-
"IIydraulisches Steuerventil in Schieberbauweise mit
-
Rückschlagventil im Druckmittelzuführungskanal" Die Erfindung bezieht
sich auf ein hydraulisches Steuerventil in Schieberbauweise zur Wegesteuerung des
Druckmittels zu und von einem Servomotor, mit einem in Strömungsrichtung zum Servomotor
hin öffnenden Rückschlagventil im Druckmittelzuführungskanal von deren Druckmittelquelle
zum Steuerventil.
-
Derartige Steuerventile werden insbesondere, aber nicht ausschließlich,
für die Ilochdruckhydraulik eingesetzt.
-
Ein gattungsgemäßes derartiges hydraulisches Steuerventil ist aus
der DE-PS 17 98 427 der Anmelderin bekannt. Es sieht vor, das Rückschlagventil bei
sehr geringem Raumbedarf so im Steuerventil auszubilden, daß im Steuerventilgehäuse
keine Ventilsitzflächen ausgebildet werden müssen.
-
Hierzu wird in spezieller Ausführung das Rückschlagventil als Patrone
zusammengefaßt, welche von außen in den Stichkanal eingeführt und an der Außenfläche
des Steuerventilgehäuses verstemmt wird.
-
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche Steuerventile der
qattunqsqemäßen Art, die zur Anordnung in einer
Mehrfachsteuereinrichtung
in Blockbauweise zum Versorgen parallelgeschalteter Servomotoren vorgesehen sind,
beispielsweise in Anwendung des gattungsgemäßen hydraulischen Steuerventils nach
DE-PS 17 98 427 auf eine mengengeregelte Steuerschiebervorrichtung gemäß DE-PS 16
48 012 der Anmelderin. Die Offenbarung beider Patentschriften wird ausdrücklich
auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der genannten
Vorteile des gattungsgemäßen Steuerventils den baulichen Aufwand weiter zu reduzieren.
-
Diese Aufgabe ist bei dem gattungsgemäßen Steuerventil gemäß dem Kennzeichen
von Anspruch 1 gelöst.
-
Während sich bei dem bekannten gattungsgemäßen Steuerventil die das
Rückschlagventil zusammenfassende Patrone über drei Abschnitte des Stichkanals erstreckt,
nämlich den der Außenwand des Steuerventilgehäuses nahen ersten Bereich, der durch
die Patrone verschlossen wird, den mit dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt gemeinsamen
Bereich, welcher die Patrone durchdringt, und schließlich den dritten Bereich im
stromabwärtigen Kanalabschnitt, braucht sich bei der Erfindung das Rückschlagventil
im wesentlichen oder gänzlich -allenfalls bis auf vernachlässigbare Flachreliefe,
z.B. aufgrund von Verstemmungen, gemäß Anspruch 11 - nur noch in dem dritten Bereich
zu erstrecken. Selbst wenn das Rückschlagventil noch in einem erheblichen Ausmaß
in den zweiten Bereich hineinragen sollte, ist doch nicht mehr eine Durchdringung
des Rückschlagventils durch den stromaufwärtigen Kanalabschnitt erforderlich. Dadurch,
daß in neuartiger Weise eine Verstemmung eines eingesetzten Rückschlagventils innerhalb
eines Modulblocks durch einen Stichkanal hindurch vorgenommen wird, erreicht man
eine erhebliche Einsparung an Baulänge des Rückschlagventils. Der Verschluß des
Stichkanals nach außen wird dann nach der Erfindung durch ein
konventionelles
Verschlußteil (Anspruch 2) vorgesehen, welches beispielsweise eingeschraubt, aber
auch, wie früher die ganze Rückschlaqventilpatrone, verstemmt (Anspruch 3) sein
kann.
-
In Abwandlung des gattungsgemäßen Steuerventils kann man aber auch
statt eines Verschlußteiles ein als Anschluß stück an eine weiterführende Leitung
dienendes Anschlußteil als Einsatzteil verwenden. Man könnte sogar daran denken,
die Erfindungsidee allgemein auf Modulblöcke für hydraulische Schaltungen, insbesondere
für llochdruckhydraulik, zu verallgemeinern, bei denen ein Stichkanal quer zur Außenwand
eines Modulblockgehäuses verläuft und gegebenenfalls auch kein stromaufwärtiger
Kanalabschnitt längs zu dieser Außenwand mehr vorgesehen zu sein braucht, soweit
in diesem Stichkanal das Rückschlagventil in erheblicher Tiefe relativ zur Außenfläche
des Modulblocks eingestemmt wird.
