DE3903994C1

DE3903994C1 - 3/2-way directional valve

Info

Publication number: DE3903994C1
Application number: DE19893903994
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(Grad.) 4630 Bochum De Reinelt
Original assignee: Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik & Co 5600 Wuppertal De GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1990-04-26
Anticipated expiration: 2009-02-11

Abstract

The 3/2-way directional valve is provided with two closing bodies 7 and 8, between which a pressure pin 17 is arranged. The closing body 7 on the high-pressure side and the pressure pin 17 are automatically held by the pressure medium in the high-pressure line P in the initial or closed position in which the control line A is connected to the return line T. The closing body 8 on the return side is secured with a spring 23 in a bush 20 which is displaceable with the operating movement in the opening direction of the valve in the valve housing 1. The 3/2-way directional valve has small dimensions and can be operated very accurately with relatively low operating forces even at high pressures. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein 3/2-Wegeventil zur wechsel weisen Verbindung einer Steuerleitung mit einer Rück laufleitung und mit einer Hochdruckleitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a 3/2-way valve for changing assign connection of a control line to a return running line and with a high pressure line according to Preamble of claim 1.

Ein derartiges 3/2-Wegeventil ist aus der DE 32 06 555-C2 bekannt. In der Ausgangs- bzw. Schließstellung des Ventils ist die Steuerleitung mit der Rücklaufleitung verbunden und gegenüber der Hochdruckleitung gesperrt. Der hochdruckseitige Schließkörper wird dabei von dem Druckmittel auf die Mündung einer Axialbohrung in der Verteilerscheibe gedrückt und selbsttätig in der Aus gangs- bzw. Schließstellung gehalten. Gleichzeitig ist ein durch die Verteilerscheibe hindurchgeführter Druck stift mit dem Druckmittel beaufschlagt, der den rück laufseitigen Schließkörper in der Öffnungsstellung hält. Die druckbelasteten Querschnitte der Axialbohrung und des Druckstiftes sind jedoch nicht groß, so daß zum Öff nen des Ventils nur eine geringe Schaltkraft am Druck stößel aufzubringen ist. Das Ventil schaltet daher bei hohen Drücken mit einer geringen Schaltkraft in die Öff nungsstellung und sogar bei einem Rückstau in der Rück laufleitung selbsttätig in die Ausgangs- bzw. Schließ stellung zurück. Das Ventil kann selbst bei kleinen Abmessungen für hohe Drücke gebaut und für niederviskose HFA-Flüssigkeiten verwendet werden.Such a 3/2-way valve is from DE 32 06 555-C2 known. In the initial or closed position of the The valve is the control line with the return line connected and blocked from the high pressure line. The high-pressure side closing body is from the Pressure fluid on the mouth of an axial bore in the Distributor disc pressed and automatically in the off gear or closed position held. At the same time a pressure passed through the distributor disc pin pressurized with the pressure medium that the back Keeps closing body in the open position. The cross sections of the axial bore and of the push pin are not large, so that to open the valve only has a low switching force on the pressure plunger is to be applied. The valve therefore switches on high pressures with a low switching force in the opening position and even with a backflow in the back Run line automatically in the exit or closing position back. The valve can even with small Dimensions built for high pressures and for low viscosity HFA liquids are used.

