DE3734058A1 - Hydraulisch angesteuertes 2/2-wegeventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein 2/2-Wegeventil, insbesondere auf ein 2/2-Wege-Einbauventil und speziell auf ein hydraulisch angesteuertes 2/2-Wegeventil.

12/2-Wege-Einbauventile dienen zum direkten Einbau in Bohrungen von Steuerblöcken. Solche Ventile werden auch mit den älteren Begriffen "Hydrologikelement" oder "Patrone" (englisch: cartridge) bezeichnet.

Hydraulisch angesteuerte 2/2-Wegeventile sind seit langem bekannt und verwenden im allgemeinen einen federbelasteten Steuerkolben, der zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung hin und her bewegbar ist. Der Steuerkolben ist dabei zum einen federbelastet und kann ferner mit einem in einem Steuerraum angelegten Steuerdruck beauf­ schlagt werden. In der einen Schaltstellung (Schließstellung) ist die Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und dem Verbraucher unterbrochen, wohingegen in der anderen Schaltstellung (Öffnungsstellung) die Verbindung zwischen Druckmittelquelle und Verbraucher hergestellt ist. Ein solches 2/2-Wegeventil ist in der Form eines Einbauventils beispielsweise auf Seite 150 der folgenden Literaturstelle beschrieben: Hans Jürgen Matthies, Einführung in die Ölhydraulik, B.G. Teubner Stuttgart 1984.

Ventile ganz allgemein sind in überaus großer Zahl bekannt. So zeigt beispielsweise die DE-PS 32 45 667 ein Druckbegrenzungs­ ventil, also ein Sicherheitsventil, welches den Betriebsdruck einer Anlage auf einen vorbestimmten einstellbaren Wert begrenzt. Ferner sei auf die DE-OS 33 07 554 hingewiesen, die ein elektrisch regelbares Druckreduzierventil beschreibt. Bei einem Druckreduzierventil wird der Ausgangsdruck begrenzt, d.h. der Ausgangsdruck wird unabhängig vom Eingangsdruck, sobald dieser den eingestellten Wert überschreitet konstant gehalten. Man kann also mit einem Druckreduzierventil den Druck in einem Teil eines hydraulischen Kreislaufes auf einem niedrigeren Wert als dem Systemdruck reduzieren. Die DE-OS 25 25 110 beschreibt ein 3/2-Wegeventil mit Bohrungen in einem Schieber um über einen Innenraum des Schiebers Verbindungen mit verschiedenen Anschlüssen herzustellen. Die DE-OS 28 08 447 und auch das deutsche Gebrauchsmuster G 78 05 968 beschreiben druckausgeglichene Ventile für HFA-Flüssigkeiten. Bei diesen, wie auch den zuvor genannten Ventilen handelt es sich nicht um hydraulisch angesteuerte 2/2-Wegeventile, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht.

Es sei bemerkt, daß die bekannten 2/2-Wegeventile überwiegend als sogenannte Sitzventile hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich aber insbesondere auf ein 2/2-Wege-Schieberventil mit einem hin und her bewegbar angeordneten Schieber oder Kolben. Bekanntlich unterscheiden sich Wegesitz­ ventile grundsätzlich von Wegeschieberventilen durch die Eigenschaft der leckölfreien Absperrung, die bei Schieber­ ventilen aufgrund des erforderlichen Passungsspiels zwischen Kolben und Gehäuse bislang nicht zu erreichen ist. Wegeschie­ berventile können solche mit Längsschieber oder Drehschieber sein. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Wegeschieberventil mit einem Längsschieber.

Bei den bekannten 2/2-Wegeventilen ist nachteilig, daß diese dann öffnen, wenn der Steuerdruck beispielsweise durch eine Störung wegfällt. Dies kann zu unerwünschten Störungen in dem mit dem 2/2-Wegeventil verbundenen hydraulischen System führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Durch die vorliegende Erfindung soll speziell die Aufgabe gelöst werden ein hydraulisch angesteuertes 2/2-Wegeventil mit einem federbelasteten Steuerkolben und einem vom Steuerdruck beaufschlagten Steuerraum, wobei der Steuerkolben in der einen Schaltstellung die Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und dem Verbraucher unterbricht und in der anderen Schaltstellung freigibt, derart auszubilden, daß auch bei einem Wegfall des Steuerdrucks und bei noch vorhandenem Verbraucherdruck das Verbringen des Ventils in seine Schließstellung sichergestellt ist. Insbesondere bezweckt die Erfindung das Vorsehen eines Ventils bei dem praktisch Leckölfreiheit erreicht werden soll. Ferner soll das erfindungsgemäße Ventil kostengünstig herstellbar und insbesondere als ein Einbauventil gestaltet sein.