-
Wenn im Patentanspruch 1 des gattungsgemäßen Steuerventils davon gesprochen
wird, daß das Rückschlagventil "als ganzes" mit Verschlußkörper und zugehörigem
Ventilsitz in den Stichkanal eingesetzt ist, so ist in erster Linie an die unabhängige
Fertigung des Ventilsitzes vom Steuerventilgehäuse gedacht. Dieser Gedanke wird
nach der Erfindung gemäß Anspruch 4 konsequent zu Ende gedacht, indem auf ein patronenähnliches
Ventilgehäuse völlig verzichtet wird und stattdessen die Ventilgehäusefunktion dem
stromabwärtigen Kanalabschnitt im Stichkanal selbst zugeordnet wird. Dies ermöglicht
nicht nur eine weitere erhebliche Bauteilreduzierung des Rückschlagventils, sondern
auch eine maximale Nutzung der verfügbaren Bohrungsquerschnitte im Steuerventilgehäuse.
-
Im Grenzfall reicht es aus, allein einen Ventilsitz und das bewegliche
Ventilverschlußstück in den Stichkanal einzusetzen. Das Ventilverschlußstück kann
dabei allein durch die Strömung im Rückstrom gegen den Ventilsitz und im Hinstrom
im Abstand vom Ventilsitz gehalten werden, und zwar
zwischen dem
Ventilsitz einerseits und einer Bohrungsschulter des Stichkanals vor dessen axial
weiterführendem Strömungskanal andererseits. Dabei muß eine Umströmbarkeit des beweglichen
Verschlußteils sichergestellt werden, beispielsweise durch Anordnung seitlicher
Führungsstege mit Aussparung gemäß Anspruch 3 der gattungsgemäßen DE-PS 17 98 427.
-
Vorzugsweise ist jedoch eine Ventilfeder vorgesehen, und zwar zweckmäßig
hier im Gegensatz zum gattungsgemäßen bekannten Steuerventil eine Druckfeder (Anspruch
8). Um minimale axiale Länge der Einbautiefe des Rückschlagventils sicherzustellen,
ist diese Druckfeder zweckmäßig gemäß Anspruch 9 eine Kegelfeder, die im Grenzfall
bis auf flächenhafte Erstreckung zusammendrückbar ist.
-
Ebenfalls aus Gründen möglichst geringer axialer Einbaulänge des Rückschlagventils
ist das Verschlußstück, wie schon im Fall des gattungsgemäßen Steuerventils, ein
Ventilplättchen.
-
Man kann aber konventionelle Bauformen von mehr oder minder flachen
Ventilplättchen vorsehen, wobei bei weniger flachen Ventilplättchen beispielsweise
an eine pilsförmige Form mit zentraler, vorzugsweise einseitiger, Fertigung gedacht
ist.
-
Man kann aber auch konventionelle kugelige Ventilverschlußstücke vorsehen.
-
Eine weitere Einsparung erhält man, wenn das bewegliche Ventilverschlußstück
durch einen gesonderten Käfig gehalten ist. Käfige lassen sich mit geringen Herstellungskosten
einfach herstellen, beispielsweise ohne wesentliche Materialverformung durch biegendes
Drücken ausgestanzter dünner Bleche (Pfennigartikel) Diese Anordnung eines Käfigs
gemäß Anspruch 5 vermeidet die Notwendiekeit, den Stichkanal zur Führung des beweglichen
Ventilverschlußstücks genau bearbeiten zu müssen.
