DE3610693C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, das die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 aufweist.

Bei einem bekannten Ventil dieser Art (DE 84 27 095 U1) werden die Sperrabschnitte durch zwei hohlzylindrische Dichtungshülsen gebildet, zwischen denen ein ebenfalls hohlzylindrischer Führungsteil angeordnet ist. Letzterer ist mit einer seine Wand durchdringenden Bohrung versehen, welche den Verbindungskanal bildet. Der Durchmesser dieser Bohrung ist etwa halb so groß wie der Innendurchmesser des Führungsteils. Das Schließglied, das in dem von den Sperrabschnitten und dem Führungsteil gebildeten Kanal längsverschiebbar angeordnet ist, ist ein zylindrischer Körper mit kegeligen Enden. Letztere bilden die beiden Sitzteile, wohingegen der zylindrische Mittelteil den Sperrteil bildet. Da die axiale Länge des Sperrteils größer als sein Durchmesser ist, hat dieses Ventil eine positive Schaltüberdeckung. Das Schließglied bedingt aber einen relativ großen Aufwand und insbesondere eine relativ große Länge in Richtung der Längsbohrung des Ventils.

Ein kostengünstigeres Schließglied weist ein anderes bekanntes Ventil mit positiver Schaltüberdeckung auf (DE 32 09 202 A1), da hier das Schließglied durch zwei handelsübliche Kugeln gebildet ist. Allerdings macht ein solches Schließglied erforderlich, wenigstens zwei in der Bewegungsrichtung des Schließglieds im Abstand voneinander angeordnete Verbindungskanäle vorzusehen. Außerdem ist die Abmessung des Ventils in Richtung der Längsbohrung nicht geringer als bei Verwendung eines Schließglieds mit einem zylindrischen Mittelabschnitt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß sich unter Beibehaltung der Vorteile der genannten, bekannten Ventile mit kleineren Abmessungen in Richtung der Längsbohrung realisieren läßt. Diese Aufgabe löst ein Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.

Dadurch, daß das Schließglied aus einer einzigen Kugel besteht, erhält man zum einen eine minimale Abmessung des Schließgliedes in seiner Verschieberichtung. Dies erlaubt eine Verringerung des Abstandes zwischen den Ventilsitzen auf ein Minimum. Zum anderen ist eine Kugel ein handelsübliches, kostengünstiges Element, weshalb sich auch die Kosten durch die erfindungsgemäße Lösung reduzieren lassen. Durch die erfindungsgemäße Bemessung des als Spalt ausgebildeten Verbindungskanals wird ferner dann, wenn der Äquator der Kugel auf die Mitte des Spalts ausgerichtet ist, ein so großer Drosseleffekt der beiden Ringschlitze erreicht, daß sich das Ventil praktisch wie ein solches mit positiver Schaltüberdeckung verhält.

Es ist zwar bekannt, statt eines Schließglieds mit einem zylindrischen Mittelabschnitt und kegelstumpfförmigen Endabschnitten, das mit Spiel in der Längsbohrung des Ventils angeordnet ist (DE-PS 5 22 339), eine Kugel vorzusehen, die ebenfalls mit Spiel in eine zylindrische Hülse eingesetzt ist, welche sich vom einen zum anderen Ventilsitz erstreckt. Diese Kugel wird mit einer in radialer Richtung federbelasteten zweiten Kugel gegen diejenige Längszone der Hülse gedrückt, in welcher eine Querbohrung vorgesehen ist, welche einen die Hülse umgebenden Ringkanal mit dem Inneren der Hülse verbindet. Dieser Bohrung diametral gegenüberliegend ist die Hülse mit einer zweiten Bohrung versehen, in welche die zweite Kugel eingreift. Sowohl durch das Spiel des Schließglieds in der Hülse als auch die Verbindung des Innenraums der Hülse mit dem sie umgebenden Ringraum über die der zweiten Hülse zugeordnete Bohrung, wenn das Schließglied sich in seiner Mittelstellung befindet und seine Kugel zusammen mit der ihr zugeordneten Bohrung einen Ringkanal begrenzt, läßt sich mit solchen Ventilen keine positive Schaltüberdeckung erreichen.

Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung von wenigstens zwei Mündungsöffnungen gemäß Anspruch 2, wobei vorzugsweise die zugehörigen Verbindungskanäle radial verlaufend ausgebildet sind. Dadurch, daß jede Mündungsöffnung im Abstand von der benachbarten Mündungsöffnung endet, ist zwischen benachbarten Mündungsöffnungen ein Flächenbereich vorhanden, durch den das Verschlußglied auch dann geführt ist, wenn es durch eine Kugel gebildet ist und der Äquator dieser Kugel auf die Mitte der Mündungsöffnungen ausgerichtet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Art ist zwischen den beiden die Ventilsitze bildenden Buchsen eine Führungs­ buchse angeordnet, die gemäß Anspruch 3 ausgebildet ist. Vorteilhafterweise weist diese Führungsbuchse die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ventilsitze und die Sperrabschnitte in an sich bekannter Weise in zwei Buchsen vorgesehen, die mit ihren Stirnflächen aneinander anliegen. Vorteilhafterweise sind diese Buchsen gemäß den Ansprüchen 6 und 7 ausgebildet. Es ist ferner zweck­ mäßig, die Radialbohrungen dieser vorteilhafterweise gleich ausgebildeten Buchsen in Form von Halbbohrungen auszuführen. Man hat dann nicht nur zwei gleiche Teile, sondern erreicht auch für einen bestimmten Querschnitt der Radialbohrungen eine minimale axiale Länge der diese Bohrungen aufnehmenden Abschnitte der Buchsen. Natürlich kann das Profil der Halb­ bohrungen auch von einem Halbkreis abweichen und beispielsweise eine Rechteckform haben.

Die Halbbohrungen der beiden gleich ausgebildeten Buchsen sind vorzugsweise gemäß Anspruch 11 ausgebildet, damit immer eine genügend große tragende Stirnfläche vorhanden ist, un­ abhängig davon, wie die Halbbohrungen der beiden Büchsen beim Einbau zueinander zu liegen kommen. Die Halbbohrungen müssen daher nicht aufeinander ausgerichtet sein.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Lage des Schließ­ gliedes in der einen Schaltstellung mit ausgezogener Linie dargestellt und in der anderen Schaltstellung mit gestrichelter Linie angedeutet ist,

Fig. 2 einen entsprechend Fig. 1 unvollständig dargestellten Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispiels bei einer Stellung des Schließgliedes in der Mitte zwischen beiden Endstellungen,

Fig. 3 einen unvollständig dargestellten Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 einen vollständigen Längsschnitt einer Buchse des zweiten Ausführungsbeispiels.

Ein Drei-Wege-Ventil weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einer Längsbohrung 2 versehen ist. In diese Längsbohrung 2 sind in axialer Richtung aufeinander folgend ein erster Zylinder 3, eine erste Buchse 4, eine zweite Buchse 5 und ein zweiter Zylinder 6 derart eingesetzt, daß sie aneinander anliegen und in der Längsbohrung 2 festgelegt sind. Der erste Zylinder 3 enthält einen axial verschiebbaren Kolben 7 mit einer an der Innenmantelfläche des Zylinders 3 anliegenden Dichtung 8. Der das Betätigungsglied des Ventiles bildende Kolben 7 ist auf seiner der ersten Buchse 4 zugewandten Seite mit einem zentralen, stabartigen Fortsatz 9 versehen, welcher an einer das Schließglied bildenden Kugel 10 anliegt.

Im zweiten Zylinder 6 ist ein Kolben 11 längsverschiebbar geführt, in den von der der Kugel 10 abgekehrten Stirnfläche her eine Sacklochbohrung 12 eindringt, in die eine vorgespannte Schraubenfeder 13 eingreift, die andererseits am Gehäuse 1 abgestützt ist und einen wie den Fortsatz 9 des Kolbens 7 ausgebildeten Fortsatz 14 des Kolbens 11 ständig gegen die Kugel 10 drückt. Das Innenprofil des zweiten Zylinders 6 und das Außenprofil des in ihm geführten Kolbens 11 braucht nicht wie im Ausführungsbeispiel kreisförmig zu sein. Es könnte beispielsweise auch ein Mehrkantprofil sein. Der Kolben 11 und die Schraubenfeder 13 bewirken eine definierte Nullstellung bei Druckgleich­ heit in allen Räumen. Für die umgekehrte Nullstellung des Ventils kann die Schraubenfeder in den Kolben 7 eingesteckt werden.

Die beiden Buchsen 4 und 5, die je einen Ventilkörperteil bilden, sind gleich ausgebildet, jedoch bezüglich der durch die aneinander anliegenden Stirnflächen definierten Fläche spiegelbildlich in die Längsbohrung 2 eingesetzt. Die folgen­ de Beschreibung der ersten Buchse 4 gilt deshalb auch für die zweite Buchse 5.

