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Ventil zur Steuerung hydraulischer Systeme
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Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung hydraulischer Systeme
bestehend aus einem eine Medienzulaufleitung und eine dazu koaxial angeordnete Medienablaufleitung
aufweisenden Gehäuse und einem im Gehäuse verstellbar angeordneten sie Medienablaufleitung
absparrbaren Verschlußteil.
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Bekannte Ventile heben durch die Umlenkung des durchströmenden Mediums
innenhalb des Gehäuses einen hohen Strömungswiderstand sowie mit verbundene Druckverluste
und bedürfen zudem hoher Stellkräfte.
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Andere bekannte Rohrleitungsschalter, z.B. Klappen oder Schieber,
zeichnen sich zwar durch einen geraden in der Offenstellung nahezu freien Strömungsweg
und somit durch geringere Strömungswiderstände und Druckverluste aus, dafür sind
sie aber nur für relativ geringe Betriebsdrücke anwendbar, da mit steigendem Betriebsdruck
auch die Verstellkräfte und der Reibungsverschleiß der Dichtflächen wächst.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun ein Ventil der im Oberbegriff des
Anspruches 1 angegebenen Art in ao weit zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln
sowohl bislang unerrsicht geringe Strömungswiderstände
als auch
ein hoher Abdichtungsgrad, und zwar auch bei hohen Betriebsdrücken, sowie geringe
Verstellkräfte erreichbar sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch folgende Merkmale:
a) das Gehäuse ist von einer die Medienleitung kreuzenden Bohrung durchdrungen,
in die ein längs der Bohrung begrenzt verstellbarer Kolben unverdrehbar und dichtschließend
eingesetzt ist, b) der Kolben hat zwei Querbohrungen die abwechselnd den Medienleitungen
koaxial ausgerichtet gegenüberstellbar sind, c) die eine Kolbenquerbohrung entspricht
im Querschnitt dem der Medienleitung, während die andere Kolbenquerbohrung im Querschnitt
gröBer als die Medienleitungen ausgebildet ist, und d) um die im Querschnitt große
Kolbenquerbohrung ist der eine ballige Dichtfläche aufweisende Verschlußteil einerseits
unter Mediendruck an die Mündung der Medienablaufleitung dichtschließend anlegbar
eingesetzt und andererseits von der Mündung der Medienablaufleitung durch Längsverstellung
des Kolbens abhebbar ausgebildet.
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Bei diesem Ventil ist in der Offenstellung der Strömungsweg durch
das gesamte Ventil hindurch geradlinig und über seine gesamte Länge im Querschnitt
gleichbleibend. Darüberhinaus ist mit dem erfindungsgemäßen Verschlußteil die Medienablaufleitung
auch bei hohen Betriebsdrücken (z.B. 400 Bar) sicher absperrbar,ohne daß elastische
störanfällige
Dichtungen erforderlich sind, Zudem sind nur relativ geringe Verstellkräfte zum
Schließen und Öffnen des Ventiles erforderlich, da hierzu der öffnungsvorgang durch
Verschieben des Kolbens lediglich eingeleitet werden muß, wobei der SchluBteil um
die in Verschieberichtung des Kolbens hintere Kante des Ventilsitzes kippt und nach
bereits geringem Abheben durch das Druckmedium vom Ventilsitz gänzlich abgehoben
wird, woraus auch äußerst kurze Offnungszeiten resultieren. Außerdem ist das erfindungsgemäße
Ventil nicht nur als Auf-Zu-Ventil, sondern auch als Rückschlagventil anwendbar,
daß wahlweise auch gesperrt werden kann.
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Eine fertigungstechnisch besonders günstige Ausgestaltung zur Erzielung
eines hohen Abdichtungsgrades ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Mündung
der kreisförmig profilierten Medienablaufleitung in einer den Ventilsitz bildenden
Ebenen und zur Leitungslängsachse rechtwinklig gerichteten Stirnseite endet und
das zumindest die dieser Stirnseite zugewandte Seite des Verschlußteiles kuglig
gewölbt ist.