-
Die Halterung eines solchen Käfigs gemäß Anspruch 6 ist besonders
einfach. Besonders bevorzugt ist dabei die Ausführungsform
gemäß
Anspruch 7. Zunächst stellen über den Umfang des Käfigs verteilte Fußteile eine
gute Durchströmung des Käfigs sicher. Nun könnte man die Fußteile einfach zwischen
zwei Ringflächen zwischen Sitz und Steuerventilgehäuse, gegebenenfalls auch in spanabhebend
eingeformten Ausspauun9en in mindestens einer dieser beiden Flächen, anordnen. Wegen
der meist gehärteten Ausbildung der Ventilsitze empfiehlt sich eine Anordnung derartiger
Aussparungen im schon für die Verstemmungen kalt verformbarem Metall des Steuerventilgehäuses.
Eine spanabhebende Verformung hat jedoch immer Toleranzen. Es wird daher besonders
bevorzugt, daß solche Aussparungen im kaltverforribaren Metall des Steuerventilgehäuses
in einem Prägeverfahren mittels des Reliefs eines Prägestempels hergestellt werden.
Hierbei erhält man genau reproduzierbare Ergebnisse in Abhängigkeit vom aufgebrachten
Prägedruck und damit eine besonders zuverlässige Halterung der Füße des Käfigs,
wie sie es besonders für hochdruckhydraulische Zwecke wünschenswert ist.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Steuerventil gemäß der
Erfindung längs der Achse eine rechtwinklig zur Außenwand des Steuerventilgehäuses
verlaufenden Stichkanals mit von außen eingebautem Rückschlagventil; Fig. 2 in derselben
Schnittebene einen Ausschnitt des Stichkanals ohne eingebautes Rückschlagventil;
Fig. 3 eine Draufsicht des Stichkanals in einen längs der Außenwand des Steuerventilgehäuse
verlaufenden stromaufwärtigen Ranalabsehnitt; f 3. 4 und Fig. 5 Drat1fi.L'I.c;owie
Seitenansicht eines Käfigs für das beweglic Ventilv(rschluBstück sowie
Fig.
6 eine Draufsicht auf einer als Druckfeder für das bewegliche Ventilverschlußstück
dienende Kegelfeder.
-
Der Querschnitt des hydraulischen Steuerventils in Schieberbauweise
gemäß Fig. 1 entspricht in den Kanälen und Bohrungen dem Querschnitt nach Fig. 8
der mengengereqelten Steuerschiebervorrichtung gemäß DE-PS 16 48 012. Das hier beschriebene
Steuerventil kann dementsprechend Bestandteil der genannten bekannten mengengeregelten
Steuerschiebervorrichtung sein.
-
Ebenso entsprechen die Kanäle und Bohrungen von Fig. 1 der Fig. 2
der gattungsgemäßen DE-PS 17 98 427.
-
Im Rahmen der Erfindung sind mit dem genannten Stand der Technik folgende
übereinstimmungen besonders wesentlich: Das Steuerventilgehäuse 2 ist als Modulblock
ausgebildet.
-
Mehrere derartige Modulblöcke können beispielsweise gemäß Fig. 1 der
DE-PS 16 48 012 sandwichartig in Richtung der dargestellten, in der Zeichnungsebene
vertikal durchlaufenden Kanäle hintereinander geschaltet werden.
-
Ein nicht dargestellter Ventilschieber ist in der Schieberbohrung
4 axial verschiebbar. Der Ventilschieber dient zur Wegesteuerung eines von einer
nicht dargestellten Druckmittelquelle kommenden hydraulischen Druckmittels zu und
von einem ebenfalls nicht dargestellten Servomotor.
-
Der Druckmittelzuführungskanal weist innerhalb des Steuerventilgehäuses
2 in der Strömungsrichtung des Druckmittels von der Druckmittelquelle zum Steuerventil
zwei innerhalb des Steuerventilgehäuses 2 ineinander übergehende, zueinander quer
verlaufende Kanalabschnitte auf. Der stromaufwärtige Kanalabschnitt 6 verläuft längs
zu einer Außenwand 8 des Steuerventilgehäuses 2. Diese ist hier eben (vcrtikal zur
Zeichnungsebene) ausgebildet und verläuft hier parallel mit
dem
stromaufwirtigen Kanalabschnitt 6. Man erkennt, daß der stromaufwärtige Kanalabschnitt
6 als Durchgangsbohruna durch den Modulblock des Steuerventilgehäuses 2 ausgebildet
ist, um gegebenenfalls sandwichartig anschließende weitere Steuerventilgehäuse in
Hintereinanderschaltung ebenfalls mit Druckmittel versorgen zu können.
