DE4000360C2 - Drehkolben-Steuerventil, insbesondere für Hochdruck-Hydraulikanlagen - Google Patents

Description

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

Aus der US 3 905 582 ist ein Steuerventil mit Druckkolben bekannt, das mit seinen drei Steuerpositionen bei der Herstel­ lung von geschäumten Kunststoffen verwendet wird und der Steue­ rung der Zufuhr von Komponenten für die Schaumerzeugung dient.

Demgegenüber soll mit der Erfindung die Aufgabe gelöst werden ein für Hochdruck geeignetes Drehkolben-Steuerventil zu schaf­ fen, mit dem wahlweise eine von zwei Druckquellen oder beide zusammen mit einem Verbraucher zu verbinden oder die Druckquel­ len direkt an einem Rücklaufkanal angeschlossen werden können.

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

Durch die Ausbildung des Drehkolben-Steuerventiles als Bypass- Ventil mit vier Steuerpositionen lassen sich wahlweise in Ab­ hängigkeit der Lage der Drehkolben eine von zwei Druckquellen oder beide zusammen an einen Verbraucher hydraulischer Energie anschließen oder die Druckquellen lassen sich mit einem druck­ losen Rücklaufkanal verbinden. Je nach Leistungsbedarf des oder der Verbraucher kann es sinnvoll sein, nicht in jedem Fall diesem Verbraucher die volle mögliche hydraulische Förder­ menge zuzuleiten. In Fällen, wo die Leistung einer Pumpe ge­ nügt, kann einerseits Antriebsenergie eingespart und die Ab­ nützung der Hochdruckpumpe und der zugeordneten Aggregate ver­ mindert werden. Anderseits ist man in der Lage durch wahlweises Zuschalten einer zweiten Pumpe auch Ansprüchen zu genügen bei denen eine große hydraulische Leistung benötigt wird.

Konventionelle Steuerventile sind für hydraulische Hochdruck­ anlagen nicht geeignet; da sie schwierig abzudichten sind.

Die Verwendung gummiartiger Dichtungsringe halten hohen Drücken bei relativ zueinander beweglichen Teilen erfahrungsgemäß nur kurze Zeit stand. Anderseits haben hochpräzise ineinander­ greifende Steuerteile mit sehr engen Toleranzen den Nachteil hoher Herstellungskosten. Zudem können Bewegungsstörungen bei geringen Verunreinigungen der Hydraulikflüssigkeit auftreten. Dadurch daß die Drehkolben in ihren Gehäusebohrungen gemäß Anspruch 2 ein geringes radiales Spiel haben können, bewirkt der hydraulische Anpressdruck auf der der Auslaßöffnung des Drehkolbens gegenüberliegenden drucklosen Seite die Abdichtungs­ funktion. Dadurch kann auf eine hochpräzise Bearbeitung der ineinandergreifenden Steuerungsteile verzichtet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

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 einem drucklosen Rücklaufkanal. Das Steuerventil 1 hat eine Bypass- Funktion bezüglich der beiden Druckleitungen 68, 70. Diese Druckleitungen sind mit Hochdruck-Hydraulikquellen 62, 64 mit unterschiedlichen Förderleistungen oder unterschiedlichen Drücken verbunden.

Das Steuerventil 1 enthält ein metallisches Gehäuse 2 von im wesentlich quaderförmiger Gestalt. In diesem sind zwei Drehkolben 3, 4 drehbar gelagert, die sich mit Hilfe eines Handrades 5 durch Zahnräder 7, 8, 9 verdrehen lassen. Die beiden Zahnräder 7, 8 haben gleiche Zähnezahlen, so daß 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 be­ findlichen Drehzapfen 10 getragene der in eine Bohrung 29 des Gehäuses 2 eingreift. Auf der dem Handrad 5 gegenüber­ liegenden Seite des Gehäuses 2 sind zwei Druckanschlüsse 11, 12 vorhanden, die durch Schläuche oder Rohrleitungen an je eine Druckleitung angeschlossen werden. Diese Druckan­ schlüsse 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 ein Rücklaufkanal 15 in Form einer Gewindebohrung 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 der Druckanschlüsse 11, 12 verlaufen quer zur Achse der Bohrung des Rücklauf­ kanals 15.

