DE4000360A1 - Drehkolben-steuerventil, insbesondere fuer hochdruck-hydraulikanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehkolben-Steuerventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei konventionellen Steuerventilen für hydraulische Anlagen - namentlich wenn sie mit Hochdruck arbeiten - besteht ein Problem darin, daß sie einerseits schwierig abzudichten sind und üblicherweise relativ schwer sind. Die Abdichtung durch gummiartige Dichtungsringe hält den bei Hochdruckanlagen üblichen Drücken und bei relativ zueinander beweglichen Teilen erfahrungsgemäß nur kurze Zeit stand. Andererseits haben hochpräzise, ineinander bewegliche Steuerteile mit sehr engen Toleranzen den Nachteil, daß diese in ihrer Herstellung teuer sind und zudem geringste Verunreinigungen in der Hydraulikflüssigkeit die Funktion solcher Steuerventile stören können.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Drehkol­ ben-Steuerventil zu schaffen, das für hydraulische Hochdruck­ anlagen geeignet ist und auch nach langer Betriebszeit eine zuverlässige Dichtung bewirkt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Bei einem derartigen Drehkolben-Steuerventil für Hochdruck- Hydraulikanlagen kann auf eine hochpräzise Bearbeitung der ineinandergreifenden Steuerungsteile verzichtet werden, da die Dichtflächen durch den hydraulischen Druck metallisch gegeneinander anpreßbar sind. Zudem ergibt sich eine kompakte und leichtgewichtige Bauweise, was für den Einbau in fahrbare oder tragbare Geräte wesentlich ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs­ gegenstandes dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Drehkolben-Steuerventil,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse des Drehkolben-Steuer­ schiebers, mit Teilschnitt im Bereich der Rastvorrich­ tung,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Drehkolben in derjenigen Position, in welcher der Rückfluß beider Drehkolben abgesperrt ist,

Fig. 4 ein Schema der Leitungsführung.

Das Drehkolben-Steuerventil dient zur wahlweisen Verbindung von zwei Druckquellen mit einem Verbraucher oder mit einer drucklosen Rückflußleitung. Das Steuerventil 1 hat eine Bypaß-Funktion in den beiden Druckleitungen 68, 70. Diese Druckleitungen sind mit hydraulischen Förderpumpen 62, 64 mit unterschiedlichen Förderleistungen oder unterschiedlichen Drücken verbunden.

Das Steuerventil 1 enthält ein metallisches Gehäuse 2 von im wesentlichen quaderförmiger Gestalt. In diesem sind zwei Drehkolben 3, 4 drehbar gelagert, die sich mit Hilfe eines Handrades 5 durch Stirnzahnräder 7, 8, 9 verdrehen lassen. Die beiden Stirnzahnräder 7, 8 haben gleiche Zähnezahlen, sodaß eine übereinstimmende Verdrehung der beiden Drehkolben 3, 4 bei einer Verdrehung des Handrades erfolgt. Das Handrad 5 wird drehfest von einem zwischen den beiden Drehkolben 3, 4 befindlichen Drehzapfen 10 getragen, der in eine Bohrung 29 des Gehäuses 2 eingreift. Auf der dem Handrad 5 gegenüber­ liegenden Seite des Gehäuses 2 sind zwei Anschluß-Stutzen 11, 12 vorhanden, die durch Schläuche oder Rohrleitungen an je eine Druckleitung angeschlossen werden. Diese Anschluß- Stutzen 11, 12 sind durch Schrauben 13 mit dem Gehäuse 2 starr verbunden. Für den Rückfluß der Hydraulikflüssigkeit ist ein Flanschkörper 14 vorhanden, in welchem sich eine Gewinde­ bohrung 15 für den Anschluß einer Rohr- oder Schlauchleitung befindet. Dieser Flanschkörper 14 ist durch Schrauben 16 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Achsen der Stutzen 11, 12 verlaufen quer zur Achse der Bohrung 15 des Rücklaufes.