-
Der stromabwärtige Kanalabschnitt 10 verläuft rechtwinklig zum stromaufwärtigen
Kanalabschnitt 6 und zur Außenwand 8 des Stcuerventilchäuscs 2 in den Modulblock
des Steuerventilgehäuses 2 hinein und mündet in der Schieberbohrung 4.
-
Da!,ei ist der stromabwärtige Kana iabschn t t:t 10 Bestandteil eines
von der Außenwand 8 des Steuerventilgehäuses rechtwinklig zur Außenwand ausgehenden
und in die Schieberbohrung 4 des Ventilschiebers mündenden Stichkanals 12.
-
Der Stichkanal 12 zerfällt demzufolge in drei Bereiche: Der erste
Bereich 14 mit der durch den Doppelpfeil angegebenen axialen Länge verläuft durch
das Steuerventilgehäuse 2 zwischen dessen Außenwand 8 und dem stromabwärtigen Kanalabschnitt.
Der zweite Bereich 16 ist dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt 6 und dem stromabwärtigen
Kanalabschnitt 10 gemeinsam. Der drittc Bereich 18 stellt die Verlängeruna des Stichkanals
12 vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt 6 bis zur Schieberbohrunq 4 dar.
-
Die übrigen dargestellten Kanäle und Bohrungen entsprechen denen des
genannten Stands der Technik der deutschen Patentschriften 16 48 012 und 17 98 427
und bedürfen hier keiner weiteren Beschreibung.
-
Der Modulblock des Steuerventilgehäuses 2 besteht aus kaltv(rformbarem
Metall.
-
Di Rückschlagventil 20 bestejit aus einem Ventilsitz 22 aus gehärt@t@m
Metall, einem Käfig 24 @@stanztem und gedrücktem dünncm
Metallblech,
einem metallischem flachem kreisscheibenförmigem Ventilplättchen 26, welches in
Fiy. 1 in Auflage auf dem Ventilsitz dargestellt ist, sowie einer Druckfeder 28.
Das aus diesen Teilen bestehende Rückschlagventil 20 ist ausschließlich in dem dritten
Bereich 18 des Stichkanals 10 angeordnet, und zwar im Anschluß an dessen zweitem
Bereich 16, jedoch noch mit etwas Abstand zur Schieberbohrunq 4. Dabei bleibt der
später beschriebene erste Abschnitt 32 des Stichkanals 12 vom Rückschlagventil 20
frei.
-
Im ersten Bereich 14 ist ein Verschlußstück 30 wesentlich kleinerer
axialer Länge als die Länge des ersten Bereiches 14 in dem Stichkanal 12, mit seiner
Außenfläche fluchtend mit der Außenwand 8 des Steuerventilgehäuses 2,eingesetzt
und durch Verstemmung des Materials der Außenwand 8 des Steuerventilsehäuses 2 abdichtend
gehalten. Anstelle des Verschlußstückes 30 kann ein anderes Einsatzstück vorgesehen
sein, beispielsweise ein Einschraubteil oder auch ein Leitungsanschlußstück.
-
Der Stichkanal 12 ist, wie man besonders deutlich in Fig. 2 erkennen
kann, als sich von der Schieberbohrung 4 stufenweise nach außen erweiternde Bohrung
ausgebildet.
-
Der am weitesten innen liegende erste Abschnitt 32 des Stichkanals
geht über eine konische übergangsfläche 34 in einen zweiten Bohrungsabschnitt 36
größeren Durchmessers über, welcher den Käfig 24, das Ventilplättchen 26 und die
Druckfeder 28 aufnimmt.
-
Axial weiter außen geht der zweite Bohrunqsabschnitt 36 - wenn man
einmal von der dargestellten, relativ kurzen Materialverformunaszone 38 absieht
- über diese in einen dritten Abschnitt 40 über, welcher gemäß Fig. 2 bei noch nicht
eingesetztem Rückschlagventil 20 etwas in den zweiten Bereich 16 des Stichkanals
12 hineinragt, bei eingesetztem und befestigtem Rückschlagventil 20 jedoch mit der
am weitesten innen liegenden Mantellinle des stromaufwärtigen Kanalabschnitts 6
außen endet. Der dritte Abschnitt 40 ist etwas gegenüber dem
zweiten
Abschnitt 36 radial erweitert.