Die zueinander parallelen Drehkolben 3, 4 besitzen je einen teilzylindrischen Kolbenteil und einen im Durchmesser geringe­ ren Schaft 18. Beide Kolbenteile sind im Durchmesser gleich. Das obere Ende des Schaftes 18 ist je als Vierkant 19 ausge­ bildet, welcher mit einer entsprechenden Vierkantöffnung in den Zahnrädern 7 und 8 übereinstimmt. Die axiale Abstüt­ zung dieser beiden Drehkolben 3, 4 erfolgt durch je einen Kugelkranz 20, der gegen eine gehärtete Metallscheibe 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 Zahnrädern 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 Druck­ anschlüssen 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 Boh­ rungen 27 der Druckanschlüsse 11, 12 und stehen mit diesen in Durchflußverbindung. Die Bohrungen 27, 28 sind beim Über­ gang in das Gehäuse konisch erweitert und haben an der Trenn­ stelle zwischen den Druckanschlüssen 11, 12 und dem Gehäuse 2 angenähert je den gleichen Innen-Durchmesser wie die Dreh­ kolben 3, 4.

Die Gehäusebohrungen 30, 31 weisen im Gehäuse je eine schlitz­ förmige Auslaßöffnung 32, 33 auf. Diese münden in eine gemein­ same Verbindungsleitung 34 des Flanschkörpers 14, welche mit dem Rücklaufkanal 15 kommuniziert. Die beiden Drehkolben 3, 4 sind mit unterschiedlich ausgebildeten mantelseitigen Öffnungen versehen. Der Drehkolben 3 enthält einen Aus­ schnitt 38 (Fig. 3) der sich über den halben Umfang er­ streckt, so daß ein Halbzylinderring 47 verbleibt. Oberhalb und unterhalb dieses halbzylinderförmigen Ausschnittes 38 befinden sich am Drehkolben 3 umfangsgeschlossene Ringteile 40, 41. Bei einer Verdrehung des Drehkolbens 3 kann dieser Ausschnitt 38 in Durchflußverbindung mit der Auslaßöffnung 32 des Gehäuses 2 gelangen, so daß eine Durchflußverbindung mit dem Druckanschluß 11 gebildet wird.

Der Drehkolben 4 enthält an zwei sich diametral gegenüber­ liegenden Stellen längliche Ausschnitt 39, wobei der verblei­ bende Steg 46 breiter ist als die Breite der Auslaßöffnung 33 im Gehäuse. Auch hier sind oberhalb und unterhalb des Ausschnittes 39 umfangsgeschlossene Ringteile 40, 41 vorhan­ den. Diese Ausschnitte 39 ermöglichen eine Durchfluß-Ver­ bindung zwischen dem Druckanschluß 12 und der Auslaßöffnung 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 Hundertstelmillimetern. Bei geschlossenen Auslaßöffnungen 32, 33 wird der Dichtungs­ druck durch die Hydraulikflüssigkeit selbst erzeugt, wodurch sich eine metallische Dichtung ergibt.

Mit dem Drehzapfen 10 wirkt ein Rastkörper 50 zusammen, bei dem vier je um 90° versetzte Raststellen vorgesehen sind. Zu diesem Zweck sind im Drehzapfen 10 vier am Umfang gleichmäßig verteilte Rastenvertiefungen 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 Stel­ lungen ein.

Die Wirkungsweise dieses Drehkolbensteuerventiles ist fol­ gende:
Es sind vier Steuerstellungen vorgesehen, die nachfolgend mit I, II, III, IV bezeichnet werden. Bei der in Fig. 3 darge­ stellten Stellung I der beiden Drehkolben 3, 4 hat das Steuer­ ventil auf die beiden Druckleitungen 68, 70, die zwischen den Hochdruck-Hydraulikquellen 62, 64 und einem Verbraucher 66 angeordnet sind, keine Wirkung, da über dieses Steuerven­ til 1 keine Druckflüssigkeit abgeleitet wird. Die Druckflüs­ sigkeit gelangt zwar über die Druckanschlüsse 11, 12 in die Sacklochbohrungen, da der Mantel der beiden Drehkolben 3, 4 die Auslaßöffnungen 32, 33 überdeckt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Da die Auslaßöffnungen 32, 33 mit dem drucklosen Rücklaufkanal 15 und einer Rücklaufleitung 61 in den Vorratstank 60 in Verbindung stehen, bewirkt der Hydraulikdruck, daß die beiden Drehkolben 3, 4 gegen ihre Auslaßöffnungen 32, 33 gedrückt werden und somit eine Dich­ tung Metall gegen Metall bewirken, welche ohne Gummidichtun­ gen od. dgl. auskommt. Beim Drehkolben 4 bewirkt das geringe Spiel zwischen Kolbenmantel und Gehäusebohrung 30, daß sich an der der Auslaßöffnung 33 gegenüberliegenden Fläche ein geringer radialer Spalt 48 bildet, der ausreicht um diesen Drehkolben kräftig gegen die Auslaßöffnung 33 an­ zudrücken.

