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Magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil
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Die Erfindung betrifft ein magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil für
HFA-Flüssigkeiten insbesondere Klarwasser entsprechend der im Oberbegriff des Patentanspruches
vorausgesetzten Art.
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Derartige Mehrwegesteuerventile haben gegenüber Steuerschiebern bei
denen die Verbindung der Ventilanschlüsse für die zu führende Druckflüssigkeit mittels
Steuerkolben erfolgt den Vorteil eines wesentlich geringeren Steuerhubes. Mit der
hierdurch erzielbaren höheren Vorschubkraft sind große, bei hohen Betriebsdrucken
auftretende Ventilkräfte beherrschbar. Außerdem stehen den durch den Schaltmagneten
und die Druck feder vermittelten Kräften im Vergleich zur Vorschubkraft von Magnet
und Druckfeder prozentual geringere Reibkräfte entgegen.
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Von besonderer Bedeutung ist, daß der beaufschlagbare Schließkörper
des Mehrwegesteuerventils nach jedem Schaltvorgang sicher in seiner Ruhestellung
verharrt.
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Aus der DE-OS 23 26 o85 ist ein Mehrwegesteuerventil der in Betracht
gezogenen Art bekannt, das eine Kompensation einwirkender hydraulischer Schließkräfte
einseitig über eine Umgehungsleitung im Gehäuse vorsieht. Das bekannte Mehrwegesteuerventil
ist daher in seiner Grundkonzeption auf eine Funktion begrenzt, indem die Ventilanschlüsse
von Anbeginn festliegen und nicht tauschbar sind. Je nach Verwendungszweck ist es
erforderlich mehrere in ihrer Bauart unterschiedliche Mehrwegesteuerventile zu fertigen
und auf Lager zu nehmen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein magnetbetätigtes
Mehrwegesteuerventil mit gleibleibend wirksamen und kontrollierbarem Kräfteausgleich
zu schaffen, das unabhängig seiner Anschlußart in unterschiedlicher Funktion einsetzbar
ist.
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Diese Aufgabe ist nach der Erfindung gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruches gelöst.
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Die formeste Verbindung des Schließkörpers mit dem Ventilstössel ermöglicht
einen in jeder Bewegungsrichtung des Schließkörpers wirksamen Ausgleich der Beaufschlagungskräfte
und damit eine austriebsfreie Schließfunktion des Ventils. Da die beaufschlagbaren
Flächen des Schließkörpers und des Ventilstössels jeweils räumlich einander zugeordnet
sind und sich entsprechen wirken diese Beaufschlagungskräfte in gleicher Größenordnung
einander entgegengerichtet und unmittelbar im hydraulischen Druckeinwirkungsbereich,
mit der Möglichkeit variabler Anschlüsse.
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Dadurch ist das Mehrwegesteuerventil universell, d.h.
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in unterschiedlicher Funktion einsetzbar, ohne daß es einer Änderung
des Aufbaues der Ventilteile oder des Ventilgehäuses bedarf.
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Ventilstössel und Schließkörper bilden eine Einheit und können bei
geringstem Fertigungsaufwand in engsten Toleranzbereichen aus einem Stück hergestellt
werden, so daß maßlich bedingte Flächenabweichungen und hieraus resultierende Kräftedifferenzen
sich nicht auswirken.
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Die austriebsfreie Funktionstüchtigkeit des Mehrwegesteuerventils
ist auf einfache Weise durch fühlbare bzw. optische Kontrolle des Ventilstössels
überprüfbar.
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Eine nach den Merkmalen des Anspruches 2 gekennzeichnete Ausführung
ermöglicht in einfacher Weise die maßgenaue Zuordnung und formfeste Verbindung gleicher
Ventilstösselteile in engsten Toleranzbereichen, so daß eine Austriebsfreiheit auch
bei höchsten Druckwerten erreicht ist.
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Eine weitere Ausbildung nach den Merkmalen des Anspruches 3 begünstigt
die Schließfunktion des Ventils durch linienförmige Uberdeckung des Schließsitzes,
die im Mikrobereich vorhandene Oberflächenun tiefen ausgleicht. Der Schließsitz
ist in einfacher Weise mittels Kugelstempel pressbar.
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Von besonderem Vorteil hierbei ist, Längsschieber und Schließkörper
aus Oxydkermik zu bilden, welcher Werkstoff sich bei hoher Oberflächengüte durch
einen geringen Reibungsbeiwert auszeichnet. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
nach
den Merkmalen des Anspruches 5 ermöglicht die präzise, geringste
Fertigungsungenauigkeiten ausgleichende Anpassung des Schließkörpers an den Schließsitz
Gemäß einer weiteren, den Merkmalen des Anspruches 6 entsprechenden Ausbildung ist
eine strömungsgünstige Ableitung der Druckflüssigkeit mit dem Ergebnis erreicht,
daß der Schließkörper von einwirkenden Impulskräften weitgehend unbeeinflusst bleibt.
