflächige Ventilkegel 32 an dem Ventilsitz 6k anliegt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Bei dieser Einstellung fließt Hydraulikfluid durch die Ventilanordnung, wobei es zunächst die Durchlässe 38 im Elußsteuerglied 33 und sodann die öffnungen 65 durchströmt und schließlich in einen Vorratstank oder einen sonstigen Behälter gelangen kann.

Das dargestellte Ventil kann, wie dies oben in Verbindung mit den Darstellungen in Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist, in normalerweise geöffneter oder in normalerweise geschlossener Betriebsart arbeiten, je nachdem welcher der beiden Ventilsitze ~j>h und J>5 durch den Distanzhalter-Ventilsitz 6*t ersetzt ist. Das in Fig. 9 und 10 gezeigte Zweiwege/Zweistellungs-Ventil kann als ein normalerweise offenes oder als ein normalerweise geschlossenes Zweiwege/ Zweistellungs-Ventill betrieben v/erden, indem es in zwei um 180 gegeneinander verdrehten Stellungen auf dem Verteilerkopf 3 befestigt wirJ, wie dies oben für die in Fig. 1, 2 und dargestellten Dreiwege/Zweistellungs-Ventile beschrieben ist.

Für den Bau von erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilen lassen sich der ebenflächige Ventilkegel 32 von Fig. 1 und 2 oder das Kugelventil von Fig. 7 durch Ventilkegel oder Ventilglieder von mannigfacher Form ersetzen. In jedem Falle aber müssen die eingesetzten Ventilglieder ausreichende Passungen für ein Zusammenarbeiten mit den Ventilsitzen aufweisen, um ein Durchlecken von Fluid zu verhindern.

Die Ventilanordnung und das Solenoid k ebenso wie der Ventilkörper 1 und der Mantel 31 wie sie in der Zeichnung dargestellt, oben aber nur soweit für das Verständnis der Erfindung notwendig beschrieben worden sind, müssen an den belasteten Flächen mit Dichtungen versehen sein, die einen Durchtritt von Hydraulikfluid auch unter dem hohen Druck von bis zu 7>15 Bar (10.000 p.s.i.) verhindern können, dem die Ventilanordnung gemäß der Erfindung unterworfen ist.

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Das modulare Spindelventil mit solenoidbetätigter Ausbildung gemäß der Erfindung stellt mit Rücksicht auf seine Umstellbarkeit von einem ersten Betriebsmodus auf einen zweiten durch eine Verdrehung des Ventilkörpers 1 oder des Verteilerkopfes 5 um 18O ein vielseitiges Ventil dar, das verschiedene Betriebsweisen mit oder ohne Last ermöglicht. Dies läßt sich ohne den Austausch irgendwelcher innerer Bauteile für das Dreiwegeventil und durch einen einfachen Ventilsitzaustausch für das Zweiwegeventil erreichen. Die Vielseitigkeit des erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils ermöglicht seinen Einsatz im Rahmen eines Baukastensystems, bei dem die Ventile Seite an Seite oder in einem Stapel verwendet werden. Toleranzprobleme erfahren eine wesentliche Abschwächung, und jeder Einlaßkanal im Ventilkörper kann unter Druck gesetzt werden, um den Betriebs— modus zu ändern. Im speziellen Fall kann eine Fluidquelle wie eine in der Zeichnung selbst nicht dargestellte Pumpe an jeden der drei Kanäle im Ventilkörper angeschlossen werden, was dem Ventil die Vielseitigkeit eines mehrfunktionellen Hydraulikkreises verleiht.