Die zueinander parallelen Drehkolben 3, 4 besitzen je einen teilzylindrischen Kolbenteil und einen im Durchmesser ge­ ringeren Schaft 18. Beide Kolbenteile sind im Durchmesser gleich. Das obere Ende des Schaftes 18 ist je als Vierkant 19 ausgebildet, welcher mit einer entsprechenden Vierkantöff­ nung in den Zahnrädern 7 und 8 übereinstimmt. Die axiale Abstützung dieser beiden Drehkolben 3, 4 erfolgt durch je einen Kugelkranz 20, der gegen eine gehärtete Metallschei­ be 21 anliegt. Beide Drehkolben 3, 4 enthalten je eine sich nach unten öffnende, zentrale Sacklochbohrung 22, 23, die vor dem Schaft 18 endigt. Zwischen der Metallscheibe 21 und den Stirnzahnrädern 7, 8 befindet sich je eine den Schaft umgebende Dichtung 24. Weitere Dichtungen 26 sind beim Dreh­ zapfen 10 und bei den Anschlußflächen zwischen den Anschluß- Stutzen 11, 12 und dem Gehäuse 2 vorhanden. Auch zwischen dem Flanschkörper 14 und dem Gehäuse 2 befindet sich ein Dichtungsring 25.

Die Sacklochbohrungen 22, 23 verlaufen koaxial zu den Bohrungen 27 der Anschluß-Stutzen 11, 12 und stehen mit diesen in Durchflußverbindung. Die Bohrungen 27, 28 sind beim Übergang in das Gehäuse konisch erweitert und haben an der Trennstelle zwischen Anschluß-Stutzen 11, 12 und Gehäuse 2 angenähert je den gleichen Innen-Durchmesser wie die Drehkolben 3, 4.

Die Kolbenbohrungen 30, 31 weisen im Gebäude je einen Auslaß- Schlitz 32, 33 auf. Diese münden in eine gemeinsame Verbin­ dungsleitung 34 des Flanschkörpers 14, welche mit der Aus­ laßöffnung 15 kommuniziert. Die beiden Steuerventil-Dreh­ kolben 3, 4 sind mit unterschiedlich ausgebildeten mantelsei­ tigen Öffnungen versehen. Der Drehkolben 3 enthält einen Ausschnitt 38 (Fig. 3), der sich über den halben Umfang erstreckt, sodaß ein Halbzylinderring 47 verbleibt. Oberhalb und unterhalb dieses halbzylinderförmiqen Ausschnittes 38 befinden sich am Drehkolben 3 umfangsgeschlossene Ringteile 40, 41. Bei einer Verdrehung des Drehkolbens 3 kann dieser Ausschnitt 38 in Durchflußverbindung mit dem Auslaß-Schlitz 32 des Gehäuses 2 gelangen, sodaß eine Durchflußverbindung mit dem Anschluß-Stutzen 11 gebildet wird.

Der Drehkolben 4 enthält hingegen an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen längliche Ausschnitte 38, wobei der verbleibende Steg 46 breiter ist als die Breite des Auslaß-Schlitzes 33 im Gehäuse. Auch hier sind oberhalb und unterhalb des Ausschnittes 39 umfangsgeschlossene Ring­ teile 40, 41 vorhanden. Diese Ausschnitte 39 ermöglichen eine in Durchfluß-Verbindung zwischen dem Anschluß-Stutzen 12 und dem Auslaß-Schlitz 33 im Gehäuse bei entsprechender Verdrehung des Drehkolbens 4.

Im Gegensatz zu der sonst üblichen Bauweise von Steuerven­ tilen, bei denen eine hochpräzise Passung zwischen Gehäuse- Bohrung und Drehkolben notwendig ist, haben die Drehkolben 3, 4 in den Gehäuse-Bohrungen 30, 31 ein geringes radiales Spiel, vorzugsweise von etwa 3-8 Hundertstelsmilimetern. Bei geschlossenen Auslass-Schlitzen 32, 33 wird der Dichtungs­ druck durch die Hydraulikflüssigkeit selbst erzeugt, wodurch sich eine metallische Dichtung ergibt.

Mit dem Drehzapfen 10 wirkt eine Rastvorrichtung 50 zusammen, bei der vier je um 90° versetzte Raststellen vorgesehen sind. Zu diesem Zwecke sind im Drehzapfen 10 vier am Umfang gleichmäßig verteilte Vertiefungen 52 vorhanden, in welche wahlweise eine Kugel 54 eingreifen kann. Diese Kugel ist hinten durch eine elastische Füllung 56 oder Feder abgestützt, die in einer Bohrung von einer Druckschraube 57 gehalten ist. Bei einer Drehung des Handrades 5 rastet somit die Kugel jeweils in eine der vier vorbestimmten Stellungen ein.

