DE3803988A1 - Hydraulisch schaltbares wegeventil, vorzugsweise fuer hydraulische ausbausysteme u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch schaltbares Wegeventil, vorzugsweise für hydraulische Ausbausysteme, mit an einem im Ventilgehäuse geführten Ventilschaft angeordneten, gegenläufig von ihren Ventilsitzen abhebbaren Ventilkegeln, mit an dem einen Ende des Ventilschaftes in einem Federgehäuse angeord­ neter Ventilfeder und mit am anderen Ende des Ventilschaftes angeordnetem, von einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlag­ baren Steuerkolben, wobei am Ventilgehäuse ein Verbraucher­ anschluß, der zu einer Ventilkammer zwischen den beiden Ven­ tilkegeln führt, ferner ein Druckleitungsanschluß, der zu einer Druckkammer führt, in welchem sich der von der Ventil­ feder in Schließrichtung belastete Ventilkegel befindet, und schließlich ein Rücklaufanschluß angeordnet ist, der zu der auf der Seite des Steuerkolbens liegenden Auslaßkammer führt, die den die Verbindung zum Rücklauf steuernden Ventilkegel aufnimmt.

Hydraulisch schaltbare Ventile werden in großem Umfang bei hydraulischen Ausbausystemen verwendet und sind in zahlreichen Ausführungen, häufig in Gestalt von Ventilpatronen, bekannt. Gebräuchliche Ventile dieser Art weisen an ihrem den Ventil­ kegel tragenden Ventilschaft einen Steuerkolben auf, mit dem der Ventilkegel gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder vom Ventilsitz abhebbar ist, um die Verbindung zwischen einer druckführenden Versorgungsleitung (Pumpendruckleitung) und dem Zylinderraum des Verbrauchers (Arbeitszylinders) herzu­ stellen. Am Ventilschaft kann ein zweiter Ventilkegel ange­ ordnet sein, der in der Schließstellung des ersten Ventil­ kegels von seinem Sitz abgehoben ist und damit die Verbindung des Zylinderraumes mit dem Rücklauf offen hält. Im Schließ­ zustand des Wegeventils wirkt der am Druckmittelanschluß anstehende hydraulische Druck in Schließrichtung auf den Ventilkegel, so daß dieser einerseits von diesem Druck, andererseits aber auch von der Ventilfeder in Schließrich­ tung belastet wird. Infolgedessen müssen zum Öffnen des Ven­ tils am Steuerkolben hohe Steuerkräfte aufgebracht werden. Da vor allem bei komplexen hydraulischen Systemen, wie sie hydraulische Ausbausysteme in besonderem Maße darstellen, die Pumpendrücke nicht unerheblichen Schwankungen unterliegen können, kann es zu Schaltfehlern kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, ein Wegeventil der eingangs genannten Art, das vorzugsweise nach Art einer Ventilpatrone von verhältnismäßig einfacher und funktions­ gerechter Bauweise ausgebildet ist, in seiner Funktions­ sicherheit und Schaltgenauigkeit unter Hoch- oder Höchst­ druckbedingungen zu verbessern.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilschaft an seinem dem Steuerkolben gegenüber­ liegenden Ende einen mit Abdichtung in einer Führungsbohrung geführten Druckausgleichskolben trägt, und daß die druckbe­ aufschlagten Kolbenflächen des Druckausgleichskolbens und des vom Druck am Druckmittelanschluß in Schließrichtung beaufschlagten Ventilkegels so bemessen sind, daß in Schließ­ stellung dieses Ventilkegels die in seiner Schließrichtung und in seiner Öffnungsrichtung an ihm und am Druckausgleichs­ kolben wirkenden hydraulischen Kräfte ausgeglichen sind.