-
Der vierte und letzte Abschnitt, der unmittelbar an den dritten Abschnitt
anschließt, endet außen mit der Außenwand 8 des Steuerventilgehäuses und ist wiederum
etwas gegenüber dem dritten Abschnitt 40 radial erweitert.
-
Der etwa ringförmige gehärtete Ventilsitz 22 weist einen Rincflansch
44 auf und geht von diesem axial nach innen zunächst über eine radial ebene Ringfläche
46 und dann über eine radial nach innen und axial in Richtung zur Schieberbohrung
4 verlaufende gekrümmte Anschlußfläche 48 in die 3änas einer radialen Ebene verlaufende
ringförmige Sitzfläche 50 des Ventilsitzes über. Axial in Richtung zur Außenwand
8 des Steuerventilgehäuses 2 ist der Ringflansch 44 durch eine trompetenartig gekrümmte,
radial nach innen verlaufende Ringschulter 52 fortgesetzt, welche in eine radial
verlaufende ebene Endfläche 54 des Ventilsitzes übergeht. Innerhalb des Ventilsitzes
verläuft zwischen der Sitzfläche 50 und der Endfläche 54 ein im wesentlichen zylindrischer
und mit der Achse des Ventilsitzes konzentrischer Durchgangskanal 56 des Rückschlagventils
20. Der Durchgangskanal 56 ist im Bereich der Endfläche 54 des Ventilsitzes 22 mit
einer nach außen weisenden, den Strömungsübergang erleichternden Anschrägung 58
versehen.
-
Der Käfig 24 weist eine Ringscheibe 60 mi';- rundem zentralem Loch
62 und sechs gleichmäßig über den Umfang der Ringscheibe 60 verteilten und in derselben
Ebene wie die Ringscheibe 60 verlaufenden Armen 64 bzw. 66 auf. Es wechseln dabei
Arme 64 mit Armen 66 ab, so daß drei Arme 64 und drei Arme 66 vorgesehen sind.
-
Die Arme 64 und 66 gehen jeweils über einen Kreisbogenabschnitt 68
ineinander über und haben anschließend an die Bief3ung cJerad(n streifenförmijen
Verlauf entsprechend dem Doppelpfeil 70, welcher den Verlauf der Seitenflächender
Arme bczcichnt.
-
Die Arme 64 haben an ihrem Ende jeweils eine schräg nach außen verlaufende
Abbiegung 72 relativ kurzer axialer Länge unter einem Winkel von 150. Die ,rbbiegun.ren
72 sind längs eines mit der Ringscheibe 60 konzentrischen Kreises angeordnet.
-
Die Arme 66 sind längs eines ersten kleinen Radius 74 in derselben
Achsrichtung wie die Abbiegung 72, jedoch mit wesentlich längerer axialer Erstreckung
vertikal abgebogen und münden über einen zweiten kleinen übergangsradius 76 in nach
außen parallel zur Ebene der Ringscheibe 60 abstehenden Fußteilen 78 an von der
Ringscheibe 60 abstehenden Beinen 80. Auch die Beine mit den Fuß teilen 78 sind
längs mit dem Ringteil konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei jedoch die Fußteile
78 radial relativ zu den Abbiegungen 72 weiter hervorstehen.
-
Die Druckfeder 28 (Fig. 6) ist eine Kegelfeder. Diese ist von einem
etwa kreisförmigen Federkern 82 spiralförmig nach außen und in axialer Richtung
gewickelt und endet in einem eingebogenen Federende 84. Die im Vergleich zu den
Beinen 80 des Käfigs 24 relativ kurzen Abbiegungen 72 des Käfigs nehmen die äußerste
Windung der somit als Kegelfeder ausgebildeten Druckfeder 28 auf, während der Federkern
an der der Sitzfläche 50 des Ventilsitzes abgewandten Seite des Ventilplättchens
26 in dessen zentralem Bereich anliegt.