Ein Hochdruckventil mit kleinen Abmessungen und Durch strömquerschnitten ist jedoch sehr verschleißanfällig, weil das Druckmittel insbesondere beim Schalten des Ventils in die Öffnungsstellung hohe Durchströmgeschwin digkeiten erreicht. Andererseits sind kleine Abmessungen empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen, zumal wenn die Schaltkraft mit unterschiedlicher Inten sität ausgeübt wird.A high pressure valve with small dimensions and through flow cross sections are very susceptible to wear, because the pressure medium, especially when switching the Valve in the open position high flow rate reached. On the other hand, there are small dimensions sensitive to mechanical stress, especially when the switching force with different intensities is exercised.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein 3/2-Wegeventil der eingangs genannten Gattung derart zu verbessern, daß es bei sehr kleinen Abmessungen für hohe Drücke eingesetzt werden kann und gegen Verschleiß und mechanische Beanspruchungen weit gehend geschützt ist.The present invention is therefore the object based on a 3/2-way valve of the aforementioned To improve the genus so that it is very small Dimensions can be used for high pressures and against wear and mechanical stresses is protected.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Hauptan spruches aufgeführten Mitteln gelöst. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand der Unteran sprüche.This task is carried out with the in the main license plate Proceeds listed solved. The beneficial Embodiment of the invention is the subject of the Unteran claims.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Ventil kann weitgehend unabhängig von der am Schaltstößel ausgeübten Schalt kraft mit einer kleinen, genau vorgegebenen Druckkraft in die Öffnungsstellung geschaltet werden. Der Schalt vorgang läuft dabei in folgenden Phasen nacheinander ab: Der Druck auf den Schaltstößel wird zunächst auf den mit der gespeicherten Federkraft belasteten Schließkörper übertragen, der sich mit der Büchse in Richtung auf die Verteilerscheibe bewegt und dort die Mündung der Axial bohrung mit dem zapfenförmigen Dichtelement abdichtet. Die weitere Schaltbewegung führt den an der Büchse anliegenden Druckstift an den hochdruckseitigen Schließ körper heran. Die vorgespannte Feder wird in der Büchse von der Ringscheibe des rücklaufseitigen Schließkörpers zusammengedrückt, wodurch die auf den rücklaufseitigen Schließkörper ausgeübte Schließkraft weiter ansteigt. Der Druckstift hebt dann den hochdruckseitigen Schließkörper von der Mündung der Axialbohrung ab, so daß die Druckflüssigkeit aus der Hochdruckleitung P in die Steuerleitung A einströmt. Die Büchse taucht dabei mit einem Bundring am stufenförmig abgesetzten hoch druckseitigen Ende in eine Ringnut an der rücklaufsei tigen Stirnseite der Verteilerscheibe ein. Sobald die ausgeübte Schaltkraft nachläßt, dichtet der hochdruck seitige Schließkörper wieder auf der Mündung der Axialbohrung den weiteren Zulauf des Druckmittels ab. Gleichzeitig wird der Druckstift in die Ausgangs- bzw. Schließstellung zurückgeführt, in der die Büchse und der rücklaufseitige Schließkörper abgehoben sind.The valve designed according to the invention can be switched largely independently of the switching force exerted on the switching plunger with a small, precisely specified pressure force in the open position. The switching process takes place in the following phases in succession: The pressure on the switching plunger is first transferred to the closing body loaded with the spring force, which moves with the bush in the direction of the distributor disc and there the mouth of the axial bore with the peg-shaped sealing element seals. The further switching movement leads the push pin on the bush to the high-pressure closing body. The prestressed spring is pressed together in the bush by the annular disk of the closing body on the return side, whereby the closing force exerted on the closing body on the return side further increases. The pressure pin then lifts the closing body on the high-pressure side from the mouth of the axial bore, so that the pressure fluid flows from the high-pressure line P into the control line A. The sleeve is immersed with a collar on the stepped, high-pressure end in an annular groove on the return side end of the distributor disc. As soon as the switching force is released, the high-pressure closing body seals the further inflow of the pressure medium on the mouth of the axial bore. At the same time, the pressure pin is returned to the starting or closed position, in which the sleeve and the return-side closing body are lifted off.