Mit der Erfindung wird demgemäß ein hydraulisch schaltbares 3/2-Wegeventil mit Doppel-Ventilkegel geschaffen, bei dem die auf den in der Druckmittelzuleitung befindlichen Ventil­ kegel wirkenden hydraulischen Kräfte ausgeglichen sind, so daß vom Steuerkolben unabhängig vom jeweiligen Pumpendruck und von Druckschwankungen in der Druckmittelzuführung allein die Federkraft der Schließfeder des genannten Ventilkegels überdrückt werden muß. Damit ist eine hohe Schaltgenauigkeit bei unterschiedlichen hydraulischen Pumpendrücken gewähr­ leistet. Der Druckausgleichskolben erhält hierbei einen Außendurchmesser, der der lichten Weite des Ventilsitzes bzw. der Bohrung des mit dem Ventilsitz versehenen Ventil­ sitzgliedes des genannten Ventilkegels entspricht. Durch den in der Führungsbohrung geführten Druckausgleichskolben ergibt sich außerdem eine gute Führung des mit den Ventilkegeln bestückten Ventilschaftes, wobei am gegenüberliegenden Ende des Ventilschaftes die Führung durch den Steuerkolben be­ wirkt wird. Damit ist bei genauer Führung eine hohe Funk­ tionssicherheit und Schaltgenauigkeit des Wegeventils gegeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Führungs­ bohrung für den Druckausgleichskolben in einem endseitig mit dem Ventilgehäuse lösbar verbundenen Verschlußstopfen, vor­ zugsweise einem Schraubstopfen, angeordnet, der die Gehäuse­ bohrung des Ventilgehäuses verschließt. Mit dem Verschluß­ stopfen wird dabei zweckmäßig eine die Ventilfeder auf­ nehmende Ventilhülse verschraubt, mit der auch eine Einstel­ lung der Federschließkraft möglich ist. Diese vorgenannten Baumerkmale ermöglichen eine von der Fertigung und Montage her vergleichsweise einfache Ventilausführung. In dieser Hinsicht vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der in der Druckmittelzuleitung befindliche Ventilkegel mit dem Ventil­ schaft und dem Druckausgleichskolben einstückig verbunden wird, während der in der Verbindung zum Rücklauf befindliche Ventilkegel sowie der Steuerkolben zweckmäßig lösbar am Ventilschaft angeordnet werden, wobei dieser Ventilkegel und der Steuerkolben auch aus einem einstückigen Drehteil beste­ hen können, das mit einer Bohrung auf den Gewindeschaft auf­ steckbar ist. Der mit einer Kolbendichtung versehene Steuer­ kolben kann einen größeren Durchmesser erhalten als die beiden Ventilkegel und der Druckausgleichskolben.

Der in der Rücklaufverbindung befindliche Ventilkegel kann in Weitergestaltung des erfindungsgemäßen Wegeventils aber auch auf dem Ventilschaft axial verschieblich geführt und von einer in seiner Schließrichtung wirkenden, am Ventil­ schaft oder am Steuerkolben abgestützten Schließfeder bela­ stet sein, so daß er auch beim Offnen des in der Druckmittel­ verbindung befindlichen Ventilkegels die Verbindung zum Rücklauf verschließt. Auf diese Weise werden sogenannte "Durchläufer" verhindert und es wird erreicht, daß in der Rücklaufleitung auftretende Staudrücke nicht über das Wege­ ventil zur Verbraucherseite hin übertragen werden. Bei auf­ tretendem Überdruck kann jedoch der genannte Ventilkegel gegen die Rückstellkraft seiner Schließfeder vom Ventilsitz abheben und die Verbindung zum Rücklauf freigeben.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den einzelnen Ansprüchen angegeben und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wegeventil im Längsschnitt;

Fig. 2 eine geänderte Ausführungsform des Wegeventils nach Fig. 1, wobei das Ventilgehäuse fortgelassen ist.

Das in Fig. 1 gezeigte 3/2-Wegeventil ist nach Art einer Ventilpatrone aufgebaut. Es besteht aus dem Ventilgehäuse 1 mit einer mehrfach gestuften axialen Ventilbohrung 2, die an ihrem einen Ende durch einen eingeschraubten Verschlußstopfen 3 verschlossen ist. Im Inneren der Ventilbohrung befindet sich ein mehrfach gestufter durchgehender Ventilschaft 4, der zwei mit ihren Kegelflächen einander zugewandte Ventil­ kegel 5 und 6, ferner an seinem einen Ende einen hydraulischen Steuerkolben 7 und an seinem gegenüberliegenden Ende einen Druckausgleichskolben 8 trägt. Der Steuerkolben 7 ist mit dem benachbarten Ventilkegel 6 einstückig hergestellt. Er bildet ein hülsenförmiges Drehteil, das auf das betreffende Ende des Ventilschaftes 4 aufgesteckt und an diesem mittels eines Sicherungsorgans 9 gegen Axialverschiebung gesichert ist. Der Steuerkolben 7 führt sich in der Ventilbohrung 2; er weist am Umfang eine Kolbendichtung 10 auf. Der Ventil­ kegel 6 ist mittels einer O-Ringdichtung 11 gegenüber dem Ventilschaft 4 abgedichtet.

Der Druckausgleichskolben 8 führt sich in einer Führungs­ bohrung 12 des Verschlußstopfens 3. Er weist ebenfalls eine Kolbendichtung 13 auf.