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Dabei ist es zur weiteren Vereinfachung der Herstellung und zur Verminderung
der Stellkraft dienlich, wenn die Gehäusebohrung die Medienleitungen rechtwinklig
kreuzend angeordnet ist.
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Eine weitere Ausbildung zur Erzielung einer gänzlich verlustfreien
Durchströmung des Ventiles ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in die Gehäusebohrung
mit geringstmöglicher Rund-Spielpasaung eingesetzt ist und daß an den Endteilen
des Kolbens mit der Bohrungswand zusammenwirkende Ringdichtungen angeordnet sind.
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Hierdurch gehen in der Offenstellung des Ventiles die Medienleitungen
und die kleine Kolbenquerbohrung nicht nur geradlinig, sondern auch quasi lückenlos
ineinander über, womit auch der Entstehung von zu Strömungsverlusten führenden Strömungswirbeln
im Bereich der Übergänge bislang unerreicht entgegengewirkt wird.
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Zur unverdrehbaren Anordnung des zylindrisch profilierten Kolbens
in der in angepaßten Gehäusebohrung ist es vorteilhaft, wenn der Kolben außerhalb
des Querbohrungsbereiches eine längs dessen gerichtete Nut aufweist, in die ein
im Gehäuse angeordneter Führungszapfen längs der Nut verstellbar eingreift.
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Dabei ist es noch förderlich, wenn die Länge der Nut dem Mittenabstand
der Kolbenquerbohrung voneinander plus der Dicke des Führungszapfen entspricht und
so angeordnet ist, daß in der einen Kolbenendstellung die große Kolbenquerbohrung
und in der anderen Kolbenendstellung die kleine Kolbenquerbohrung den Medienleitungen
koaxial gegenüberstehen, womit sich auch ansonsten zusätzliche Mittel zur lagerichtigen
Begrenzung des Kolbenhubes erübrigen.
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Zur weiteren Vereinfachung der Fertigung des Ventiles und der Montage
der Rohrleitungen ist es vorteilhaft, wenn die Medienablaufleitung in einem in das
Gehäuse eingefügten Stutzen endet, dessen dem Kolben zugewandte Stirnseite als Ventilsitz
ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zudem die zylindrische Bohrung des Stutzens
dem Querschnitt der zylndrischen kleinen Kolbenquerbohrung entspricht, während der
Mantel des Stutzens einen größeren Durchmesser als die große Kolbenquerbohrung aufweist.
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Hierdurch ist man nun in der Wahl der Werkstoffe für die Medienzuleitungen
völlig unabhängig, da der Ventilsitz nunmehr von Stutzen gebildet wird, der zur
Erzielung geringer Reibungsverluste zwischen letzterem und dem Verschlußteil aus
reibungsarmen, hoch verschleißfestem Werkstoff hergestellt werden kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorbeschriebenen Ventiles ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zumindest an der der Mündung der Medienablaufleitung
zugewandten Seite eine e bene achsparallel verlaufende und zum Kolbenradius rechtwinklig
gerichtete Anfasung aufweist und daB der mit der Ablaufleitung verbundene Stutzen
mit seiner freien Stirnseite in die Gehäusebohrung hineinreichend und an der Kolbenanfasung
quasi dichtschließend anliegend ausgebildet ist.
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Hieraus resultiert einerseits eine verdrehsichere Anordnung des Kolbens
in der Gehäusebohrung, andererseits werden bislang mögliche, geringe Leckverluste
während des Verstellens des Kolbens aus der Ventilzustellung in die Ventiloffen
stellung ausgeschlossen.
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Eine besonders einfache Gestaltung des Verschlußteiles besteht darin,
daß dieser als Kugel mit einem gegenüber den Medienleitungen größeren Durchmesser
ausgebildet ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verschlußteiles ist dadurch gekennzeichnet,
daß dieses als kreisringffrmige, im Durchmesser gegenüber der großen Kolbenquerbohrung
gering kleinere und gegenüber den Medienleitungen größere Scheibe ausgebildet ist
und das mindestens die der Medienablauflei tung zugewandte Scheibenstirnseite kuglig
gewölbt ist, wobei deren Krümmungsradius eine grdßere Länge als der Radius der großen
Kolbenquerbohrung hat, wobei vorzugsweise ferner der Verschlußteil eine dem Radius
der Gehäusebohrung etwa entsprechende oder größere Dicke aufweist.
