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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 konzentrisch zum Ventilsitz angeordneten, zur Einstellung des Durchlaßquerschnittes gegenüber dem Ventilsitz verschiebbaren Ventilkörper und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Ventilkörpers, wobei zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse eine Steuerkammer und eine Hilfssteuerkammer vorgesehen und am Ventilkörper in der Steuerkammer eine in Öffnungsrichtung und in der Hilfssteuerkammer eine in Schließrichtung wirksame Druckfläche ausgebildet sind und wobei die Steuerkammer mit der Steuereinrichtung über eine Steuerdruckleitung verbunden und an die Hilfssteuerkammer eine Hilfssteuerleitung angeschlossen 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 Öffnungsrichtung wirksame Druckfläche ausgebildet. 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 Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulikventil mit einstellbarem Durchlaßquerschnitt anzugeben, bei dem der Durchlaßquerschnitt optimal feinfühlig, genau und stabil eingestellt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Hydraulikventil, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfssteuerkammer ein konzentrisch zum Ventilkörper angeordneter Steuerkolben vorgesehen ist, daß der Steuerkolben frei verschiebbar ist, als Anschlag für den Ventilkörper dient und die Hilfssteuerkammer in eine Vorsteuerkammer und eine Rücksteuerkammer teilt, daß zwischen dem Steuerkolben und dem Ventilgehäuse bzw. dem Ventilkörper wirksame Dichtungselemente vorgesehen sind und daß die Vorsteuerkammer mit der Hilfssteuerleitung verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist hier ein Federelement nicht vorgesehen, ist also eine rein hydraulische Steuerung verwirklicht. Wesentlich ist dabei, daß der Öffnungsweg des Ventilkörpers fest einstellbar ist, daß nämlich eine Art "hydraulischer Anschlag" für die Bewegung des Ventilkörpers vorgegeben wird. Mittels des Steuerkolbens wird für die Verschiebung des Ventilkörpers ein hydraulisch einstellbarer Anschlag geschaffen. Das restliche Gasvolumen ist von der Hydraulikflüssigkeit getrennt, indem nämlich die Hydraulikflüssigkeit nur in die Hilfssteuerkammer eingelassen wird, während die Rücksteuerkammer das Gasvolumen aufnimmt. In Verbindung mit der Rücksteuerkammer reicht es, eine einfache Entlüftungsöffnung vorzusehen, da die Rücksteuerkammer von der Vorsteuerkammer über die Dichtungselemente abgedichtet ist. Selbstverständlich muß die Rücksteuerkammer auch gegenüber der Steuerkammer über Dichtungselemente abgedichtet sein.
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Wäre der erfindungsgemäß vorgesehene, die Hilfssteuerkammer teilende Steuerkolben nicht vorhanden, so müßte das restliche Gasvolumen in der Hilfssteuerkammer über eine spezielle und technisch aufwendige Entlüftungsventilanordnung abgeblasen werden können, ohne daß dabei Hydraulikflüssigkeit abgeblasen wird. Demgegenüber stellt das alles mit Vorhandensein des Steuerkolbens kein Problem dar, dieser dient als mechanischer, hydraulisch einstellbarer Anschlag.
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Die Rücksteuerkammer kann bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikventil auch mit einer zweiten Hilfssteuerleitung verbunden sein. Diese kann rein " passiv" wirken, nämlich ausschließlich als Entlüftung für die Rücksteuerkammer, sie kann aber auch, nämlich bei Anschluß an eine Quelle für Hydraulikflüssigkeit, "aktiv" wirken. Im letztgenannten 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. Das kann beispielsweise über ein an sich bekanntes Steuerventil geschehen. In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die erste Hilfssteuerleitung an ein erstes Hilfssteuerventil und vorzugsweise auch die zweite Hilfssteuerleitung an ein zweites Hilfssteuerventil angeschlossen ist. Über das Steuerventil und die Hilfssteuerventile können der Steuerkammer und der Hilfssteuerkammer auch 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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Beim Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, weist die Steuereinrichtung zur Steuerung des Ventilkörpers ein Steuerventil auf. Von besonderem Vorteil ist es im Zusammenhang mit der zuvor erläuterten Ausgestaltung eines Hydraulikventils, wenn das Steuerventil und/oder das erste Hilfssteuerventil und/oder das zweite Hilfssteuerventil druckseitig mit der Druckmittelzuleitung verbunden sind. Die Quelle für die zur Steuerung dienende Hydraulikflüssigkeit ist hier die in der Druckmittelzuleitung anstehende Hydraulikflüssigkeit 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 Ventilkörpers sind alle Möglichkeiten grundsätzlich offen. So kann der Ventilkörper ohne weiteres mit einer der Druckmittelzuleitung zugewandten kegelförmigen Spitze versehen sein, wie das aus der DE-OS 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 ggf. einen in der Hilfssteuerkammer verschiebbar angeordneten Steuerkolben vorsehen, so ist es zweckmäßig, wenn der Ventilsitz eine kegelförmige oder pyramidenförmige Ventilspitze aufweist und wenn der Ventilkörper als Hohlkörper mit einem in Längsrichtung verlaufenden Strömungskanal ausgebildet ist und wenn schließlich der Steuerkolben auf dem Ventilkörper gleitend verschiebbar angeordnet ist. Auch hier ist der wirksame Durchlaßquerschnitt durch eine Längsbewegung des Ventilkörpers entsprechend der wirksamen Querschnittsfläche der Ventilspitze veränderbar. Die Ausbildung des Steuerkolbens als Ringkolben auf dem Ventilkörper führt dabei dazu, daß eine Behinderung der Strömung nicht entsteht.
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Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikventil vorteilhaft, wenn zur Anzeige der Stellung des Ventilkörpers und/oder des Steuerkolbens nach außen ragende Anzeigestifte 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 den derzeit maximal erreichbaren Durchlaßquerschnitt von außen erkennen zu können. Hier ist es natürlich möglich, in Verbindung mit den Anzeigestiften Skalen vorzusehen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt
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Fig. 1 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils mit einstellbarem Durchlaßquerschnitt und
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Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in einer Draufsicht.
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Das in Fig. 1 dargestellte Hydraulikventil 1 weist zunächst ein eine Druckmittelzuleitung 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 angeordneter Ventilkörper 7 vorgesehen. Eine Steuereinrichtung 8 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 Ventilkörper 7 ist in der Steuerkammer 9 eine in Öffnungsrichtung wirksame Druckfläche 10 ausgebildet. 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 Hilfssteuerkammer 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. In der Hilfssteuerkammer 12 ist ein frei verschiebbarer, als Anschlag für den Ventilkörper 7 dienender, 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 i zweites Hilfssteuerventil 22 angeschlossen. Das Steuerventl 20, das erste Hilfsteuerventil 21 und das Hilfsteuerventil 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 ansteuerbar.
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lm 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 Ende 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. Erkennbar ist, daß der Steuerkolben 17 hier auf dem Ventilkörper 7 gleitend verschiebbar angeordnet ist, also eine Ausbildung als Ringkolben hat.
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Das dargestellte Hydraulikventil 1 arbeitet folgendermaßen:
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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 Druckmittelableitung 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. 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 gewünschte 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 Hilfssteuerventil 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.