Der rücklaufseitige Schließkörper wird also nur mittel bar mit der auf den Schaltstößel ausgeübten Schaltkraft belastet. Die Abdichtung der Steuerleitung A gegenüber der Rücklaufleitung T auf der Mündung der Axialbohrung erfolgt mit der in der Feder gespeicherte Schließkraft, die mit einer Stellschraube in der Büchse genau auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist. Die auf dem Dichtungselement wirksame Schließkraft erhöht sich noch weiter, wenn die Feder während des Öffnungsvorgangs zur Hochdruckleitung in der Büchse weiter zusammengedrückt wird. Die Größe dieser Kraft ist über den vorgegebenen Schaltweg ebenfalls genau definiert. Die Bauteile des Ventils unterliegen keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen. Der Zustrom des Druckmittels in die Steuerleitung A wird erst freigegeben, nachdem die Rücklaufleitung T an der Axialbohrung von dem rücklauf seitigen Schließkörper sicher abgedichtet ist. Ein Ver schleiß der Bauteile durch einen während des Schaltvor gangs auftretenden Kurzschluß zur Rücklaufleitung T wird vermieden.The return-side closing body is therefore only loaded with the switching force exerted on the switching plunger in a medium bar. The control line A is sealed off from the return line T on the mouth of the axial bore with the closing force stored in the spring, which can be set precisely to a predetermined value with an adjusting screw in the bush. The closing force effective on the sealing element increases even further if the spring is further compressed in the bushing during the opening process to the high-pressure line. The magnitude of this force is also precisely defined via the specified switching path. The components of the valve are not subject to any significant mechanical stress. The inflow of pressure medium into the control line A is only released after the return line T is securely sealed at the axial bore by the closing body on the return side. Ver wear of the components by a short circuit occurring during the Schaltvor to the return line T is avoided.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das 3/2-Wegeventil im Längsschnitt.The invention is based on one in the Drawing shown embodiment closer explained. The drawing shows the 3/2-way valve in the Longitudinal section.

Das Gehäuse 1 des 3/2-Wegeventils ist mit einer stufen förmig abgesetzten Zentralbohrung 2 versehen, in die jeweils mit Abstand voneinander in radialer Richtung Bohrungen für die Steuerleitung A, für die ein Druck mittel führende Hochdruckleitung P und die zum Tank führende Rücklaufleitung T einmünden.The housing 1 of the 3/2-way valve is provided with a stepped central bore 2 , in each of which, at a distance from one another, bores in the radial direction for the control line A , for the pressure medium leading high pressure line P and the return line T leading to the tank .

Die Einsatzringe 3, 4, 5 und 6 innerhalb der Zentral bohrung 2 bilden mit verschieden ausgeformten, nicht bezeichneten Innenbohrungen die Aufnahme für den hoch druckseitigen Schließkörper 7, für den rücklaufseitigen Schließkörper 8 sowie für den Schaltstößel 9, der von außen betätigt wird. Zwischen dem Einsatzring 3 mit dem hochdruckseitigen Schließkörper 7 einerseits und dem Einsatzring 4 mit dem rücklaufseitigen Schließkörper 8 andererseits befindet sich eine Verteilerscheibe 10 im Bereich der Steuerleitung A.The insert rings 3 , 4 , 5 and 6 within the central bore 2 form with differently shaped, not designated inner bores, the receptacle for the high-pressure side closing body 7 , for the return-side closing body 8 and for the switching plunger 9 , which is actuated from the outside. Between the insert ring 3 with the high-pressure closing body 7 on the one hand and the insert ring 4 with the return-side closing body 8 on the other hand, there is a distributor disc 10 in the area of the control line A.