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Claims

Dr. HASSE - Dr. FRANKE - Dr. ULLRICH

PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND HEIDELBERG Ί 9 4 9 7 6 3

P 72/472 1"· 12. 1979

Dr.F/ F München

Patentansprüche

pindelventil in raodularer Ausführung mit elektromagnetiocher Betätigung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1, J;) zwischen zv/ei darin mit gegenseitigem Abstand in lateraler Richtung angeordneten Ventilsitzen (^A, 35; 60, 61 ; 3^, 6*f) ein Ventilglied (32; 56) angeordnet ist, das durch ein auf seiner einen Seite im Gehäuse angeordnetes Druckglied (25) norrnalerwei.se in Anlage an dem einen der beiden Ventilsitze gehalten wird und sich durch einen ebenfalls im Gehäuse untergebrachten Elektromagneten (4) bei dessen elektrischer Erregung unter Konpression des Druckgliedes von diesem Ventilsitz abheben und an den anderen Ventilsitz anlegen läßt, daß das Gehäuse eine Kehrzahl von Kanälen (10, 11, 12) enthält, die sämtlich mit Fluiddruck beaufschlagbar und über das Ventilglied in Abhängigkeit von dessen Stellung relativ zu den Ventilsitzen zu Fluidfluß unter Druck von einem !Canal zu einem anderen miteinander verbindbar sind, und daß das Gehäuse in lösbarer und wahlweise um 18ü verdrehbarer Weise mit einem Verteiler (5) verbunden ist, der mit den Kanälen im Gehäuse fluchtende Kanäle (7» δ, 9) enthält, deren Zuordnung zu den Kanälen im Gehäuse durch dessen Verdrehung gegenüber dem Verteiler zwecks Änderung im Betriebsmodus für das Ventil veränderbar ist.

2. Sfindelνentil in modularer Ausführung mit elektromagnetischer Betätigung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1, J>) zwischen zwei darin mit gegenseitigem Abstand in lateraler Richtung angeordneten Ventilsitzen (3¹S 35; 60, 61; 3k, 64) ein Ventilglied (32; 56) angeordnet ist, das durch ein auf seiner einen Seite im Gehäuse angeordnetes Druckglied (25) normalerweise in Anlage an dem einen der beiden Ventilsitze gehalten wird und sich durch einen ebenfalls im Gehäuse untergebrachten Elektromagneten (4) bei dessen elektrischer Erregung unter Kompression des Druckgliedes von diesem Ventilsitz abheben und an den anderen Ventilsitz anlegen läßt, daß das Gehäuse eine 1 lehrzahl von

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ORIGINAL INSPECTED

Kanälen (1O, 11, 12) enthält, die sämtlich mit Fluiddruck beaufschlagbar und über das Ventilglied in Abhängigkeit von dessen Stellung relativ zu den Ventilsitzen zu Fluidfluß unter Druck von einem Kanal zu einem anderen miteinander verbindbar sind, und daß mit dem Ventilglied ein zylindrisches Fluß-steuerglied (33; 5^a, 5*+b) zusammengebaut ist, das im Strömungswege des Hydraulikfluids liegt und eine Kehrzahl von getrennten Durchlässen (38; 57) enthält, die in zur normalen Strömungsrichtung des Hydraulikfluids durch das Ventil im wesentlichen senkrechter Sichtung verlaufen und den Fluidfluß von einem im allgemeinen turbulenten Strömungsverlauf in einen im wesentlichen laminaren Strömungsverlauf mit vermindertem Verschleiß an den Ventilteilen im Strömungsweg des Hydraulikfluids umleiten und verteilen.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Ventilkörper (l) und einen den Elektromagneten (4) aufnehmenden Mantel (3) aufweist und drei Kanäle (1O, 11, 12) enthält, von denen ein zentraler Kanal (11) nach dem Aufschrauben des Gehäuses auf den Verteiler (5) mittels lösbarer Schrauben mit einem zu einem Arbeitsglied führenden zentralen Kanal (8) im Verteiler fluchtet, während von den beiden äußeren Kanälen (10 und 12) im Ventilkörper der auf der einen Seite des zentralen Kanals angeordnete mit einem zu einem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid führenden Kanal (7) im Verteiler und der auf der anderen Seite des zentralen Kanals angeordnete mit einem von einer Quelle für Druckfluid kommenden Kanal (9) im Verteiler verbunden ist, und daß sich die Ventilanordnung in einem ersten Betriebsmodus in einem normalerweise geschlossenen Zustand befindet, bei dem der Druck führende Kanal im Ventilkörper durch das Druckglied (25) geschlossen gehalten wird, das das Ventilglied (.32; 56) in Anlage an dem einen der beiden Ventilsitze (3^, 35j 6O, 61; 3^, 64) hält und damit einen Durchgang von Hydraulikfluid unter Druck durch die Ventilanordnung unterbindet, die zum Arbeitsglied und zus Vorratsbehälter führenden Kanäle im Verteilerkörper aber zu Fluidfluß von dem einen dieser Kanäle zum anderen über die Ventilanordnung miteinander verbunden hält, und danach unter elektrischer Erregung des Elektromagneten und Kompression des Druckgliedes das Ventilglied an den anderen der beiden Ventilsitze angelegt wird und damit die Verbindung zu dem zum Vorratsbehälter führenden Kanal im Ventilkörper unterbricht und den Druck