Die zentrale, die Buchse durchdringende Bohrung hat an dem an den Innenraum des benachbarten Zylinders anschließenden Ende eine sich nach innen konisch verjüngende Ausbildung. Hieran schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 15 an, der im Vergleich zu den übrigen Abschnitten den kleinsten Durchmes­ ser hat. Auf den Abschnitt 15 folgt ein den Ventilsitz 16 bildender Abschnitt, der konisch ausgebildet ist, wobei der Konuswinkel so gewählt ist, daß eine tangentiale Anlage an der Kugel 10 erfolgt. Der zylindrische Sperrabschnitt 17 ist an den Durchmesser der Kugel 10 angepaßt, damit diese nahezu spielfrei mit ihrem Äquator 18 im Sperrabschnitt 17 geführt ist. Die Ringnut 19 erleichtert die Führung. In der der anderen Buchse zugekehrten Stirnfläche ist die Buchse mit einem zur Stirnfläche hin offenen, im Querschnitt tra­ pezförmigen Ringkanal 20 versehen, der sowohl im Abstand von der Außenmantelfläche der Buchse als auch im Abstand von deren Längsbohrung liegt.

Von diesem Ringkanal 20 aus erstreckt sich radial nach innen bis zur Längsbohrung der Buchse eine kreisringförmige, in der Stirnseite der Buchse vorgesehene Vertiefung, welche zusammen mit der entsprechenden Vertiefung der anderen Buchse einen scheibenförmigen Spalt 21 bildet, der auch als Verbindungskanal bezeichnet wird, welcher den Ringkanal 20 mit dem Inneren der beiden Buchsen 4 und 5 verbindet. Wie Fig. 2 zeigt, ist die in axialer Richtung der Buchsen gemessene Breite des Spaltes 21 so gewählt, daß dann, wenn der Äquator 18 der Kugel 10 auf die Mitte des Spaltes 21 ausgerichtet ist, beide Ringschlitze 22, die dann zwischen der Kugel und den kreisringförmigen Kanten 23 vorhanden sind, welche die Sperrabschnitte 17 mit den Wandflächen des Spaltes 21 bilden, nur wenige hundertstel Millimeter beträgt. Hierdurch ist sichergestellt, daß in dieser Stellung der Kugel 10 kein Druckausgleich zwischen den durch die Kugel 10 voneinander getrennten Räumen auftreten kann, weshalb das Ventil wie ein solches mit positiver Schaltüberdeckung arbeitet.

In der den Ringkanal 20 umgebenden Zone ist das Gehäuse 1 mit einem zu den Buchsen 4 und 5 hin offenen Ringkanal zur Bildung eines Verbraucheranschlusses 24 versehen. Dieser Verbraucheranschluß 24 ist mit dem Ringkanal 20 über radiale Halbbohrungen 25 verbunden, die über den Umfang der Buchse 4 bzw. 5 versetzt angeordnet sein können, wie in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien gezeigt ist, die im Ausführungs­ beispiel jedoch aufeinander ausgerichtet sind und sich dadurch zu Vollbohrungen ergänzen.

In dem an die zweite Buchse 5 anschließenden Endabschnitt des zweiten Zylinders 6, welcher von dem im zweiten Zylinder 6 verschiebbaren Kolben 11 nicht überdeckt wird, sind über den Umfang versetzt angeordnete Radialbohrungen 26 vorgesehen, welche den sich bis zum benachbarten Ventilsitz 16 erstreckenden Raum mit einem teilweise im Zylinder 6 vorgesehenen Ringkanal verbinden, der als Pumpenanschluß 27 dient. Da der zweite Zylinder 6 an seinem in der zweiten Buchse 5 abgekehrten Ende verschlossen ist, ist die Sacklochbohrung 12 des Kolbens 11 über eine Druckausgleichsbohrung 28 mit dem sich an die Radialbohrungen 26 anschließenden Innenraum des zweiten Zy­ linders 6 verbunden.

Der sich an die erste Buchse 4 anschließende Endabschnitt des ersten Zylinders 3 ist zu demjenigen Bereich, der nicht vom Kolben 7 überdeckt wird, mit in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Radialbohrungen 29 versehen. Über diese Radialboh­ rungen 29 ist der sich an den benachbarten Ventilsitz 16 anschließende Innenraum des ersten Zylinders 3 mit einem Vorratsbehälteranschluß 30 verbunden, der einen im Zylinder 3 vorgesehenen Ringkanal aufweist. Die für eine Verschiebung des Kolbens 7 gegen die erste Buchse 4 hin erforderliche Druckmittelzufuhr erfolgt von dem der ersten Buchse 4 abge­ kehrten Ende des Zylinders 3 her.