Die Verteilerscheibe 10 besitzt eine zentrische Axial bohrung 11, an deren Mündungen 12 und 13 jeweils konzen trisch in den beiden Stirnseiten umlaufende Ringnuten 14 und 15 ausgeformt sind. Von der Axialbohrung 11 zweigt eine Radialbohrung 16 zu der Steuerleitung A ab. Parallel zu der Axialbohrung 11 verläuft exzentrisch in der Verteilerscheibe 10 eine nicht bezeichnete Bohrung für einen zwischen den Schließkörpern 7 und 8 angeordne ten Druckstift 17, die beiderseits in den Ringnuten 14 und 15 ausläuft. Die Länge des Druckstiftes 17 ist kleiner als der Abstand der Schließkörper 7 und 8 in der Ausgangs- bzw. Schließstellung des Ventils.The distributor disc 10 has a central axial bore 11 , at the mouths 12 and 13 each concentrically in the two end faces circumferential annular grooves 14 and 15 are formed. A radial bore 16 branches off from the axial bore 11 to the control line A. Parallel to the axial bore 11 runs eccentrically in the distributor plate 10, a bore not designated for a between the closing bodies 7 and 8 th arranged pin 17 , which runs out on both sides in the annular grooves 14 and 15 . The length of the pressure pin 17 is smaller than the distance between the closing bodies 7 and 8 in the starting or closing position of the valve.

Der hochdruckseitige Schließkörper 7 ist zylinderförmig ausgebildet und in Schließrichtung federbelastet. Er dichtet in der Ausgangs- bzw. Schließstellung des Ven tils mit einem eingesetzten Dichtelement 18 auf der aus der Ringnut 14 vorstehenden Mündung 12 die Axialbohrung 11 ab. Auf der Mantelfläche des Schließkörpers 7 verlau fen in Längsrichtung seitliche Durchflußkanäle 19 für das in der Hochdruckleitung P anstehende Druckmittel. Die Durchflußkanäle 19 münden in die Ringnut 14 ein.The high-pressure side closing body 7 is cylindrical and spring-loaded in the closing direction. It seals in the initial or closed position of the valve with an inserted sealing element 18 on the opening 12 projecting from the annular groove 14 from the axial bore 11 . On the outer surface of the closing body 7 duri fen in the longitudinal direction lateral flow channels 19 for the pressure medium pending in the high pressure line P. The flow channels 19 open into the annular groove 14 .

Innerhalb der Ringscheibe 4 ist eine hohlzylindrische Büchse 20 zwischen dem Druckstift 17 in der Verteiler scheibe 10 und dem Schaltstößel 9 axial verschiebbar geführt, die den mit einer Ringscheibe 21 sowie einem zapfenförmigen Dichtelement 22 versehenen, rücklauf seitigen Schließkörper 8 aufnimmt. Das Dichtelement 22 ist aus der Büchse 20 herausgeführt und in der Ausgangs- bzw. Schließstellung des Ventils mit geringem Abstand über der rücklaufseitigen Mündung 13 der Axialbohrung 11 gehalten. In der Büchse 20 ist eine Feder 23 eingebaut, die auf der Ringscheibe 21 aufliegt und mit einer Stell schraube 24 in die Büchse 20 vorgespannt ist. Die Büchse 20 ist auf der zur Verteilerscheibe 10 zugekehrten Seite stufenförmig abgesetzt und bildet einen Bundring 25, der das zapfenförmige Dichtungselement 22 des Schließkörpers 8 umschließt. Beim Schalten des Ventils in die Öffnungs stellung taucht die Büchse 20 mit dem Bundring 25 in die obere Ringnut 15 der Ventilscheibe 10 ein. Within the washer 4 , a hollow cylindrical sleeve 20 is axially displaceably guided between the pressure pin 17 in the distributor disk 10 and the switching plunger 9 , which receives the return-side closing body 8 which is provided with an annular disk 21 and a peg-shaped sealing element 22 . The sealing element 22 is led out of the sleeve 20 and held in the initial or closed position of the valve at a short distance above the return-side mouth 13 of the axial bore 11 . In the sleeve 20 , a spring 23 is installed, which rests on the washer 21 and is biased with an adjusting screw 24 in the sleeve 20 . The sleeve 20 is stepped on the side facing the distributor disc 10 and forms a collar ring 25 which surrounds the peg-shaped sealing element 22 of the closing body 8 . When switching the valve into the open position, the sleeve 20 dips with the collar 25 into the upper annular groove 15 of the valve disk 10 .

