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betreffend ein
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"Hydraulikventil mit einstellbarem Durchlaßquerschnitt"
Die
Erfindung betrifft ein Hydraulikventil mit einstellbarem Durchlaßquerschnitt, mit
einem eine Druckmittelzuleitung und eine Druckmittelableitung aufweisenden Ventilgehäuse,
einer in dem Ventilgehäuse zwischen der Druckmittelzuleitung und der Druckmittelableitung
ausgebildeten Ventilkammer, einem in der Ventilkammer ausgebildeten Ventilsitz,
einem in der Ventilkammer zur Einstellung des Durchlaßquerschnittes gegenüber dem
Ventilsitz verschiebbar angeordneten Ventilkörper und einer Steuereinrichtung zur
Steuerung des Ventilkörpers, wobei zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse
eine Steuerkammer vorgesehen, am Ventilkörper in der Steuerkammer eine in öffnungsrichtung
wirksame Druckfläche ausgebildet und die Steuerkammer mit der Steuereinrichtung
über eine Steuerdruckleitung verbunden ist.
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Bei dem bekannten Hydraulikventil, von dem die Erfindung ausgeht (vgl.
die DE-OS 27 50 502), besteht der Ventilkörper funktionell aus einem Steuerkörper
und einem mit dem Steuerkörper über eine Schubstange verbundenen Kolben, der in
einer Steuerkammer geführt ist. Der Steuerkörper wird in Schließrichtung von einem
Federelement mit Federkraft beaufschlagt, während er in öffnungsrichtung von einer
durch den Druck in der Druckmittelzuleitung erzeugten Kraft beaufschlagt ist. Am
Kolben ist eine in Offnungsrichtung wirksame Druckfläche ausgebildet, und die Steuerkammer
ist mit einer Steuerdruckleitung verbunden. Der Kolben weist im übrigen noch eine
in Schließrichtung wirksame Druckfläche auf, an die über eine Druckausgleichsleitung
von der Druckmittelzuleitung her der dort herrschende Druck herangeführt wird. Dadurch
wird der Steuerkörper druckentlastet, da der den Steuerkörper von der Druckmittelzuleitung
her beaufschlagende Druck über die Druckausgleichsleitung und den Kolben auch in
entgegengesetzter Richtung beaufschlagt. Die Öffnungsbewegung des in funktioneller
Hinsicht zuvor erläuterten Ventilkörpers erfolgt bei dem bekannten Hydraulikventil
durch Zuführung eines Steuerdruckes über die Steuerdruckleitung und entgegen der
Federkraft des Federelementes. Dadurch ist die jeweilige Stellung des Ventilkörpers
nicht stabil, sondern eher labil, jedenfalls ist keine genaue Einstellung des Ventilkörpers
und damit auch keine genaue Einstellung
des Durchlaßquerschnittes
möglich.
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Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Erlindurly
nun die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulileventil mit einstellbarem Durchlaßquerschnitt
anzugeben, bei dem der Durchlaß(luerschnitt optimal feinfühlig, genau und stabil
eingestellt werden kann Das erfindungsgemäße Hydraulikventil, bei dem die zuvor
aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse eine Hilfssteuerkammer vorgesehen, am Ventilkörper
in der Hilfssteuerkammer eine in Schließrichtung wirksame Druckfläche ausgebildet
und an die Hilfssteuerkammer eine Hilfssteuerleitung angeschlossen ist. Erfindungsgemäß
ist hier ein Federelement nicht vorgesehen, ist also eine rein hydraulische Steuerung
verwirklicht.
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Geht man von einem zunächst geschlossenen Hydraulikventil aus, von
einem Zustand also, bei dem der Ventilkörper am Ventilsitz abdichtend zur Anlage
kommt, so kann ohne daß der Hilfssteuerkammer über die Hilfssteuerleitung Hydraulikflüssigkeit
zugeführt wird, der Ventikörper durch Zufihren von Hydraulikflüssigkeit in die Steuerkammer
über den maximalen OflnuncJsweg verschoben werden. Wird nun allerdings über die
Hilfssteuerleitung der Hilfssteuerkammer Hydraulikflüssigkeit zugeführt, so wird
die mögliche Bewegung des Ventilkörpers in Öffnungsrichtung durch das in der Hilfssteuerkammer
befind-liche Flüssigkeitsvolumen begrenzt, da Flüssigkeit im wesentlichen inkompressibel
ist. Das restliche Gasvolumen in der Hilfssteuerkammer müßte in diesem Fall natürlich
über eine zusätzliche Entlüftungsventilanordnung abgeblasen werden können.