Bei einer Vierteldrehung 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 Vierteldrehung der Mantel des Dreh­ kolbens 3 die Auslaßöffnung 32 immer noch überdeckt. Hinge­ gen gibt der Drehkolben 4 nun die Auslaßöffnung 33 frei, so daß ein Durchfluß der Druckflüssigkeit von der Sackloch­ bohrung 23 über den einen Ausschnitt 39 zur Auslaßöffnung 33 erfolgen kann. Die von der Hydraulik-Hochdruckquelle 62 geförderte Flüssigkeit gelangt als Bypass direkt in den drucklosen Rücklaufkanal 15, so daß beim Verbraucher 66 kein entsprechender Druck bzw. Flüssigkeitsmenge zur Verfü­ gung steht.

Bei einer weiteren Verdrehung um 90° entsteht die Stellung III. Beim Drehkolben 3 gibt der halbkreisförmige Ausschnitt 38 nun die Auslaßöffnung 32 frei. Hingegen wird beim Dreh­ kolben 4 die Auslaßöffnung 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 die Auslaßöffnung 32 als auch die Auslaßöffnung 33 nicht überdeckt, so daß beide Drucklei­ tungen 68, 70 als offener Bypass direkt in den Rücklaufkanal 15 und in die drucklose Rücklaufleitung 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 als Hochdruck-Hydraulikquellen zwei Pumpen 62, 64 mit unterschiedlicher Förderleistung vorhanden, die über Druckleitungen 68, 70 mit einem Verbraucher, vorzugsweise einem Hydraulikmotor 66 in Verbindung stehen. Von der Druck­ leitung zweigt eine Zweigleitung 69 zum Druckanschluß 12 des Steuerventils 1 ab. Von der Druckleitung 70 führt eine Zweigleitung 71 zum Druckanschluß 11. Vom Rücklaufkanal 15 führt eine drucklose Rücklaufleitung 61 zum Vorratstank 60. Vom Verbraucher 66 führt ebenfalls eine Rücklaufleitung 74 zum Vorratstank 60.

Als Ausführungsvariante könnten auch mehr als zwei Drehkol­ ben 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 (4)

1. Drehkolben-Steuerventil mit mehreren Steuerpositionen, mit zwei in einem Gehäuse angeordneten Drehkolben mit zuein­ ander parallelen Achsen und mit je einer zentralen Sackloch­ bohrung mit mantelseitigen Öffnungen die in Abhängigkeit der Drehlage der Drehkolben Auslaßöffnungen im Gehäuse öffnen oder überdecken und daß die beiden Drehkolben durch gleich große Zahnräder gemeinsam verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Bypass-Ventil ist, dessen Auslaßöffnungen (32, 33) je mit einem drucklosen Rücklaufkanal (15) und dessen Druckanschlüsse (11, 12) je mit einer Hochdruck-Hydraulikquelle (62, 64) verbunden sind, die beiden Drehkolben (3, 4) vier Steuerpositionen aufweisen, von denen die eine beide Anschlüsse abschließt, eine zweite Steuerposition den einen Druckanschluß mit der Rücklaufleitung verbindet und eine dritte Steuerposition den andern Druckanschluß mit der Rücklaufleitung verbindet und eine vierte Steuerposition beide Druckanschlüsse (11, 12) mit der Rücklaufleitung (61) verbindet.

2. Drehkolben-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehkolben (3, 4) in ihren Gehäusebohrungen (30, 31) je ein geringes radiales Spiel haben und eine Druckbeauf­ schlagung der Drehkolben (3, 4) in der Dichtungsposition je auf der der Auslaßöffnung (32, 33) gegenüberliegenden Seite durch das Druckmittel erfolgt.

3. Drehkolben-Steuerventil nach Anspruch oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der eine Drehkolben (3) an seinem halben Kreisumfang geschlossen und der andere Drehkolben (4) an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen des Mantels geschlos­ sen ist.

4. Drehkolben-Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) zwischen den Dreh­ kolben (3, 4) ein Drehzapfen (10) mit einem Handrad (5) vorhan­ den ist, mit dem Drehzapfen (10) ein Zahnrad (9) drehfest ver­ bunden ist, das in die Zahnräder (7, 8) der beiden Drehkolben (3, 4) eingreift und daß am Umfang des Drehzapfens (10) den Steuerpositionen zugeordnete Rastenvertiefungen (52) vorhanden sind, die mit federnden Rastkörpern (50) im Gehäuse (2) zusam­ menwirken.