Insbesondere zur Lösung der oben genannten speziellen Aufgabe sieht die Erfindung bei einem hydraulisch angesteuerten 2/2-Wegeventil vor, daß eine Steuerfeder und der Steuerdruck den Steuerkolben des Ventils in Öffnungsrichtung und der Pumpendruck den Steuerkolben in Schließrichtung beaufschlagt.

Dadurch, daß man das 2/2-Wegeventil in der Form eines Schieberventils ausbildet erreicht man praktisch Leckölfreiheit beim Betrieb des Ventils.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydraulisch angesteuerten 2/2-Wege-Einbauschieberventils gemäß der Erfindung, wobei im linken Teil des Schnitts der Schließstellung und im rechten Teil des Schnitts der Öffnungsstellung dargestellt ist;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines hydraulisch angesteuerten 2/2-Wege-Einbauschieberventils in schematischer Schnittdarstellung, wobei hier im linken Teil des Schnitts das Ventil in seiner Öffnungsstellung und rechts in seiner Schließstellung dargestellt ist.

In Fig. 1 ist eine 2/2-Wege-Einbaugleitdichtungs-Ventil­ anordnung 1 dargestellt, die ein 2/2-Wege-Einbaugleit­ dichtungsventil 100 aufweist, welches in einer Einbaubohrung (Stufenbohrung) 5 eines Gehäuses (Steuerblock) 4 angeordnet ist. Die Bohrung ist durch einen Deckel 3 abgeschlossen.

Im Gehäuse 4 ist eine erste Anschlußbohrung 6 für den Verbraucher A und um 90° demgegenüber versetzt eine zweite Anschlußbohrung 7 für den Verbraucher B (auch Druckmittel­ quelle oder Pumpe genannt) vorgesehen. Typischerweise strömt das Druck- oder Strömungsmittel (beispielsweise Wasser, HFA oder Öl) gemäß dem Pfeil 22 in die Anschlußbohrung 6 ein und kann in der Öffnungsstellung des Ventils durch Anschlußbohrung 7 gemäß Pfeil 23 austreten.

In der Einbaubohrung 5 sitzt abgedichtet eine Buchse 25. Gegenüber dem Gehäuse 4 ist die Buchse 25 durch zwei Radialdichtungen 13 und 14 abgedichtet. Gegenüber dem am Gehäuse 4 und Buchse 25 anliegenden Deckel 3 ist die Buchse 25 durch eine Axialdichtung 12 abgedichtet. Die Axialdichtung 12 weist einen O-Ring sowie benachbart dazu einen Stützring auf.

Im Deckel 3 ist eine Steuerbohrung X für den Steuerdruck x vorgesehen. Die Steuerbohrung 8 steht mit einer Mittelbohrung 9 im Deckel 3 und somit mit einem noch zu beschreibenden Steuerraum 15 in Verbindung. Als Steuerdruck kann beispiels­ weise der Pumpendruck verwendet werden.

Die Buchse 25 bildet eine Innenbohrung 26, in der ein Steuer­ kolben/Schieber oder Ventilkegel 11 hin und her bewegbar zwischen einer einer ersten Schaltstellung oder Öffnungstellung (rechts in Fig. 1) und einer zweiten Schaltstellung oder Schließstellung (links in Fig. 1) des Ventils 100 angeordnet ist.

Der Steuerkolben 11 ist gegenüber der Innenbohrung 26 abgedichtet, und zwar durch in Nuten (z.B. 27) der Buchse 25 angeordnete Dichtungen 32, 33 und 34. Jede der Dichtungen 32, 33 und 34 ist zweiteilig aufgebaut und weist zwei radial benachbart angeordnete Elemente auf: einen radial außen gelegenen O-Ring 35 und radial innen gelegenen Gleitring 36.

Mehrere Radialbohrungen 31 (zwei sind gezeigt) in der Buchse 25 stehen über eine Anschlußkammer 18 im Gehäuse 4 mit der Anschlußbohrung 7 in Verbindung. Die beiden Dichtungen 33 und 34 sind benachbart zu der Radialbohrung 31 angeordnet.