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Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikventil ist jedenfalls,
daß der öffnungsweg des Ventilkörpers fest einstellbar ist, daß nämlich eine Art
"hydraulischer Anschlag" für die Bewegung des Ventilkörpers vorgegeben wird.
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Bei der zuvor erläuterten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydraulikventils
muß, wie gesagt, eine Entlüftungsventilanordnung für das restliche Gasvolumen vorgesehen
sein. Auf diese komplizierte Anordnung kann verzichtet werden, wenn das Hydraulikventil
so ausgestaltet wird, daß in der Hilfssteuerkammer ein frei verschiebbarer, die
Hilfssteuerkammer in eine Vorsteuerkammer und eine Rücksteuerkammer testender Steuerkolben
angeordnet ist, zwischen dem Steuerkolben und dem Ventilgehäuse bzw. dem Ventilkörper
wirksame Dichtungselemente vorgesehen sind und die Vorsteuerkammer mit der Hilfssteuerleitung
verbunden ist. In diesem Fall wird vermittels des Steuerkolbens für die Verschiebung
des Ventilkörpers ein hydraulisch einstellbarer Anschlag geschaffen. Das restliche
Gasvolumen wird von der Hydraulikflüssigkeit getrennt, indem nämlich die Hydraulikflüssigkeit
nur in die Hilfssteuerkammer eingelassen wird, während die Rücksteuerkammer das
restliche Gasvolumen aufnimmt. In Verbindung mit der Rücksteuerkammer reicht es,
eine einfache Entlüftungsöffnung vorzusehen, da ja die Rücksteuerkammer von der
Vorsteuerkammer über die Dichtungselemente abgeschottet ist. Selbstverständlich
muß die Rücksteuerkammer auch gegenüber der Steuerkammer über Dichtungselemente
abgedichtet sein. Selbstverständlich kann die Rücksteuerkammer auch mit einer zweiten
Hilfssteuerleitung verbunden sein. Diese kann rein "passiv" wirken, nämlich ausschließals
als Entlüftung für die Rücksteuerkammer, sie kann aber auch, nämlich bei Anschluß
an eine Quelle für Hydraulikflüssigkeit, "aktiv" wirken. Im letzgenannten Fall würde
auch die Rücksteuerkammer mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so daß ein restliches
Gasvolumen nicht mehr existiert. Die Einstellung des Steuerkolbens erfolgt dann
durch Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Vorsteuerkammer und gleichzeitiges
Abführen aus der Rücksteuerkammer oder umgekehrt.
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Grundsätzlich ist es dem Konstrukteur überlassen, wie er der Steuerdruckleitung
die zur Steuerung notwendige Hydraulikflüssigkeit zuführt. Besonders vorteilhaft
ist es aber, wenn die Steuerdruckleitung an ein Steuerventil angeschlossen ist.
In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn
die erste Hilfssteuerleitung
an ein erstes llilfssteuerventil und vorzugsweise auch die zweite Hilfssteuerleitung
an ein zweites Hilfssteuerventil angeschlossen ist. Über das Steuerventil und die
Hilfssteuerventile können der Steuerkammer und der Hilfssteuerkammer duch dann beliebige
Flüssigkeitsvolumina zugeführt werden, wenn von einer Quelle für die zur Steuerung
verwendbare Hydraulikflüssigkeit nur ein konstanter, nicht variabler Druck erzeugt
wird.
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Von besonderem Vorteil ist es in Zusammenhang mit der zuvor erläuterten
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydraulikventils, wenn das Steuerventil und/oder
das erste Hilfssteuerventil und/oder das zweite Hilfssteuerventil druckseitig mit
der Druckmittelzuleitung verbunden sind.
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Die Quelle für die zur Steuerung dienende Hydraulikflüssigkeit ist
hier die in der Druckmittelzuleitung anstehende Jlydraulikflüssigkeit selbst, so
daß sämtliche hydraulischen Komponenten des Hydraulikventiles in ihm integriert
sein können. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydraulikventils gewinnt
eine besondere Bedeutung dann, wenn das Steuerventil und/oder das erste Hilfssteuerventil
und/oder das zweite Hilfssteuerventil elektrisch ansteuerbar sind. Das Steuerventil
und die Hilfssteuerventile haben hier gewissermaßen Relaisfunktion. Ein solches
Hydraulikventil ist, da auf elektrischem Wege ansteuerbar, besonders einfach und
wirtschaftlich in großen Hydraulikschaltungen einsetzbar.