Die Wirkungsweise dieses Drehkolbensteuerventiles ist folgende:

Es sind vier Steuerstellungen vorgesehen, die nachfolgend mit I, II, III, IV bezeichnet werden. Bei der in Fig. 3 dargestellten Stellung I der beiden Drehkolben 3, 4 hat das Steuerventil auf die beiden Druckleitungen 68, 70, die zwi­ schen Druckquellen 62, 64 und einem Verbraucher 66 angeordnet sind, keine Wirkung, da über dieses Steuerventil 1 keine Druckflüssigkeit abgeleitet wird. Die Druckflüssigkeit gelangt zwar über die Anschluß-Stutzen 11, 12 in die Sacklochbohrungen 22, 23 der Drehkolben 3, 4, kann indessen nicht weiterfließen, da der Mantel der beiden Drehkolben 3, 4 die Auslaß-Schlitze 32, 33 überdeckt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Da die Auslaß-Schlitze 32, 33 mit dem druckosen Auslaß 15 einer Rücklaufleitung 61 in den Vorratstank 60 in Verbindung stehen, bewirkt der Hydraulikdruck, dass die beiden Drehkolben 3, 4 gegen ihre Auslaß-Schlitze 32, 33 gedrückt werden und somit eine Dichtung Metall gegen Metall bewirken, welche ohne Gummidichtungen od. dgl. auskommt. Beim Drehkolben 4 bewirkt das geringe Spiel zwischen Kolbenmantel und Gehäuse­ bohrung 30, daß sich an der dem Auslaß-Schlitz 33 gegenüber­ liegenden Fläche ein geringer radialer Spalt 48 bildet, der ausreicht um diesen Drehkolben kräftig gegen den Auslaß- Schlitz 33 anzudrücken.

Bei einer Viertelsdrehung des Handrades 5 in Richtung des Pfeiles A in die Stellung II, verdreht sich der Drehkolben 3 in Richtung des Pfeiles B und der Drehkolben 4 dreht sich um den gleichen Winkel in Richtung des Pfeiles C. Dies be­ wirkt, daß nach dieser Viertelsdrehung der Mantel des Drehkol­ bens 3 den Auslaß-Schlitz 32 immer noch überdeckt. Hingegen gibt der Drehkolben 4 den Auslaß-Schlitz 33 frei, sodaß ein Durchfluß der Druckflüssigkeit von der Sacklochbohrung 23 über den einen Ausschnitt 39 zum Auslaß-Schlitz 33 er­ folgen kann. Die von der Druckquelle 62 geförderte Flüssigkeit gelangt als Bypaß direkt in den drucklosen Rücklauf 15, 61, sodaß beim Verbraucher 66 kein entsprechender Druck bzw. Flüssigkeitsmenge zur Verfügung steht.

Bei einer weiteren Verdrehung um 80° entsteht die Stellung III. Beim Druckkolben 3 gibt der halbkreisförmige Ausschnitt 38 nun den Auslaß-Schlitz 32 frei. Hingegen wird beim Dreh­ kolben 4 der Auslaß-Schlitz 33 durch den Steg 46 überdeckt. Somit wird die andere Druckleitung 70 drucklos, während die ersterwähnte Druckleitung 68 einem Verbraucher 66 mit Druckflüssigkeit zur Verfügung steht.

Bei einer weiteren Verdrehung um 90°, welche der Stelle IV entspricht, ist sowohl der Auslaß-Schlitz 32 als auch der Auslaß-Schlitz 33 nicht überdeckt, sodaß beide Druck­ leitungen 68, 70 als offener Bypaß direkt in die Auslaßöff­ nung 15 und in die drucklose Rückleitung 61 fördern und für Verbraucher 66 keine Druckflüssigkeit zur Verfügung steht. Diese Position wird gewählt, wenn dem Verbraucher 66 keine Druckflüssigkeit zugeleitet werden soll.