Der in den Einsatzringen 5 und 6 gehaltene Schaltstößel 9 am oberen Ende des Ventilgehäuses 1 ist ebenso wie der hochdruckseitige Schließkörper 7 in Schließrichtung vor gespannt. Die beispielsweise von einem Elektromagneten ausgeübte Schaltkraft wird von dem Schaltstößel 9 über einen Druckstift 26 auf die Stellschraube 24 der Büchse 20 übertragen. Zwischen dem Einsatzring 5 und dem Ein satzring 4 bzw. der Büchse 20 ist noch ein Zwischenring 27 angeordnet, durch den der Druckstift 26 hindurchge führt ist. Die Dichtungsringe des Ventils sind ohne Bezugszeichen dargestellt.The switching plunger 9 held in the insert rings 5 and 6 at the upper end of the valve housing 1 is, like the high-pressure side closing body 7 , biased in the closing direction. The switching force exerted, for example, by an electromagnet is transmitted from the switching plunger 9 to the set screw 24 of the sleeve 20 via a pressure pin 26 . Between the insert ring 5 and a set ring 4 or the sleeve 20 , an intermediate ring 27 is arranged, through which the pressure pin 26 is guided. The sealing rings of the valve are shown without reference numerals.

In der Ausgangs- bzw. Schließstellung des Ventils wird der Schließkörper 7 mit dem Dichtelement 18 von dem in der Hochdruckleitung P anstehenden Druckmittel auf die Mündung 12 der Axialbohrung 11 gedrückt. Gleichzeitig wird der Querschnitt des Druckstiftes 17 von dem durch die Durchflußkanäle 19 in die Ringnut 14 eintretenden Druckmittel beaufschlagt. Die auf der Querschnittsfläche des Druckstiftes 17 wirksame Kraft drückt die Büchse 20 mit dem Schließkörper 8 in die gezeichnete Ausgangs- bzw. Schließstellung des Ventils, in welcher das Dicht element 22 mit geringem Abstand über der Mündung 13 der Axialbohrung 11 gehalten ist. Die Steuerleitung A ist über die Bohrungen 11 und 16 in der Verteilerscheibe 10, den freien Querschnitt zwischen der Büchse 20 und dem Einsatzring 4 sowie einer Bohrung 28 in dem Einsatzring 4 mit der Rücklaufleitung T verbunden.In the initial or closed position of the valve, the closing body 7 with the sealing element 18 is pressed onto the mouth 12 of the axial bore 11 by the pressure medium present in the high-pressure line P. At the same time, the cross section of the pressure pin 17 is acted upon by the pressure medium entering the annular groove 14 through the flow channels 19 . The force acting on the cross-sectional area of the pressure pin 17 presses the sleeve 20 with the closing body 8 into the drawn initial or closed position of the valve, in which the sealing element 22 is held at a short distance above the mouth 13 of the axial bore 11 . The control line A is connected to the return line T via the bores 11 and 16 in the distributor disc 10 , the free cross section between the bush 20 and the insert ring 4 and a bore 28 in the insert ring 4 .

Die Vorspannung der Feder 23 ist genau in der Weise eingestellt, daß sie die mit dem Schaltstößel 9 auf die Büchse 20 ausgeübte Schaltkraft auf den Schließkörper 8 überträgt, ohne selbst zusammengedrückt zu werden. The preload of the spring 23 is set precisely in such a way that it transmits the switching force exerted on the bush 20 with the switching plunger 9 to the closing body 8 without being compressed itself.