-
Zur Befestigung des Rückschlagventils 20 im Stichkanal 12 werden zwei
Materialverformungsvorgänge vorgenommen.
-
Zunächst wird im Bereich der Materialverformungszone 38 zwischen zweitem
Bohrungsabschnitt 36 und drittem Bohrunysabschnitt 40 des Stichkanals 12 die dort
befindliche schmale Ringscilulter so verformt, daß ein nach innen ragender Ringwulst
86 erzeugt wird. Der zu dieser Kaltfließverformung dienende Stempel ist zugleich
ein Prägestempel zur Einprägung von gleichmäßig über den Umfang der Materialverformungszone
38 verteilten Vertiefungen 88 (Fig. 3). Diese haben, wie der auch in Fig. 3 eingezeichnete
Doppelpfeil 70 zeicTt, dieselbe
Breite wie die Fußteile 78 im Käfig
24. Die Tiefe der Vertiefungen 88 entspricht der Blechdicke der Fußteile 78, so
daß die Vertiefungen 88 die Fußteile 78 des Käfigs 24 eng formschlüssig aufnehmen
können. Durch das mit dem Fließpressen des Ringwulstes 86 verbundene Prägen der
Vertiefungen 88 wird eine praktisch toleranz freie Genauigkeit der Ausbildungen
des Ringwulstes und der Vertiefungen in der Serie erreicht. Der Ringwulst 86 dient
dabei dazu, die innere Abstützung des Ventilsitzes 24 an der Ringschulter zwischen
zweitem und drittem Bohrungsabschnitt 36 und 40 des Stichkanals 12 zu verbessern.
Die in den Vertiefungen 88 aufgenommenen Fußteile 78 des Käfigs lassen sich so zwischen
dem aufgelegten Ventilsitz 22 und dem Ventilgehäuse 2 einklemmen.
-
Es.ist bevorzugt, zunächst den Käfig 24 durch den Stichkanal 12 von
außen einzusetzen, dann der Reihe nach die Druckfeder 28 und das bewegliche Ventilstück
26 durch den Stichkanal 12 von außen nachzuführen und dann erst den Ventilsitz 22
von außen nachzuschieben, nachdem die Fußteile 78 des Käfigs 24 ihren Sitz in den
Vertiefungen 88 gefunden haben. Man kann aber auch die genannten vier, das Rückschlagventil
ausmachenden Teile 22, 24, 26 und 28 oder Teilaggregate davon, z.B. 24, 26, 28,
als ganzes von außen in den Stichkanal. einsetzen. In jedem Fall bildet dabei die
Wandlung des dritten Bereichs 18 des Stichkanals mit Ausnahme des vom Rückschlagventil
nicht eingenommenen, am weitesten innen liegenden ersten Abschnitts 32 zugleich
eine Gehäusewandung für das Rückschlagventil, ohne daß dieses Rückschlagventil eine
eigene Gehäusewandung benötigt.
-
Der Ventilsitz 22 liegt in eingebauter Stellung auf der vom Ringwulst
86 verstärkten Ringschulter zwischen zweitem und drittem Bohrungsabschnitt 36 und
40 auf.
-
Die Befestigung des Rückschlagventils im stromabwärtigen ianalabsc1initt
10 erfolgt dann durch Verstemmen von Material de; Modulblocks des S LeuervcU ii
Jehäusec; an der Übergangsstufe
zwischen drittem Abschnitt 40
und viertem Abschnitt 42 des Stichkanals 12 über die gekrümmte Ringschulter 52 des
Ventilsitzes.
-
Alle diese Maßnahmen erfolgen, ehe das Verschlußstück 30 im vierten
Abschnitt 42 des Stichkanals 12 in oben beschriebener Weise befestigt wird.
-
Da sowohl die Rückschlagvertilelemente 24, 26, 28 und 30 als auch
das Verschlußstück 30 Pfennigartikel sind, kann man die Gesamtkosten für die Herstellung
des Rückschlagventils und dessen Einbaus im Steuerventilgehäuse im Vergleich zu
dem bekannten gattungsgemißen Steuerventil auf weniger als ein Drittel reduzieren.
-
Leerseite