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"Hydraulisches Ventil"
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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventil mit einem in seiner
Schließlage über eine Dichtgrenze die Verbindung zwischen Anschlüssen trennenden
Ventilkörper, insbesondere mit einem plattenförmigen Ventilkörper.
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Hydraulische Ventile der vorgenannten Art sind in vielfältigen Ausgestaltungen
bekannt und benötigen sowohl als Kugelventile wie auch als Plattenventile verhältnismäßig
große Stellwege, um Übertrittsquerschnitte ausreichender Große für eine gezielte
Durchströmung zu ermöglichen. Die erforderliche Größe der Stellwege bedingt verhältnismäßig
lange Schaltzeiten, und zwar aufgrund der Trägheit der Stellglieder, mit denen sich
derartige Stellwege aufbringen lassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Ventil
der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß dieses eine gezielte
Durchströmung bei möglichst kleinen Stellwegen ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Dichtgrenze
zwei einen Ringkanal begrenzende Dichtzonenaufweist und daß in der Öffnungslage
des Ventilkörpers die Verbindung zwischen den Ventilanschlüssen, von denen einer
vom Ringkanal ausgeht, über beide Dichtzonen gleichzeitig freigegeben ist.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung des Ventiles läßt sich mit minimalen
Stellwegen, nämlich Stelllregen in der Größenordnung zwischen 0,02 und 0,04 mm noch
eine gezielte Durchströmung verwirklichen, und es ist deshalb bei einer derartigen
Ventilausgestaltung
auch möglich, Stellglieder einzusetzen, die extrem kurze Schaltzeiten ermöglichen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann der Ringkanal auch aus mehreren
getrennten, in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Abschnitten bestehen, die mit
dem gleichen Ventilanschluß verbunden sind. Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere
unter Fertigungsgesichtspunkten von Vorteil sein.
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Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Details anhand der beigefügten
Zeichnung erläutert, die in schematischer Darstellung ein hydraulisches Ventil mit
zugeordnetem Stellglied im Schnitt zeigt.
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In der Figur ist ein Ventil 1 dargestellt, das zusammen mit dem zugehörigen
Stellglied 2 in einem Gehäuse 3 angeordnet ist, durch das die Versorgungsleitungen
abgeführt sind, wobei der Anschluß an die Druckquelle mit 4, der zum Verbraucher
führende Anschluß mit 5 und ein weiterer, beispielsweise zu einem Vorratsbehälter
führender Anschluß (Rücklaufleitung) mit 6 bezeichnet ist.
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Der mit der Druckwelle in Verbindung stehende Anschluß 4 mündet ventilseitig
auf einen Ringraum 7 aus, von dem hier axial verlaufende Kanäle 8 ausgehen. Diese
Kanäle 8 stehen mit dem Gehäuseraum 9 in Verbindung, in dem der hier durch eine
Ventilplatte 10 gebildete Ventilkörper angeordnet ist und von dem zentral der zum
Verbraucheranschluß 5 führende Kanal 11 ausgeht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Ventilkörper 10 in einer Stellung gezeigt, in der die Verbindung zwischen
den Kanälen 8 und 11 freigegeben ist.
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Gleichzeitig ist dabei die Verbindung zwischen Druckseite und Rücklauf
(zum Vorratsbehälter führender Anschluß 6) unterbrochen, und zwar dadurch, daß die
Ventilplatte 10 gegenüber dem Gehäuseraum 9 einen Ringkanal 12 abgrenzt, von dem
der zum Anschluß 6 führende Verbindungskanal 13 abgezweigt ist.
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Die Ventilplatte 10 ist über ein Stellglied in Form eines piezoelektrischen
Wandlers verschiebbar, der im wesentlichen durch einen Stapel von Piezooxydscheiben
14 gebildet ist, welche zwischen einer nicht gezeigten gehäusefesten Abstützung
und dem Bund 15 einer Führungsstange 16 angeordnet sind, die axial verschiebbar
geführt ist und über ihren Stempel 17 die Ventilplatte 10 zentral beaufschlagt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Ventilplatte 10 aus
einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Scheibe, welche axial verschiebbar
innerhalb des Gehäuseraumes 9 angeordnet ist, auf den die Kanäle 8 ausmünden und
von dem die Kanäle 11 und 13 ausgehen. Die axiale Führung der Ventilplatte 10 erfolgt
hier über eine in den Kanal 11 eingesetzte Führungshülse 18, welche in eine entsprechende
Aufnahmebohrung der Ventilplatte 10 mit Gleitsitz eingreift, wobei die Ventilplatte
10 im Bereich dieser Aufnahmebohrung über einen Führungskragen 19 axial verdickt
ist, so daß die notwendige verkantungsfreie Führung gewährleistet.
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Der Gehäuseraum 1 ist an seiner in der Zeichnung unteren, vom Stellglied
2 abgelegenen Seite 20 mit zwei zur Führungshülse i8 konzentrischen Ringstegen 21
versehen, denen an der benachbarten Seite 22 der Ventilplatte 10 vorgesehene Ringstege
23 entsprechen. Die Ringstege 21 und 23 bilden einzeln, wenn sie aufeinander aufsitzen,
jeweils eine Dichtzone und die Dichtzonen begrenzen gemeinsam einen Ringkanal 24,
auf den die vom Ringraum 7 ausgehenden Druckkanäle 8 ausmünden. In einer vereinfachten
Ausführungsform kann eine Dichtzone auch lediglich durch einen Ringsteg gebildet
sein, der gegen die Seite 20 oder 22 zur Anlage kommt.