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Hinsichtlich der Konstruktion des Ventilsitzes und des Ventilkörper-s
sind alle Möglichkeiten grundsätzlich offen. So kann der Ventilkörper ohne weiteres
mit einer der Druckmittelzuleitunq zugewandten kegelförmigen Spitze versehen sein,
wie das aus der DE-05 27 50 502 bekannt ist. Dadurch ist der Durchlaßquerschnitt
des Hydraulikventils durch eine Längsbewegung des Ventilkörpers entsprechend der
wirksamen Querschnittsfläche der kegelförmigen Spitze veränderbar. Will man aber,
wie bei erfindungsgemäßem Hydraulikventil, eine Hilfssteuerkammer und crgf. einen
in der Hilfssteuerkammer verschiebbar angeordneten Steuerkolben vorsehen, so ist
es zweckmäßig,
wenn der Ventilsitz eine kegelförmige, pyramidenförmige
od. dgl.
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Ventilspitze aufweist und wenn der Ventilkörper als Hohlkörper mit
einem vorzugsweise in Längsrichtung verlaufenden Strömungskanal ausgebildet ist.
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Auch hier ist der wirksame Durchlaßquerschnitt durch eine Längsbewegung
des Ventilkörpers entsprechend der wirksamen Querschnittsfläche der Ventilspitze
veränderbar.
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Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikventil vorteilhaft,
wenn zur Anzeige der Stellung des Ventilkörper und/oder des Steuerkolbens nach außen
ragende Anzeigestifte od. dgl. vorgesehen sind. Selbstverständlich sind hier auch
eine Vielzahl anderer Anzeigemittel denkbar, wesentlich ist nur, daß von außen die
Stellung des Ventilkörpers und/oder des Steuerkolbens erkennbar ist, um den tatsächlichen
Durchlaßquerschnitt oder der derzeit maximal erreichbaren Durchlaßquerschnitt von
außen erkennen zu können. Hier ist es natürlich möglich, in Verbindung mit den Anzeigestiften
Skalen od. dgl. vorzusehen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt Fig. 1 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils mit einstellbarem Durchlaßquerschnitt und
Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in einer Draufsicht.
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Das in Fig. 1 dargestellteHydraulikventil 1 weist zunächst ein eine
Druckmitelzuleitung 2 und eine Druckmittelableitung 3 aufweisendes Ventilgehäuse
4 auf. In dem Ventilgehäuse 4 ist zwischen der Druckmittelzuleitung 2 und der Druckmittelableitung
3 eine Ventilkammer 5 ausgebildet, in der ihrerseits ein Ventilsitz 6 ausgebildet
ist. Zur Einstellung des Durchlaßquerschnittes ist in der Ventilkammer 5 ein gegenüber
dem Ventilsitz 6 verschiebbar angeordneten Ventilkörper 7 vorgesehen. Eine Steuereinrichtung
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dient zur Steuerung des Ventilkörpers 7 und wird im folgenden noch näher erläutert.
Zwischen dem Ventilkörper 7 und dem Ventilgehäuse 4 ist eine Steuerkammer 9 vorgesehen.
Am Veniilkörper 7 ist in der Steuerkammer 9 eine in Öffnungsrichtung wirksame Druckfläche
10 ausgebildet.
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Die Steuerkammer 9 ist mit der Steuereinrichtung 8 über eine Steuerdruckleitung
11 verbunden. Wie die Fig. 1 zeigt, ist zwischen dem Ventilkörper 7 und dem Ventilgehäuse
4 eine Hilfssteuerkanimer 12 vorgesehen. Am Ventilkörper 7 ist in der Hilfssteuerkammer
12 eine in Schließrichtung wirksame Druckfläche 13 ausgebildet. An die Hilfssteuerkammer
12 ist im übrigen eine Hilfssteuerleitung 14 angeschlossen. Jn der Hilfssteuerkammer
12 ist ein frei verschiebbarer, die Hilfssteuerkammer 12 in eine Vorsteuerkammer
15 und eine Rücksteuerkammer 16 teilender Steuerkolben 17 angeordnet. Zwischen dem
Steuerkolben 17 und dem Ventilgehäuse 4 bzw. dem Ventilkörper 7 sind Dichtungselemente
18 vorgesehen. Die Vorsteuerkammer 15 ist mit der Hilfssteuerleitung 14 verbunden,
während die Rücksteuerkammer 16 mit einer zweiten Hilfssteuerleitung 19 verbunden
ist. Die Steuerdruckleitung 11 ist an ein Steuerventil 20 angeschlossen, die erste
Hilfssteuerleitung 14 ist an ein erstes Hilfssteuerventil 21 angeschlossen und die
zweite Hilfssteuerleitung 19 ist an ein zweites Hilfssteuerventil 21 und das zweite
Hilfssteuerventil 22 sind druckseitig mit der Druckmittelzuleitung 2 verbunden,
nämlich über Umwegleitungen 23. Wie in Fig. 1 nur angedeutet ist, sind das Steuerventil
20, das erste Hilfssteuerventil 21 und das zweite Hilfssteuerventil 22 elektrisch
an steuerbar.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Ventilsitz 6 eine kegelförmige
Ventilspitze 24 auf und ist der Ventilkörper 7 als Hohlkörper mit einem in Längsrichtung
verlaufenden Strömungskanal 25 ausgebildet. Das eine Endes des Strömungskanales
25 ist mit zu der Ventilspitze 24 korrespondierenden Anlageflächen 26 versehen,
so daß der Ventilkörper 7 an der Ventilspitze 24 des Ventilsitzes 6 abdichtend zur
Anlage kommen kann.