In der in Fig. 1 dargestellten Lage der Kugel 10 verbindet das Ventil den Verbraucheranschluß 24 mit dem Pumpenanschluß 27. Der Vorratsbehälteranschluß 30 ist abgesperrt, weil die Kugel 10 infolge des Pumpendruckes in Anlage am Ventilsitz 16 der ersten Buchse 4 gehalten wird. Dabei ist der Raum auf der der Kugel 10 abgekehrten, in Fig. 1 links liegenden Seite des im Durchmesser größeren Kolbens 7 über die nicht gezeigte Vorsteuerung mit dem Vorsteuerungsbehälter verbunden. Soll nun der Verbraucheranschluß 24 mit dem Vorratsbehäl­ teranschluß 30 verbunden und der Pumpenanschluß 27 abgesperrt werden, dann wird auf die der ersten Buchse 4 abgekehrte Stirnfläche des Kolbens 7 mittels eines zugeführten Druckmittels eine so hohe Kraft ausgeübt, daß der Kolben 7 die Kugel 10 entgegen dem auf sie wirkenden Pumpendruck gegen den Ventilsitz der zweiten Buchse 5, bei der Blickrichtung gemäß Fig. 1 also nach rechts, bewegt. Dabei bleibt der Vorratsbehälteran­ schluß 30 noch so lange gesperrt, als der Äquator 18 der Kugel 10 am Sperrabschnitt 17 der ersten Buchse 4 anliegt. Auch dann, wenn die Kugel 10 eine Position erreicht hat, in welcher ihr Äquator 18 auf die Mitte des Spaltes 21 aus­ gerichtet ist, ist der Vorratsbehälteranschluß 30 noch prak­ tisch abgesperrt. Während der Äquator 18 der Kugel 10 in den Bereich des Spaltes 21 eintritt, wird außerdem der Pum­ penanschluß 27 abgesperrt. Die vollständige Absperrung dieses Anschlusses und die Freigabe der Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß 24 und dem Vorratsbehälteranschluß 30 erfolgt dann, sobald der Äquator 18 in Anlage an den Sperr­ abschnitt 17 der zweiten Buchse 5 kommt. Sobald die Kugel 10 in Anlage an den Ventilsitz 16 der Buchse 5 gekommen ist, wird diese Absperrwirkung durch das Zusammenwirken des Ven­ tilsitzes 16 mit der Kugel 10 unterstützt.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungs­ beispiel stimmt weitgehend mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein. Daher ist das zweite Ausführungsbeispiel im folgenden nur insoweit erläutert, als es von dem ersten Ausführungs­ beispiel abweicht. Zum besseren Verständnis sind sich ent­ sprechende Teile mit um Hundert größeren Bezugszahlen ge­ kennzeichnet.

Die beiden Buchsen 104 und 105, die je einen der beiden Ventil­ sitze 116 bilden, haben eine im Vergleich zum ersten Ausführungs­ beispiel geringere axiale Länge.

Diese Verkürzung ist dadurch bedingt, daß zwischen die beiden Buchsen 104 und 105 eine Führungsbuchse 130 ein­ gesetzt ist, deren Stirnfläche an den einander zugewandten Stirnflächen der Buchsen 104 und 105 vollflächig anliegt. Der Innendurchmesser der Führungsbuchse 130 ist an den Außen­ durchmesser der Kugel 110 angepaßt, weil die Innenmantelfläche der Führungsbuchse 130 die beiden Sperrabschnitte 117 bildet.

Die Führungsbuchse 130, deren Außendurchmesser mit demjenigen der Buchsen 104 und 105 übereinstimmt, ist mit einer nach außen hin offenen, auf den Verbraucheranschluß 124 ausge­ richteten Ringnut 131 versehen. Diese begrenzt daher zusammen mit dem Verbraucheranschluß 124 einen Ringkanal.

Der Verbraucheranschluß 124 ist mit dem durch die zylindrische Innenmantelfläche der Führungsbuchse 130 begrenzten Raum durch zwei diametral angeordnete, gleich ausgebildete Kanäle 121 verbunden. Diese beiden Kanäle 121 haben ein rechtför­ migen Querschnitt, wobei sich die Längsseiten des Rechteckes in Umfangsrichtung erstrecken. Der Erstreckungswinkel ist, wie insbesondere Fig. 5 erkennen läßt, kleiner als 180° und beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 120°. Beide Kanäle 121 münden in ein und derselben Ringzone der Innenmantelfläche der Führungsbuchse 130, wobei die Längsmittellinie der beiden Mündungsöffnungen in der Quermittelebene der Führungsbuchse 130 liegt. Nach außen münden die beiden Kanäle 121 im Grund der Ringnut 131.