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führenden kanal mit dein zun: Arbeitsj.lied führenden Kanal zu dessen Speisung mit Fluid unter Druck in Verbindung bringt, in einen durch eine Verdrehungvon Ventilkörper und Hantel relativ zum Verteiler um 18O erreichbaren zweiten üetriebamodus jedoch einen Zustand aufweist, bei dem das Druckglied die Ventilanordnung in einer Stellung hält, in der sich der Druck führende Kanal im Ventilkörper in einem normalerweise offenen Zustand befindet und die Ventilanordnung einen Fluß von Hydraulikfluid unter Druck durch das Flußsteuerglied (33; 5*fa, 5^b) hindurch zu dem zum Arbeitsglied führenden Kanal erlaubt, den zum Vorratsbehälter führenden Kanal dagegen für einen Fluiddurchgang absperrt, wonach unter elektrischer Erregung des Elektromagneten und Kompression des Druckgliedes die Ventilanordnung den Druck führenden Kanal absperrt und einen Fluß von Hydraulikfluid unter Druck durch die Ventilanordnung von dem zum Arbeitsglied führenden Kanal zu dem zum Vorratsbehälter führenden Kanal ermöglicht.

^f. Ventil· nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß von einem der Kanäle (10, 11, 12) im Ventilkörper (1) eine offene Verbindung (52) zum Elektromagneten (4) führt, über die sich die Wirkung des Druckfluids in der Ventilanordnung und im Elektromagneten ausgleicht.

5· Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis ^₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung einen kugelförmigen Schaftkopf (3I) und einen diesen umschließenden Ventilkegel (32) mit zwei ebenen Endflächen aufweist, daß dac Flußsteuerglied (33) ein als ein Teil der Ventilanordnung vorgesehenes und als Abstandshalter zwischen den Ventilsitzen (3k, 35) wirkendes zylindrisches Bauteil ist und daß die Ventilsitze jeder eine ebene Außenfläche (kO) aufweisen, die dem Ventilkegel gegenübersteht, der daran gegebenenfalls unter Drehung auf dem Schaftkopf großflächig zu sicherer Anlage kommen kann.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußsteuerglied aus zwei komplementären Teilen (f>4a und 5^b) zusammengesetzt ist, die eine ringförmige zentrale innere Ausnehmung (62) mit ringförmigen Ventilsitzen (61, 6ü) zu beiden Seiten enthalten, in der ein kugelförmiges Ventilglied (56) Aufnahme findet, das wahlweise an dem einen oder an dem anderen der beiden Ventilsitze zur Anlage kommen kann