Mit der Schaltbewegung werden die Büchse 20 in dem Einsatzring 4 und der Druckstift 17 gegen die darauf wirksame Kraft verschoben. Der Schließkörper 8 wird mitgeführt, bis das Dichtungselement 22 auf der Vertei lerscheibe 10 aufliegt und die Mündung 13 der Axialboh rung 11 zur Rücklaufleitung T verschließt. Im weiteren Fortgang der Schaltbewegung führt der aufliegende Schließkörper 22 eine scheinbar entgegengerichtete Relativbewegung zu der Büchse 20 aus, wodurch die Feder 23 in der Büchse 20 weiter vorgespannt wird und die auf der Mündung 13 wirksame Schließkraft des Dichtelements 22 weiter zunimmt. Der Druckstift 17 kommt an dem hochdruckseitigen Schließkörper 7 zur Anlage und hebt diesen von der Mündung 12 ab, so daß die anstehende Druckflüssigkeit über die Axialbohrung 11 durch die Radialbohrung 16 in die Steuerleitung A einströmt. Die Schaltbewegung wird durch die Anlage der Büchse 20 mit dem Bundring 25 in der Ringnut 15 begrenzt. Bei nach lassender Schaltkraft werden beide Schließkörper 7 und 8 von dem Druckmittel sofort wieder in die Ausgangs- bzw. Schließstellung zurückgedrängt.With the switching movement, the sleeve 20 in the insert ring 4 and the pressure pin 17 are moved against the force acting thereon. The lock body 8 is carried along until the sealing member 22 on the distri lerscheibe rests 10 and the mouth 13 of the Axialboh tion 11 to the return line T closes. As the switching movement continues, the overlying closing body 22 executes an apparently opposite movement relative to the bush 20 , as a result of which the spring 23 is further pretensioned in the bush 20 and the closing force of the sealing element 22 acting on the mouth 13 increases further. The pressure pin 17 comes to rest on the high-pressure side closing body 7 and lifts it from the mouth 12 , so that the pressure fluid in question flows through the axial bore 11 through the radial bore 16 into the control line A. The switching movement is limited by the contact of the sleeve 20 with the collar 25 in the annular groove 15 . When the switching force drops, both closing bodies 7 and 8 are immediately pushed back into the starting or closing position by the pressure medium.

Claims

1. 3/2-way valve for alternating connection of a control line A with a return line T and with a high-pressure line P carrying a pressure medium, each with a closing body on the high-pressure side and on the return side, their mutually facing sealing elements alternately the mouths of one with the control line a related axial seal in an arranged between the closing bodies in the valve housing the distributor disc in which a loaded from the pressure medium in the valve closing direction, interacting with the closing bodies pressure pin is guided eccentrically with respect to the axial bore containing the information from the outside to a switching plunger practiced shift force via the return-side closing body and the pressure pin on the high-pressure side, pressed by the pressure medium in the high-pressure line P in the closed position, characterized by the following features:

a) a hollow cylindrical sleeve ( 20 ) is guided axially displaceably in the valve housing ( 1 ) between the switching plunger ( 9 ) and the pressure pin ( 17 );
b) the return-side closing body ( 8 ) is inserted into the sleeve ( 20 ), in which a spring ( 23 ) is clamped, which loads the closing body ( 8 ) on an annular disc ( 21 ) in the opening direction and transmits the switching force;
c) the closing body ( 8 ) is led out with a peg-shaped sealing element ( 22 ) from the sleeve ( 20 ) closed on both sides and in the starting or closed position of the valve with a slight distance above the return-side mouth ( 13 ) of the axial bore ( 11 ) held.

2. 3/2-way valve according to claim 1, characterized in that the pressure pin loaded by the pressure medium ( 17 ) in the initial or closed position of the valve on the bushing ( 20 ) and performs a larger switching path in the opening direction than the peg-shaped sealing element ( 22 ) of the closing body ( 8 ).

3. 3/2-way valve according to claims 1 and 2, characterized in that the sleeve ( 20 ) is stepped on the high pressure side and has a sealing ring ( 22 ) surrounding the collar ( 25 ), which is in the open position of the valve immersed in an annular groove ( 15 ) on the return-side end face of the distributor disc ( 10 ).