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In der hier dargestellten Lage der Ventilplatte 10 befindet sich diese
in ihrer oberen Anschlagstellung, in der die Ringstege 21 und 23 in geringem axialem
Abstand zueinander liegen und in der der von den Ringstegen 21 und 23 eingegrenzte
Ringkanal 24 über die zwischen den Ringstegen ge-
25 gebenen Spalte
gegen den Gehäuseraum 9 offen ist. Druckflüssigkeit kann über die Spalte 25 zwischen
den Ringstegen 21 und 23, also radial austreten und gelangt über entsprechende Verbindungskanäle
oder -bohrungen in der Ventilplatte 10 in den Kanal 11. Die Verbindungsbohrungen
in der Ventilplatte 10 sind so gelegt, daß eine möglichst freie Abströmung sowohl
von dem radial innerhalb der radialen, inneren Ringstege gegebenen Ringraum 26 wie
auch von dem radial außerhalb der äußeren Ringstege liegenden Ringraum möglich ist,
und es ist hierzu die Ventilplatte 10 von wenigstens einer Diametralbohrung 27 durchsetzt,
auf die von radial außen wie auch über Axialbohrungen 28, die von dem Ringraum 26
ausgehen, die Druckflüssigkeit einströmen kann. Radial von außen ist eine möglichst
ungehinderte Einströmung dadurch erreicht, daß die Ventilplatte 10 mit radialem
Spiel innerhalb des Gehäuseraumes 9 angeordnet ist.
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In der hier dargestellten Lage, in der die durch die Ringstege 21
und 23 gebildete Dichtgrenze geöffnet ist, ist die Ventilplatte über eine Feder
29, die als Tellerfeder ausgebildet ist, axial in Richtung auf das Stellglied 2
belastet. Die Feder 29 stützt sich einerseits innerhalb des Ringraumes 26 an der
Seite 20 des Gehäuses und andererseits am Führungskragen 19 der Ventilplatte ab.
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Wird das Ventil 1umgesteuert, so wird die Ventilplatte entgegen der
Kraft der Feder 29 über den piezoelektrischen Wandler verschoben, wobei der Verschiebeweg
entsprechend dem erforderlichen Verstellweg der Ventilplatte zwischen 0,02 und 0,04
mm beträgt. Die Verschiebung hat ein Schließen der durch die Ringstege 21 und 23
gebildeten Dichtgrenze sowie ein Öffnen der Verbindung zwischen dem Kanal 11 und
dem Anschluß 6 zum Vorratsbehälter zur Folge. Hierbei ist die in der Verbindung
zur Rücklaufleitung gegebene Dichtgrenze offen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel
durch zwei der Ventilplattenseite 30 zugeordnete Ringstege 31 sowie entsprechende
gehäuseseitige Anlagen gebildet ist, wobei auch hier die Ringstege 31 einzeln in
15dichtlage Dichtzonen bilden, die gemeinsam als Dichtgrenze wirken und einen
Ringkanal
32 eingrenzen, von dem der Verbindungskanal 13 zum Anschluß 6 ausgeht. Der Ringkanal
32 korrespondiert dabei mit einem gehäuseseitigen Ringkanal 33 und bildet zusammen
mit diesem den Ringkanal 12, so daß auch bei geringer Höhe der Ringstege 31 eine
über den ganzen Ringumfang gleichmäßige Abströmung gewährleistet ist.
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Sowohl von radial innen wie auch von radial außen ist dabei eine gute
Zuströmung gewährleistet, da auch hier über Axialbohrungen 34 eine Verbindung zwischen
der Diametralbohrung 27 und dem innerhalb der inneren Ringstege 31 liegenden Ringraum
35 gegeben ist.
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Die Ringstege sind bevorzugt nahezu schneidenartig ausgestaltet, so
daß sich bei geöffneter Dichtgrenze jeweils nur eine verhältnismäßig geringe Spaltbreite
ergibt, welche sich als vorteilhaft im Hinblick auf eine ausreichende Durchströmung
bei der aufgrund der kleinen Stellwege nur sehr kleinen Spalthöhe erweist.
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Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Ventil aufgrund der
außerordentlich kleinen erforderlichen Stellwege beste Voraussetzungen für sehr
kurze Schaltzeiten mitbringt und insbesondere in Verbindung mit dem hier als Wandler
vorgesehenen piezoelektrischen Stellglied Schaltzeiten in der Größenordnung von
100 Microsekunden ermöglicht.
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Die für das Ausführungsbeispiel gewählte Ausgestaltung der Ventilplatte
stellt nur eine von vielen möglichen Grundkonstruktionen dar, und es wäre insbesondere
beispielsweise möglich, anstelle einer geschlossenen Platte mit entsprechenden Bohrungskanälen
einen Ring zu verwenden, der beispielsweise über ein entsprechendes Brückenglied
mit dem Stempel 17 verbunden ist. Darüber hinaus könnten auch in Abwandlung der
gezeigten Ausgestaltung mehrere Diametralbohrungen vorgesehen werden oder es könnte
eine geteilte Ausgestaltung für die Ventilplatte Verwendung finden, bei der getrennte,
aber fest miteinander verbundene und zwischen sich entsprechende Kanäle einschließende
Ventilober- und unterplatten Verwendung finden.