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Nachfolgend wird die Erfindung und ihre weiteren Vorteile an Hand
von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 Eine magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil in Sitz-Kegelausbildung
seines Schließkörpers im Längsschnitt Fig. 2 Ein weiteres magnetbetätigtes Mehrwegesteuerventil
mit kugelförmig ausgebildetem Schließkörper.
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Fig. 3 Eine Einzelheit A des in Fig. 2 gezeigten Mehrwegesteuerventils.
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Fig. 4 Einen Querschnitt von Fig. 2 in Schnittrichtung B.
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Das gezeigte Mehrwegesteuerventil ist gebildet aus einem Gehäuse 1
mit in dessen Längsachse durchgehender
Bohrung 3 in welcher ein
zylinderförmiger Einsatz 4 aufgenommen ist.
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Ein an das Gehäuse 1 stirnseitig angeflanschter Betätigungsmagnet
5 dient der Kraftübertragung auf die aus Ventilstössel 6 und Schließkörper 7 gebildeten
Ventilteile. An der zum Betätigungsmagnet 5 entgegengesetzen Stirnseite des Gehäuses
1 befindet sich ein topfartiger Flansch 8 zur Aufnahme einer Druckfeder 9, deren
Federkraft nach Erregung des Betätigungsmagneten 5 durch diesen überwunden wird
Im Einsatz 4 mit in dessen Längsrichtung durchgehender Bohrung 1o befindet sich
der in der Bohrungslängsachse bewegliche Schließkörper 7. Die Begrenzung des Bewegungspielraumes
des Schließkörpers 7 erfolgt durch eine die Bohrung 1o konzentrisch erweiternde
zylinderförmige Aussparung 13 deren vorzugsweise Ausbildung nachfolgend noch näher
erläutert wird. Die Aussparung 13 steht in Verbindung mit einem radial die Bohrung
1o, das Gehäuse 1 und dessen Einsatz 4 durchdringenden Druckanschluss 14.
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Ein weiterer ebenfalls radial in die Bohrung 1o einmündender Anschluss
15 dient beispielsweise der
Druckmittelzuführung, während der Anschluß
16 dann für den Druckmittelrücklauf vorgesehen ist.
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Die Anschlüsse 15 und 16 sind in entsprechender Endlage des Schließkörpers
7 wechselweise mit dem Druckanschluß 14 verbindbar.
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Der Schließkörper 7 mit seinem größer bemessenen Außendurchmesser
wie der Durchmesser der Bohrung 1o ist an beiden Stirnseiten mit einer kegelförmigen
Schließfläche 17 bzw. 17' ausgebildet, die jeweils mit einem kegelförmigen Schließsitz
25 der Bohrung 1o korrespondiert.
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Die Schließfläche 17 bzw. 17' ist Teil der beaufschlagbaren Schließebene,
die in etwa dem Querschnitt der Bohrung 1o entspricht.
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Durch abgestufte Anordnung der Durchmesser des in der Bohrung 1o geführten
und mit dem Schließkörper 7 fest verbundenen Ventilstösse]s 6 und der Bildung von
Ringflächen 12, 12' sind im Einsatz 4 Druckräume 18, 18' gebildet, die mit den diesen
zugeordneten Anschlüssen 15 bzw. 16 verbunden sind. Beide Druckräume 18 bzw. 18'
sind entsprechend einer über den Ventilstössel 6 erfolgenden Betätigung wechselweise
mit dem Druckanschluß 14 verbindbar, gegeneinander jedoch stets gesperrt.
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Zur Abdichtung der Druckräume 18 bzw. 18' nach
außen
sind im zylinderförmigen Ansatz 19 des Flansches 8 bzw. des Betätigungsmagneten
5 jeweils Manschettendichtungen 20 vorgesehen. Dichtungsringe 21 im Einsatz 4 und
in den Flanschansätzen 19 verhindern den Austritt von Leckwasser.
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Das gezeigte Mehrwegesteuerventil arbeitet austriebsfrei, da sowohl
die beaufschlagbaren Schließebenen 17 bzw.17' des Schließkörpers 7 wie auch die
beaufschlagbaren Ringflächen 12, bzw. 12' des Ventilstössels gleiche Flächenabmessungen
aufweisen.