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und damit in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus für die Betätigung der Ventilanordnung durch das Druckglied (25) und den Elektromagneten (4) und der Montagestellung auf dem Verteiler (5) die eine Seite der Ventilanordnung alternativ für einen JTluß von Hydraulikfluid unter Druck um das Ventilglied herum und durch das Flußsteuerglied hindurch schließt oder öffnet.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Ventilsitze (34, 64) in Form eines ringförmigen Distanzhaltersitzes (64) mit mehreren durchgehenden und voneinander getrennten Öffnungen (65) ausgebildet ist, so daß im ersten Betriebsmodus mit normalerweise geöffneter Stellung der Ventilanordnung das Hydraulikfluid unter Druck durch die Ventilanordnung von dem Druck führenden Kanal durch das Flußsteuerglied (33) hindurch zu dem zum Arbeitsglied führenden Kanal und durch die öffnungen im Sitzring zu dem zum Vorratsbehälter führenden Kanal fließt, während bei elektrischer Erregung des Elektromagneten für die Betätigung des Ventilgliedes (J2) dieses an dem Distanzhaltersitz zur Anlage kommt und diesen für Hydraulikfluid unter Druck blockiert, und daß die Lage des Distanzhaltersitzes zur Umkehrung der Funktionsweise der Ventilanordnung von deren einer Seite zur anderen umtauschbar ist.

8. Spindelventil in modularer Aueführung, gekennzeichnet durch ein Flußsteuerglied (5^a, 54b) mit einer zentralen ringförmigen Ausnehmung (62) in einem ringförmigen Mittelabschnitt (38)» in dem zu beiden Seiten der Ausnehmung je ein ringförmiger Ventilsitz (6O, 6l) ausgebildet ist und das in dem Mittelabschnitt eine Mehrzahl von mit gegenseitigem Abstand und in einer zu der normalen Flußrichtung des Hydraulikfluids durch die Ventilanordnung im wesentlichen senkrecht verlaufenden Richtung angeordneten Durchlässen (37) enthält, die einen im allgemeinen turbulenten Strömungsverlauf in einen im wesentlichen laminaren Strömungsverlauf umleiten, und durch ein innerhalb der durch die Ventilsitze begrenzten Ausnehmung angeordnetes kugelförmiges Ventilglied (56), das wahlweise an dem einen oder dem anderen Ventilsitz zur Anlage kommt und damit alternativ die eine Seite der Ventilanordnung in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus für die Betätigung der Ventilanordnung für einen Fluß von Hydraulikfluid unter Druck rund um das Ventilglied und durch die Durchlässe im Flußsteuerglied schließt oder öffnet.

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9· Spindelventil in niodularer Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1, 3) zwischen zwei darin mit gegenseitigem Abstand in lateraler Richtung angeordneten Ventilsitzen (3^1 35; Cü_t 61; 3^, 64) ein Ventilglied (32; 56) angeordnet ist, das durch ein auf seiner einen Seite im Gehäuse angeordnetes Druckglied (25) normalerweise in Anlage an dem einen der beiden Ventilsitze gehalten wird und sich durch ein ebenfalls im Gehäuse untergebrachtes Betätigungsglied (k) bei dessen Aktivierung unter Kompression des Druckgliedes von diesem Ventilsitz abheben und an den anderen Ventilsitz anlegen läßt, daß das Gehäuse eine Mehrzahl von Kanälen (10, 11, 12) enthält, die sämtlich mit Fluiddruck beaufschlagbar und über das Ventilglied in Abhängigkeit von dessen Stellung relativ zu den Ventilsitzen zu Fluidfluß unter Druck von einem Kanal zu einem anderen miteinander verbindbar sind, und daß mit dem Ventilglied ein zylindrisches Flußsteuerglied (33; 5^a, 5^b) kombiniert ist, das im Strömungswege des Hydraulikfluids liegt und eine Mehrzahl von getrennten Durchlässen (38; 57) enthält, die in zur normalen Strömungsrichtung des Hydraulikfluids durch das Ventil in wesentlichen senkrechter Sichtung verlaufen und den Fluid— fluß von einem im allgemeinen turbulenten Strömungsverlauf in einen im wesentlichen laminaren Strömungsverlauf mit vermindertem Verschleiß an den Ventilteilen im Strömungsweg des Hydraulikfluids umleiten und verteilen.

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