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Hierdurch wird bei gleichem Raumbedarf wie bisher in der Schließlage
des Verschlußteiles ein geringerer Eingriff des letzteren in den Ventilsitz als
bei einer im Durchmesser gleichgroßen
Kugel erreicht, der zum
Ankippen des Verschlußteiles zum Zwecke des Öffnens auch geringerer Kippkräfte bedarf.
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Zudem sind aber mit dem Kolben zumindest gleichgroße Kippmomente wie
bei einer Kugel ausübbar, so daß damit die zum Öffnen des Ventils erforderliche
Stellkraft weiterhin vermindert wird.
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Eine die Intergration des Ventils in ein hydraulisches System erleichternde
Ausgestaltung besteht darin, daß die Mündung der Medienleitung der Kolben und dessen
Querbohrungen sowieder in die große Kolbenbohrung eingesetzte Verschlußteil zur
Mittenachse der Gehäusebohrung symmetrisch ausgebildet sind.
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Hierdurch kann die Durchströmungsrichtung beliebig gewähit werden.
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Um die erforderlichen Stellkräfte, insbesondere bei hohen Betriebsdrücken
weiterhin zu senken, kann ein auf dem Kolben wirksames, die Verstellkraft übersetzendes,
mechanisches Getriebe, insbesondere ein Hebtrieb vorgesehen werden, der such eine
manuelle, relativ leichte Betätigung des Ventils ermöglicht.
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Weitere vorteilhafte Kolbenstellorgane sind in den Ansprüchen 15 bis
19 gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 ein Ventil im Längsschnitt in der Schließstellung,
Fig. 2 desgleichen im Schnitt der Linie 11-11 der Fig.1 gesehen, Fig. 3 desgleichen
entsprechend der Fig. 1 gesehen, jedoch in der Offenstellung, Fig. 4 Varianten von
Einzelteilen entsprechend der Fig. 1 gesehen, Fig. 5 desgleichen im Schnitt der
Linie V-V gem. Fig. 4 gesehen.
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Hierbei ist ein rechteckig profiliertes Gehäuse 1 mittig seiner Längserstreckung
von einer zylindrischen Bohrung 2 durchdrungen, in die ein letzterer entsprechend
profilierter Kolben 3 mit enger Bewegungsspielpassung axial begrenzt verstellbar
eingesetzt ist.
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In die Gehäusebohrung 2 münden eine zu letzterer rechtwinklig gerichtete
Medienzuleitung 4 und eine dazu koaxial angeordnete Medienablaufleitung 5 ein. Die
dem Kolben 3 zugewandten Endteile dieser Leitungen 4 und 5 werden jeweils von einem
in entsprechende Gewindebohrungen 6 des Gehäuses 1 dichtschließend eingeschraubten,
kreisringförmige Querschnitte aufweisenden Stutzen 7 gebildet, deren dem Kolben
3 zugewandten Stirnseiten 8 eben ausgebildet und zu den Längsachsen der Leitungen
4 und 5 rechtwinklig gerichtet angeordnet sind.
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In den Fig. 1 bis 3 sind die Stirnseiten 8 zur Wand der Gehäusebohrung
2 tangential verlaufend angeordnet.
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In Kolben 3 sind zwei diamentral verlaufende, zylindrische Querbohrungen
9 und 10 mit axialen Abstand voneinander angeordnet.
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Der Kolben 3 ist in der Gehäusebohrung 2 so unverdrehbar und axial
begrenzt verstellbar gelagert, daß die Querbohrungen 9 und 10 abwechselnd den Medienleitungen
4 und 5 koaxial ausgerichtet gegenüber gestellt werden können.
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Zur unverdrehbaren Anordnung des Kolbens 3 und zur Begrenzung des
Kolbenhubes ist in den Fig. 1 bis 3 im Kolben 3 eine längs dessen sich erstreckende
Nut 11 vorgesehen, in die ein am Gehäuse 1 gehalterter Führungszapfen 12 längs der
Nut 11 verstellbar eingreift. Der Führungszapfen 12 ist als Madenschraube ausgebildet,
die in eine entsprechende Gewindebohrung im Gehäuse 1 eingeschraubt ist.