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Die in den Druckräumen 18 bzw. 18' auf den Ventilstössel 6 und den
Schließkörper 7 einwirkenden und einander entgegenwirkenden hydraulischen Kräfte
sind daher gleich groß. Dadurch ist gewährleistet, daß unter Vernachlässigung von
Reibungswerten die volle auf den Schließkörper 7 einwirkende SchließkEEt durch die
Druckfeder 9 einerseits und den Betätigungsmagnet 5 andrerseits bestimmt ist.
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Der jeweils volle Druckausgleich am Schließkörper 7 und nahezu die
Ausnutzung der/vollen Schließkraft ermöglicht den sicheren Einsatz des Mehrwegesteuerventils
auch für einen Betriebsdruck über 400 bar. Nur zwei Manschettendichtungen 20 sind
erforderlich, so daß lediglich geringe Reibkräfte auftreten. Da der Ventilstössel
6 und der Schließkörper 7 eine Einheit bilden, läßt sich diese
Einheit
mit hoher Fertigungsgenauigkeit in Zerspanungsautomaten spitzenlos und bei hoher
Oberflächengüte herstellen.
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In einer anderen Ausführungsart sind der Ventilstössel 6 und der Schließkörper
7 ineinandergesteckt und beispielsweise durch Einkleben miteinander verbunden.
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Bei dieser Herstellungsweise lassen sich Teile exakt gleicher Toleranzabweichung
miteinander verbinden, wobei ein absoluter Kräfteausgleich auch bei sehr hohen Betriebsdrücken
sowie eine volle Nutzung der Schließkräfte sichergestellt ist.
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Das in Fig. 2 gezeigte Mehrwegesteuerventil unterscheidet sich von
Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Schließkörper eine kugelförmige Schließfläche
aufweist, insbesondere als Kugelkörper 28 ausgebildet ist.
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Der Kugelkörper 28 besteht aus Oxvd-keramik und ist in seinem Kern
mit einer Bohrung 22 versehen. In dieser Bohrung 22 ist ein Führungsteil 23 aus
hochelastischem korrosionsfreiem Werkstoff eingeklebt, welches an seinen Enden ebenfalls
durch Einkleben befestigte Längsschieber 26 bzw 26 aus Oxidkeramik aufweist.
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Der Schließsitz 24 in der Gehäusebohrung 1o ist ebenfalls kugelförmig
und durch Eindrücken einer Hartstahlkugel
größeren Durchmessers
hergestellt. Der hierdurch erhaltene Schließsitz 24 ist wie Fig. 3 zeigt, durch
eine Schließkante 24 mit zum Druckanschluß 14 sich öffender Sitzfläche 29 gebildet.
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Auf diese Weise bewirken die vom Betätigungsmagneten 5 und der Druck
feder 9 aufgebrachten Schließkräfte eine hohe und längs der Schließkante 24 gleichgroße
spezifische Flächenpressung, womit im Dauerbetrieb ein leckagefreier Schließsitz
des Kugelkörpers 28 erreicht ist.
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Geringe den Schließsitz 25 beeinflussende Ferigungsungenauigkeiten
werden durch eine elastische Ausbildung des Führungsteils 23 ausgeglichen, indem
sich der Kugelkörper 28 elastisch der Schließkante 24 anzupassen veriTlag.
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In Fig. 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der mit dem Anschluß
16 verbundenen Aussparung 13 näher aufgezeigt.
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Der aus Fertigungsgründen geteilte Einsatz 4 weist stirnseitig und
im Bereich des Schließkante 24 radial und nach außen sich erweiternde Leitkanäle
30 auf.
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Sie entsprechen in ihrem freien Querschnitt dem Querschnitt der Bohrung
10 und ermöglichen eine impuls arm Zu- bzw. Ableitung der Druckflüssigkeit über
den Anschluß 16, wodurch der Kugelkörper 28 während
des Schließvorgangs
von einwirkenden Impulskräften weitgehend befreit ist.
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Das Mehrwegesteuerventil it sowohl als 2/2 Wege wie auch 3/2 Wegeventil
ohne konstruktive Änderung seiner Teile universell einsetzbar. Im ersteren Falle
ist bedarfsweise lediglich der Anschluß 16 oder der Anschluß 15 blind zu verschließen.
Die Anschlüsse15bzw.16 können bei Einsatz als 3/2 Wegeventil wahlweise als Zulauf-
bzw. Rücklaufanschluß dienen. Unabhängig von der gewählten Funktionsweise ist mit
nur einer Ventilausbildung zwingend die Austriebsfreiheit des Schließkörpers 7 sichergestellt.
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