Der als Hohlkolben ausgebildete Steuerkolben 11 ist ebenso wie die Buchse 25 rotationssymmetrisch zur Längsachse 24 des Ventils aufgebaut und wird durch eine senkrecht zur Achse 24 verlaufende Zwischen- oder Trennwand 17 in zwei Kammern oder Räume unterteilt, und zwar in den Steuer- oder Federraum 15 und in den Schaltraum 16. Im durch den Steuerdruck x beauf­ schlagten Steuerraum 15 ist eine Steuerfeder in der Form einer Druck-Schraubenfeder 10 angeordnet, die sich im Deckel 3 am Boden der Bohrung 9 einerseits und an der Trennwand 17 andererseits abstützt und dazu dient, den Kolben 11 in seine Öffnungsstellung vorzuspannen. Mittelbohrung 9 und Federraum 15 fluchten und stellen sicher, daß bei einem angelegten Steuerdruck x der Ventilkolben 11 in der Öffnungsstellung gehalten wird. Im Bereich des Schaltraums 16 ist die Wand des Kolbens 11 durch eine Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden Kolbenbohrungen 30 unterbrochen. Jede Bohrung 30 hat einen Durchmesser D. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen 30 in einer einzigen Reihe angeordnet. Es ist auch denkbar, die Bohrungen 30 in mehreren axial bezüglich einander versetzten Reihen anzuordnen.

Die Bohrungen 30 sind derart positioniert, daß sie in der Öffnungsstellung des Ventils (rechts in Fig. 1) den Schaltraum 16 mit den Radialbohrungen 31 verbinden, so daß Strömungsmittel von A nach B fließen kann. Die Bohrungen 30 sind derart angeordnet, daß in der Schließstellung des Ventils 100 die Bohrungen 30 sich in einer abgedichteten Position befinden, und zwar zwischen den Radialdichtungen 32 und 33. Dadurch kann das im Schaltraum 16 unter Druck anstehende Strömungsmittel nicht zu den Radialbohrungen 31 gelangen. Die Radialbohrungen 30 sind ferner derart ausgebildet, daß sie bei der Bewegung des Kolbens 11 zwischen seiner Schließ- und Öffnungsstellung, d.h. beim Überfahren der Dichtung 33 diese nicht beschädigen. Insbesondere ist der Durchmesser D der Bohrungen 30 wesentlich kleiner als die Axialabmessung L der Dichtung 33.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Ventil bei angelegtem Steuerdruck offen, bei nicht vorhandenem Steuerdruck, wenn die Kraft der Feder 10 überwunden wird, also zu. Daraus folgt, daß der jeweilige bei A anliegende Systemdruck das Ventil 100 bei einem Steuerdruckausfall an X ohne zusätzliche Einrichtungen schließt. Diese Selbstschließ­ eigenschaft des Ventils 100 ist von großem Vorteil. Die Steuerfeder 10 ist schwach und dient lediglich dazu, dem Ventil 100 im drucklosen Zustand eine Schaltstellung vorzugeben. Auch dann wenn wie häufig der Fall der Steuerdruck gleich dem Pumpendruck (bei A) ist, bewirkt die Steuerfeder 10 die Einstellung der Öffnungsstellung. Das Ventil gemäß Fig. 1 ist für einen Strömungsmittelfluß vom Verbraucher A, d.h. der Anschlußbohrung 6 zum Verbraucher B, d.h. der Anschlußbohrung 7 ausgelegt. Wäre der Strömungsmittelfluß umgekehrt, so wäre keine Wirkfläche für den Druck am Schieber vorhanden, so daß dieser nicht verschoben werden kann.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 für einen Strömungsmittelfluß vom Verbraucher B, d.h. Anschlußbohrung 7 zum Verbraucher A, d.h. Anschlußbohrung 6 ausgelegt. Im übrigen stimmt die Konstruktion gemäß Fig. 2 größtenteils mit der Konstruktion gemäß Fig. 1 überein, weshalb insofern die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Auch die Ausführungen hinsichtlich der Selbstschließeigenschaft gelten für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2. Links in Fig. 2 ist die Öffnungsstellung und rechts in Fig. 2 ist die Schließstellung des hier mit 200 bezeichneten Ventils dargestellt.