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Die Kolbenquerbohrung 9 hat einen der Medienleitungen 4 und 5 entsprechenden
Querschnitt, während die Kolbenquerbohrung 10 einen etwa doppelt so großen Durchmesser
als der Durchmesser einer Medienleitung aufweist.
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In die große Kolbenquerbohrung 10 ist gemäß den Fig. 1 bis 3 ein als
Kugel ausgebildetes Verschlußteil 13 beweglich eingesetzt, das vom Mediendruck beeinflußt
sich an dem den Sitz bildenden Stutzen 7 der Medienablaufleitung 5 dichtschließend
abstützen kann.
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An den Endteilen des Kolbens 3, der einen etwa dreifachen Durchmesser
als die Medienleitung aufweist, ist jeweils eine als O-Ring ausgebildete Ringdichtung
14 vorgesehen.
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Zum manuellen Verstellen des Kolbens 3 ist ein am Gehäuse 1 gehalterter
Hebeltrieb 15 vorgesehen, dessen Stößel 16 mittels einer Schraubverbindung mit dem
Kolben 3 verbunden ist.
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Der Stößel 16 durchgreift eine Führungsbuchse 17, die in eine zur
Gehäusebohrung 2 koaxial verlaufende Gewindebohrung 18 eingeschraubt ist.
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Der andere Endteil der Gehäusebohrung 2 ist mit einer Verschraubung
19 verschlossen.
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Der Hebeltrieb 15 ist um 90 Grad um die Gehäuselängsachse verdreht
dargestellt. Bevorzugterweise ist der Gelenkteil 20 des Hebeltriebes 15 an der dem
Führungszapfen 12 abgewandten Gehäuse seite angeschraubt.
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Gemäß den Fig. 4 und 5 hat der Kolben 3 den Stutzenstirnseiten 8 gegenüber
ebene, zueinander parallel verlaufende Anfasungen 21, an welchen die Stutzenstirnseiten
8 dichtschließend anliegen und somit den Kolben 3 gegen Verdrehung sichern. Die
Breite der Anfasungen 21 entspricht etwa dem AuBendurchmesser der Stutzenstirn seiten
8. Die Länge der Anfasung ist so bemessen, daß in der einen Kolbenendstellung die
große Kolbenquerbohrung 10 und in der anderen Kolbenendstellung die kleine Kolbenquerbohrung
9 den Medienleitungen 4 und 5 koaxial gegenüber stehen.
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Ferner ist in den Fig0 4 und 5 der Verschlußteil 13 - als kreisförmige
Scheibe ausgebildet, deren beide Stirnseiten 22 kuglig gewölbt sind, wobei deren
Krümmungsradius jeweils größer als der Radius der Kolbenquerbohrung 10 ausgebildet
ist.
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Außerdem ist auch die Dicke des Verschlußteiles 13 - größer als der
Radius der Gehäusebohrung 2. Die Randkanten des Verschlußteiles 13 - sind abgerundet.
Der Durchmesser des Verschlußteiles 13 -ist wie bei dem als Kugel ausgebildeten
Verschlußteil 13etwa um ein Zehntel bis ein Zwölftel kleiner als der Durchmesser
der großen Kolbenquerbohrung 10.
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Dieses Ventil, das in der Offenstellung einen geradlinigen, völlig
freien und lückenlosen Strömungsweg aufweist, eine hohe
Dichtheit,
und zwar auch bei hohen Betriebsdrücken von bei spielsweise 400 Bar sicherstellt
und dabei auch nur geringer Stellkräfte zum Öffnen und Schließen bedarf, ist als
Auf-Zu-Ventil, Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil, entsperrbares Rückschlagventil,
Drosselventil und als vorsteuerbares Ventil anwendbar.
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Mit Außnahme der Ringdichtungen 14 bestehen alle anderen Teile des
Ventils aus Stahl. Die Anwendung anderer hoch verschleißfester Werkstoffe ist möglich.
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Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel-
und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.