Im übrigen ist dieses Drei-Wege-Ventil wie dasjenige des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Auch seine Funktions­ weise stimmt mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein.

Claims (10)

1. Ventil mit folgenden Merkmalen:

• a) zwei Ventilsitzen in einem hohlen Ventilkörper,
• b) den Ventilsitzen zugeordneten und zwischen diesen angeordneten Sperrabschnitte,
• c) ein zwischen den Ventilsitzen verschiebbar angeordnetes und mit seinem auf dem Umfang vorgesehenen Führungsteil geführtes Schließglied, das zwei Sitzteile sowie wenigstens einen Sperrteil hat, mittels dessen wahlweise einer der beiden Sperrabschnitte absperrbar ist und dessen Durchmesser größer ist als derjenige des mit dem zugeordneten Ventilsitz zusammenwirkenden Sitzteils,
• d) drei Anschlüssen am Ventilgehäuse, von denen einer zwischen den beiden Ventilsitzen und von den beiden anderen je einer auf einer der außerhalb der beiden Ventilsitze befindlichen Seiten angeordnet ist, wobei mit Hilfe des Schließgliedes jeweils zwei Anschlüsse miteinander verbindbar sind und der dritte Anschluß dabei durch das Schließglied von den beiden miteinander verbundenen Anschlüssen getrennt ist,
• e) wenigstens ein Verbindungskanal, der den zwischen den beiden Ventilsitzen angeordneten Anschluß mit dem von den beiden Sperrabschnitten begrenzten Raum verbindet und dessen Mündungsöffnung in der von den Sperrabschnitten definierten Mantelfläche liegt,
• f) die Sitzteile, der Führungsteil und der Absperr­ teil des Schließgliedes (10) sind Teile eines einzigen Körpers,
• g) in einer einzigen Ringzone der durch die Sperrabschnitte (17; 117) definierten Mantelfläche liegt die Mündungsöffnung jedes vorhandenen Verbindungskanals (21; 121),
• h) bei einer Ausrichtung der Mitte des Sperrteils des Schließglieds (10; 110) auf die Mitte der Mündungsöffnung jedes vorhandenen Verbindungskanals (21; 121) ergibt sich eine positive Schaltüberdeckung,

dadurch gekennzeichnet, daß

• i) das Schließglied durch eine einzige, mittels eines Betätigungsglieds (7, 8, 9, 11, 13, 14) betätigbare Kugel (10; 110) gebildet ist.
• j) die in axialer Richtung gemessene Breite des als Spalt (21; 121) ausgebildeten Verbindungskanals so bemessen ist, daß bei einer Ausrichtung des Äquators (18) der Kugel (10) auf die Mitte des Spalts (21) die beiden zwischen der Kugeloberfläche und den am inneren Spaltrand vorhandenen kreisringförmige Kanten (23) vorhandenen Ringschlitze (22) eine Weite im Bereich von einigen hundertstel Millimeter haben.

2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch wenigsten zwei gleichmäßig über den Umfang der Ringzone verteilt angeordnete Mündungsöffnungen, von denen jede im Abstand von der benachbarten Mündungsöff­ nung endet.

3. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine die beiden Sperrabschnitte (117) bildende Führungsbuchse (130), die zwischen den die beiden Ventil­ sitze bildenden Buchsen (104, 105) angeordnet ist und in ihrer Innenmantelfläche die Mündungsöffnungen aufweist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Außenmantelfläche der Führungsbuchse (130) einen Teil der Begrenzungsfläche des zwischen den Ventilsitzen angeordneten Anschlusses (124) bildet.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbindungskanal als ein die beiden Sperrabschnitte (17) zumindest auf einem Teil ihres Umfangs voneinander trennender Spalt (21) aus­ gebildet ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei die beiden Sperrabschnitte (17) aufweisende Buchsen (4, 5) in einer Ringzone ihrer Stirnflächen aneinander anliegen, die einerseits durch die Außenmantelfläche der Buchse (4, 5) und anderer­ seits durch die Außenmantelfläche eines Ringkanals (20) begrenzt ist, von der aus sich der Spalt (21) nach innen erstreckt.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die aneinander anliegenden Endabschnitte der beiden Buchsen (4, 5) mit Radialbohrungen (25) verse­ hen sind, welche den Anschluß (24) mit dem Ringkanal (20) verbinden.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Radialbohrungen (25) in beiden gleich ausgebildeten Buchsen (4, 5) die Form von Halbbohrungen haben.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halbbohrungen (25) der beiden gleichen Buchsen (4, 5) in den aneinander anliegenden Stirnflächen eine kleinere Fläche einnehmen als die verbleibenden, tragenden Stirnflächenanteile.