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Das dargestellte Hydraulikventil 1 arbeitet folgendermaßen: In Fig.
1 ist das Hydraulikventil 1 in Schließstellung gezeigt, d. h. daß der Ventilkörper
7 am Ventilsitz 6 abdichtend zur Anlage kommt, so daß der Durchlaßquerschnitt zwischen
der Druckmittelzuleitung 2 und der Druckmittelabieitung 3 Null ist. Zur Einstellung
des maximal möglichen öffnungsweges des Ventilkörpers 7 wird über das erste Hilfssteuerventil
21 Hydraulikflüssigkeit von der Druckmittelzuleitung 2 über die Umwegleitung 23
und die erste Hilfssteuerleitung 14 in die Vorsteuerkammer 15 geleitet. Dadurch
wird, so lange, wie das erste Hilfssteuerventil 21 geöffnet bleibt, der Steuerkolben
17 in Richtung auf die Druckmittelableitung 3 verschoben.
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Gleichzeitig muß natürlich das zweite Hilfssteuerventil 22 geöffnet
sein, damit die in der Rücksteuerkammer 16 befindliche Hydraulikflüssigkeit nach
Maßgabe der Verschiebung des Steuerkolbens 17 ausströmen kann. Hat der Steuerkolben
17 die gewiinschte Stellung erreicht, so wird das erste Hilfssteuerventil 21 abgeschaltet,
d. h. die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zur Vorsteuerkammer 15 unterbrochen.
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Wird nun das Steuerventil 20 betätigt, so daß Hydraulikflüssigkeit
von der Druckmittelzuleitung 2 her in die Steuerkammer 9 einströmen kann, so wird
der Ventilkörper 7 in Öffnungsrichtung bewegt, bis die Druckfläche 13 am Steuerkolben
17 zur Anlage kommt. Einer weiteren Bewegung des Ventilkörpers 7 wirkt die in der
Vorsteuerkammer 15 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit entgegen. Der Ventilkörper
7 ist an seinem "hydraulischen Anschlag" angelangt. über die Ventilspitze 24 des
Ventilsitzes 6 und den Ventilkörper 7 ist ein bestimmter Durchlaßquerschnitt definiert.
Selbstverständlich muß auch bei dem letztgenannten Vorgang das zweite Hilfssteuerventil
22 geöffnet sein, damit die in der Rücksteuerkammer 16 noch befindliche Hydraulikflüssigkeit
ausgeschoben werden kann.
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Soll nun das Hydraulikventil 1 wieder geschlossen werden, so wird
das Steuerventil 20 zum Ablassen der Hydraulikflüssigkeit geöffnet, das erste
Hilfsteuerventil
21 wird ebenfalls geöffnet, so daß Hydraulikflüssigkeit von der Druckmittelzuleitung
2 her einströmen kann, und der Steuerkolben 17 und mit ihm der Ventilkörper 7 wird
in Schließrichtung geschoben. Durch Öffnen des zweiten Hilfssteuerventils 22 und
Einlassen von Hydraulikflüssigkeit in die Rücksteuerkammer 16 von der Druckmittelzuleitung
2 her bei gleichzeitigem Öffnen des ersten Hilfssteuerventils 21 und Auslassen der
in der Vorsteuerkammer 15 befindlichen Hydraulikflüssigkeit kann der Steuerkolben
17 dann anschließend wieder zurückgefahren werden.