In Fig. 4 ist ein Schema der Leitungsführung dargestellt. Es sind zwei Pumpen 62, 64 mit unterschiedlicher Förderleis­ tung vorhanden, die über Druckleitungen 68, 70 mit einem Verbraucher, vorzugsweise einem Hydraulikmotor 66 in Verbin­ dung stehen. Von der Druckleitung zweigt eine Zweigleitung 69 zum Anschluß-Stutzen 92 des Steuerventiles 1 ab. Von der Druckleitung 70 führt eine Zweigleitung 71 zum Anschluß- Stutzen 11. Von der Rücklauf-Öffnungen 15 führt eine druck­ lose Rücklauf-Leitung 61 zum Vorratstank 60. Vom Verbraucher 66 führt ebenfalls eine Rücklaufleitung 74 zum Vorratstank 60.

Als Ausführungsvariante könnten auch mehr als zwei Drehkolben vorhanden sein, die zur Beeinflussung von mehr als zwei Druckleitungen verwendbar sind.

Dieses Drehkolben-Steuerventil eignet sich bevorzugt für Hochdruck-Hydraulikanlagen, z. B. bis etwa 250 bar; es kann indessen auch für niedrigere Drücke verwendet werden. Die Hydraulikflüssigkeit ist vorzugsweise Öl; bei nichtrostender Materialwahl kann auch Wasser oder eine Emulsion verwendet werden.

Claims (7)

1. Drehkolben-Steuerventil, insbesondere für Hochdruck- Hydraulikanlagen, mit mehreren Steuerpositionen, zum Zusam­ menwirken mit mindestens zwei Druckleitungen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem Gehäuse (2) mindestens zwei Drehkolben (3, 4) vorhanden sind, mit je einer zentralen Sacklochbohrung (22, 23) und mantelseitig in diese einmündenden Öffnungen (38, 39), im Gehäuse (2) Auslaßöffnungen (32, 33) vorhanden sind, die Sacklochbohrungen (22, 23) je mit einem Druckan­ schluß (11, 12) in Durchflußverbindung stehen und die mantelseitigen Öffnungen (32, 33) in Abhängigkeit der Dreh­ lage der Drehkolben (3, 4) die Auslaßöffnungen (32, 33) im Gehäuse (2) öffnen oder überdecken.

2. Drehkolben-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es als Bypaß-Ventil ausgebildet ist und die Auslaßöffnungen (32, 33) je mit einer drucklosen Rück­ laufleitung (15) verbunden sind.

3. Drehkolben-Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehkolben (3, 4) mit zueinander parallelen Achsen mit je vier Steuerpositionen vorhanden sind, von denen der eine Drehkolben (3) an seinem halben Kreisumfang geschlossen und der andere Drehkolben (4) an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen des Mantels geschlossen ist und die beiden Drehkolben (3, 4) durch gleich große Zahnräder (7, 8) gemeinsam verdrehbar sind, wobei in einer ersten Steuerposition nur die eine Auslauföffnung (32) geöffnet, in einer zweiten Steuerposition nur die andere Auslauföffnung (33) geöffnet, in einer dritten Steuerposition beiden Auslauföffnungen (32, 33) geöffnet und in einer vierten Steuerposition beiden Auslauföffnungen (32, 33) geschlossen sind.

4. Drehkolben-Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (3, 4) in ihren Gehäusebohrungen (30, 31) je ein geringes radiales Spiel haben und eine Druckbeaufschlagung der Drehkolben (3, 4) in der Dichtungsposition je auf der der Auslaßöffnung (32, 33) gegenüberliegenden Seite durch das Druckmittel erfolgt.

5. Drehkolben-Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) zwischen den axial distanzierten Drehkolben (3, 4) ein Drehzapfen (10) mit einem Handrad (5) vorhanden ist, mit dem Drehzapfen (10) ein Zahnrad (9) drehfest verbunden ist, das in Zahn­ räder (7, 8) eingreift, die mit den beiden Drehkolben (3, 4) verbunden sind.

6. Drehkolben-Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) druckseitig mit Anschluß-Stutzen (11, 12) versehen ist, welche koaxial in die Sacklochbohrungen (22, 23) der Drehkolben (3, 4) einmünden und eine gemeinsame Rückflußleitung (15) vorhan­ den ist, deren Achse quer zu den Achsen der Anschluß- Stutzen (11, 12) verläuft.

7. Drehkolben-Steuerventil nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Drehzapfens (10) den Steuerpositionen zugeordnete Rastenvertiefungen (52) vorhanden sind, die mit federnden Rastkörpern (50) im Gehäuse (2) zusammenwirken.