In einer Buchse 61 sind im Bereich der Anschlußbohrung 7 mehrere Radialbohrungen 50, 51 ausgebildet. Der Durchmesser der Radialbohrungen 50 und 51 sei mit E bezeichnet. In der Öffnungsstellung des Ventils 200 stehen diese Radialbohrungen 50, 51 mit einer am Umfang eines Steuerkolbens 21 verlaufenden Ringnut 59 in Verbindung. Die Ringnut 59 ist ihrerseits verbunden mit (z.B. vier) Radialbohrungen 69 in der Wand des Steuerkolbens 21 im Bereich des Schaltraums 16. Die Breite der Ringnut 59 ist bei in zwei Reihen angeordneten Bohrungen 50, 51 etwa das 2- bis 3-fache ihres Durchmessers E. Die Abdichtung des Steuerkolbens 21 gegenüber der Innenbohrung 26 erfolgt durch Radialdichtungen 53, 54 und 55. Diese Radialdichtungen 53, 54 und 55 sind in Ausdrehungen untergebracht, und zwar die Radialdichtungen 53 und 54 im Kolben 21 und die Radialdichtung 55 in der Buchse 61.

Bei der Bewegung des Kolbens 21 zwischen seiner Schließ- und Öffnungsstellung überfährt die Radialdichtung 54 die Radialbohrungen 50, 51. Der Durchmesser E der Radialbohrungen 50, 51 ist derart gewählt, daß er hinreichend klein ist, um eine Beschädigung der Dichtung 54 zu vermeiden. Jede der Dichtungen 53, 54, 55 besteht aus einem O-Ring und einem Gleitelement. Zwischen dem Außenumfang der Buchse 61 und der Innenbohrung 26 wird im Bereich benachbart zur Radialdichtung 55 getrennt von dieser eine Kammer 58 ausgebildet, die über die radial verlaufenden Abschlußbohrungen 52 mit der Anschlußkammer 18 in Verbindung stehen. Bei der Bewegung des Steuerkolbens 21 aus dessen Schließstellung (rechts in Fig. 2) in dessen Öffnungsstellung (links in Fig. 2) kann Strömungsmittel (Wasser, HFA oder Öl) in diese Bohrungen 52 zur Kammer 18 hin abgegeben werden.

Was die Arbeitsweise des Ventils 200 gemäß Fig. 2 anlangt, so wird es durch den Druck der Steuerfeder 10 und des Steuerdrucks der Steuerbohrung 8 in seiner Öffnungsstellung gehalten. Wenn der Steuerdruck ausfällt, so wird der an Anschlußbohrung 7 anstehende Druck ohne zusätzliche Einrichtungen das Selbstschließen des Ventils 200 bewirken, einfach aufgrund des die Kraft der Steuerfeder 10 überwindenden Drucks in der Kammer 16 und des auf Wirkflächen 117 einwirkenden Drucks in Kammer 58.

Bei beiden Ausführungsbeispielen werden Gleitdichtungen 32, 33 und 34 sowie 53, 54 und 55 verwendet, die praktisch leckagefrei arbeiten.

Zusammenfassend sieht die Erfindung ein hydraulisch ange­ steuertes 2/2-Wegeventil vor, mit einem federbelasteten Steuerkolben und einem vom Steuerdruck beaufschlagten Steuerraum wobei der Steuerkolben in der einen Schaltstellung die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und dem Verbraucher unterbricht und in der anderen Schaltstellung freigibt, wobei die Steuerfeder und der Steuerdruck den Steuerkolben in Öffnungsrichtung und der Pumpendruck den Steuerkolben in Schließrichtung beaufschlagt. Vorzugsweise ist der Steuerkolben als Hohlkolben mit einer Zwischenwand ausgebildet und weist im Bereich der Zwischenwand radial verlaufende Durchgangsbohrungen auf, die den Pumpenanschluß mit dem Verbraucheranschluß in der einen Schaltstellung des Steuerkolbens verbinden und in der anderen Schaltstellung des Steuerkolbens unterbrechen, wobei in der Schließstellung des Steuerkolbens die Durchgangsbohrungen zwischen in der Führungsbohrung des Gehäuses angeordnete Gleitdichtungen liegen. Vorzugsweise sind die Dichtungen zu beiden Seiten der Radialbohrungen im Steuerkolben eingelassen und stehen mit einer am Steuerkolbenumfang verlaufenden Ringnut in Verbin­ dung und die Ringnut ihrerseits steht in der Offenstellung des Steuerkolbens mit im Gehäuse angeordneten mit dem einen Gehäuseanschluß für das Arbeitsmittel in Verbindung stehenden Radialbohrungen in Verbindung. Vorzugsweise ist der Steuerkolben als Stufenkolben ausgebildet und es sind in der Buchse eine oder mehrere zusätzlichen Radialbohrungen ausgebildet, die den einen Anschluß mit einer Kammer verbinden, in der das Strömungsmittel gegen die Druckfläche 117 des Stufenkolbens wirken kann um den Kolben zu ver­ schieben.