Vorzugsweise sind der Ventilkegel 5 und der Druckausgleichs­ kolben 8 mit dem Ventilschaft 4 einstückig hergestellt, während der andere Ventilkegel 6 und der Steuerkolben 7 am Ventilschaft 4 lösbar befestigt sind. Die Abmessungsverhält­ nisse sind dabei so gewählt, daß bei gelöstem Verschluß­ stopfen 3 der Ventilschaft mit den beiden Ventilkegeln, dem Steuerkolben, dem Druckausgleichskolben und den beiden zwischen den Ventilkegeln 5 und 6 in der Ventilbohrung an­ geordneten ring- bzw. hülsenförmigen Ventilsitzgliedern 14 und 15 zur Seite hin aus der gestuften Ventilbohrung 2 herausgezogen werden kann. Damit ergibt sich eine einfache Demontage und auch Montage des Ventils.

Der Verschlußstopfen 3 weist eine Aussenkung mit Innengewinde auf, in die eine Federhülse 16 eingeschraubt ist, die eine als Schraubenfeder ausgebildete Ventilfeder 17 aufnimmt, die sich einerseits am Boden der Federhülse 16 und andererseits an einem am Druckausgleichskolben 8 anliegenden Druckglied 18 abstützt. Die Ventilfeder 17 wirkt demgemäß in Schließ­ richtung des Ventilkegels 5 und in Öffnungsrichtung des Ven­ tilkegels 6. Durch mehr oder weniger weites Einschrauben der Federhülse 16 kann die Schließkraft der Ventilfeder 17 ein­ gestellt werden.

Das Ventilgehäuse 1 weist an seinem dem Verschlußstopfen 3 gegenüberliegenden Ende eine Anschlußbohrung 19 für eine hydraulische Steuerleitung auf. Ferner ist das Ventilgehäuse 1 mit einem Druckleitungsanschluß 20, einem Verbraucheran­ schluß 21 und einem Rücklaufanschluß 22 versehen, der die Auslaßkammer 26 des Ventils mit der Rücklaufleitung des hy­ draulischen Systems verbindet. Der Verbraucheranschluß 21 führt zu einer zwischen den beiden Ventilkegeln 5 und 6 lie­ genden Ventilkammer 23 im Inneren der beiden Ventilschließ­ glieder 14 und 15, wobei letzteres mit mehreren Verbindungs­ bohrungen 23′ versehen ist. Die Ventilschließglieder 14 und 15 sind am Umfang mittels O-Ringe in der Ventilbohrung abge­ dichtet. An den Verbraucheranschluß 21 kann der Zylinderraum eines hydraulischen Arbeitszylinders angeschlossen werden. Der Druckmittelanschluß 20 wird mit einer hydraulischen Druckleitung (Pumpendruckleitung) verbunden. Er führt in eine den Ventilkegel 5 aufnehmende Druckkammer 24 im Inneren des Verschlußstopfens 3.

Der hydraulische Druck in der Druckkammer 24 wirkt auf den in Schließstellung befindlichen Ventilkegel 5 einerseits in Schließrichtung und andererseits mit kleinerer Kraft in Öffnungsrichtung. Zugleich wirkt der Druck auch auf den Druckausgleichskolben 13, der in seinem Durchmesser so be­ messen ist, daß sich sämtliche auf den Ventilkegel 5 in der Druckkammer 24 in Axialrichtung wirkenden Drücke aufheben, so daß unabhängig vom jeweiligen Druck am Druckmittelanschluß 20 bzw. in der Druckmittelleitung der Ventilkegel 5 stets druckausgeglichen und allein von der Kraft der Ventilfeder 17 in Schließstellung am Ventilsitz des Ventilsitzgliedes 14 gehalten wird. Der Außendurchmesser des Druckausgleichskol­ bens 8 ist gleich dem Durchmesser des Ventilsitzes bzw. der Innenbohrung des Ventilsitzgliedes 14.

Über den Steueranschluß 19 wird der Steuerkolben 7 vom hy­ draulischen Steuermedium beaufschlagt. Bei entsprechendem Steuerdruck hebt sich der Ventilkegel 5 gegen die Rückstell­ kraft der Ventilfeder 17 von seinem Sitz und stellt damit die Druckmittelverbindung über den Druckmitteleinlaß 20 und den Verbraucheranschluß 21 zu dem hydraulischen Arbeitszylin­ der her. Gleichzeitig gelangt der andere Ventilkegel 6 in die Schließstellung. Bei in Schließstellung befindlichem Ventilkegel 5 wird dagegen der Ventilkegel 6 in der Öffnungs­ stellung gehalten, in der er den Zylinderraum des Arbeits­ zylinders in Verbindung mit dem Rücklauf hält.

Das 3/2-Wegeventil nach Fig. 2 ist im wesentlichen baugleich mit demjenigen nach Fig. 1. Unterschiedlich ist lediglich, daß hier der in der Rücklaufverbindung angeordnete Ventil­ kegel 6 von dem Steuerkolben 7 getrennt und als ein auf dem Ventilschaft 4 axial geführter ringförmiger Ventilkegel aus­ geführt ist, der von einer Schließfeder 25 in Schließstel­ lung an seinem Ventilsitzglied 15 gehalten wird. Die Schließ­ feder 25 stützt sich gegen den Steuerkolben 7 ab, der als loses Aufsteckteil auf das Ende des Ventilschaftes 4 aufge­ steckt und an diesem leicht lösbar gesichert ist. Bei dieser Ausgestaltung des Wegeventils ist demgemäß in der Schließ­ stellung des in der Druckmittelverbindung angeordneten Ven­ tilkegels 5 die Verbindung zum Rücklauf hin durch den Ventil­ kegel 6 verschlossen, so daß sogenannte Durchläufer vermieden und in der Rücklaufleitung auftretende Staudrücke nicht über das Ventil übertragen werden. Lediglich bei Aufbau eines bestimmten Druckes im Verbraucheranschluß kann der Ventil­ kegel 6 gegen die Rückstellkraft seiner Schließfeder 25 vom Ventilsitz abheben und die Verbindung zum Rücklauf freigeben.

Claims (8)

1. Hydraulisch schaltbares Wegeventil, vorzugsweise für Ausbausysteme, mit an einem im Ventilgehäuse geführten Ventilschaft angeordneten, gegenläufig von ihrem Ventil­ sitz abhebbaren Ventilkegeln, mit an dem einen Ende des Ventilschaftes in einem Federgehäuse angeordneter Ven­ tilfeder und mit am anderen Ende des Ventilschaftes an­ geordnetem, von einem hydraulischen Steuerdruck beauf­ schlagbaren Steuerkolben, wobei am Ventilgehäuse ein Verbraucheranschluß, der zu einer Ventilkammer zwischen den beiden Ventilkegeln führt, ferner ein Druckleitungs­ anschluß, der zu einer Druckkammer führt, die den von der Ventilfeder in Schließrichtung belasteten Ventil­ kegel aufnimmt, und schließlich ein Rücklaufanschluß angeordnet sind, der zu der auf der Seite des Steuer­ kolbens liegenden Auslaßkammer führt, die den die Ver­ bindung zum Rücklauf steuernden Ventilkegel aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (4) an seinem dem Steuerkolben (7) gegen­ überliegenden Ende einen mit Abdichtung (13) in einer Führungsbohrung (12) geführten Druckausgleichskolben (8) trägt, und daß die druckbeaufschlagten Kolbenflächen des Druckausgleichskolbens (8) und des vom Druck am Druckmittelanschluß (20) in Schließrichtung beaufschlag­ ten Ventilkegels (5) so bemessen sind, daß in Schließ­ stellung dieses Ventilkegels (5) die in seiner Schließ­ richtung und in seiner Öffnungrichtung an ihm und am Druckausgleichskolben wirkenden hydraulischen Kräfte ausgeglichen sind.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser des Druck­ ausgleichskolbens (8) der lichten Weite des Ventilsitzes bzw. der Bohrung (22) des Ventilsitzgliedes (14) ent­ spricht.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsbohrung (12) für den Druckausgleichskolben (8) in einem endseitig mit dem Ventilgehäuse lösbar verbundenen Verschlußstopfen (3), vorzugsweise einem Schraubstopfen, angeordnet ist, mit dem zweckmäßig eine die Ventilfeder (17) aufnehmende Federhülse (16) verschraubt ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Druckmit­ telzuleitung angeordnete Ventilkegel (5) und der Druck­ ausgleichskolben (8) mit dem Ventilschaft (4) einstückig verbunden sind, während der in der Rücklaufverbindung angeordnete Ventilkegel (6) und der Steuerkolben (7) am Ventilschaft (4) lösbar angeordnet sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Kolben­ dichtung (10) versehene Steuerkolben (7) einen größeren Durchmesser hat als die Ventilkegel (5, 6) und der Druckausgleichskolben (8).

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben und der in der Rücklaufverbindung angeordnete Ventilkegel (6) als ein auf das Ende des Ventilschaftes (4) aufsteck­ bares Aufsteckteil ausgebildet sind.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (7) mit dem in der Rücklaufverbindung befindlichen Ventil­ kegel (6) einstückig verbunden ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Rücklauf­ verbindung angeordnete Ventilkegel (6) auf dem Ventil­ schaft (4) axial beweglich geführt und von einer in seiner Schließrichtung wirkenden, am Ventilschaft (4) oder am Steuerkolben (7) abgestützten Schließfeder (25) belastet ist.