Claims (14)

1. Hydraulisch angesteuertes 2/2-Wege-Ventil mit einem federbelasteten Steuerkolben (11, 21) und einem vom Steuerdruck beaufschlagten Steuerraum (15), wobei der Steuerkolben (11, 21) in der einen Schaltstellung (Schließstellung) die Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle (A) und dem Verbraucher (B) unterbricht und in der anderen Schaltstellung (Öffnungsstellung) freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfeder (10) (Federbelastungsmittel) und der Steuerdruck den Steuerkolben (11, 21) in Öffnungsrichtung und der Pumpendruck den Steuerkolben in Schließrichtung beaufschlagt.

2. 2/2-Wege-Einbauventil nach Anspruch 1 mit einer in einem Gehäuse oder einem Steuerblock einbaubaren Einbaubuchse (25, 61), dadurch gekennzeichnet, daß Gleitdichtungen (32, 33, 34; 53, 54, 55) zwischen dem Kolben (11; 21) und einer Innenbohrung (26) der Einbaubuchse (11, 61) vorgesehen sind, die eine leckölfreie Abdichtung schaffen.

3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben als Hohlkolben mit einer Zwischenwand (17) ausgebildet ist und im Bereich der Zwischenwand radial verlaufende Durchgangsbohrungen (30) aufweist, die den Pumpenanschluß (A) mit dem Verbraucheranschluß (B) in der einen Schaltstellung des Steuerkolbens verbinden und in der anderen Schaltstellung des Steuerkolbens unterbrechen, wobei in der als Schließstellung zu bezeichnenden Schaltstellung des Steuerkolbens die Durchgangsbohrungen zwischen in der Führungsbohrung (26) des Gehäuses angeordneten Gleitdichtungen liegen.

4. 2/2-Wege-Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen zu beiden Seiten der Radialbohrungen im Steuerkolben eingelassen sind und mit einer am Steuerkolbenumfang verlaufenden Ringnut in Verbindung stehen und die Ringnut ihrerseits in der Öffnungsstellung des Steuerkolbens mit im Gehäuse angeordneten mit dem einen Gehäuseanschluß für das Druck- oder Arbeitsmittel in Verbindung stehenden Radialbohrungen in Verbindung steht.

5. Wege-Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben als Stufenkolben ausgebildet ist und in der Buchse eine oder mehrere zusätzliche Radialbohrungen vorgesehen sind, die den einen Anschluß mit einer Kammer verbinden, in der das Strömungsmittel gegen die Druckfläche (117) des Stufenkolbens wirken kann um den Steuerkolben zu verschieben.

6. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Schaltstellungen zwischen Steuerkolben und Gehäuse Gleitdichtungen vorgesehen sind.

7. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitdichtungen in Nuten (27) in der Innenoberfläche der Buchse (25) angeordnet sind.

8. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitdichtungen (53, 54) in Nuten in der Außenoberfläche des Kolbens (21) angeordnet sind.

9. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Gleitdichtung überfahrenen Öffnungsmittel in der Buchse bzw. im Kolben durch mehrere Bohrungen gebildet sind, deren Durchmesser kleiner ist als die Breite L der überfahrenen Gleitdichtung.

10. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen Radialbohrungen sind und einreihig oder mehrreihig in Richtung der Längsachse (22) des Ventils versetzt angeordnet sind.

11. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Ventil mit axial einströmendem Strömungsmittel und radial ausströmendem Strömungsmittel die Radialbohrungen (30) im Kolben (11) ausgebildet sind.

12. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Ventil mit radial einströmendem und axial ausströmendem Strömungsmittel die Radialbohrungen (50, 51) in der Buchse ausgebildet sind.

13. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11, 21) hohl ist und durch eine Trennwand (17) in zwei Räume, einen Steuerraum (15) und einen Schaltraum (16) unterteilt ist.

14. Wegeventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Buchse eine oder mehrere zusätzliche Radialbohrungen (52) ausgebildet sind, die den einen Anschluß (B) mit einer Kammer (58) verbinden, in der das Strömungsmittel gegen eine Druckfläche (117) wirken kann, um den Kolben zu verschieben.