DE4122982C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolbenventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei solchen Kolbenventilen wird durch Verschieben des Kolbens im Ventilkörper der Öffnungsquerschnitt der Steuerbohrung verändert, wodurch der Arbeitsdruck ent­ sprechend eingestellt werden kann. Bei solchen Kolben­ ventilen besteht die Forderung, daß in der Ausgangslage des Kolbens der Arbeitsdruck in einem bestimmten Ar­ beitsdruckbereich liegen muß. Durch diese Forderung wird sichergestellt, daß die Kolbenschieber einer Serie annä­ hernd gleiche Arbeitsdrücke erzielen. Um Streuungen in einer Serie gering zu halten, wird der Arbeitsdruckbe­ reich in der Ausgangslage des Kolbens verhältnismäßig eng gewählt. Um diese hohe Genauigkeit zu erreichen, werden die Einzelteile des Kolbenventils mit sehr engen Toleranzen gefertigt. Dadurch steigen aber die Herstel­ lungskosten.

Beim Kolbenventil der eingangs genannten Art (DE 26 34 061 A1) ist, um den Überdeckungsgrad zwischen dem Kolben und der Steuerbohrung einstellen zu können, das Vorsteuerteil mit einem Gewindezapfen versehen, auf des­ sen aus dem Ventilgehäuse ragendes Ende eine Mutter ge­ schraubt ist. Durch entsprechende Einstellung der Mutter auf dem Gewindezapfen kann die Lage des Vorsteuerteils und damit auch die Lage des Kolbens relativ zur Steuer­ bohrung eingestellt werden. Der Gewindezapfen muß genau zentrisch in bezug auf das Schubteil angeordnet sein, weil sonst die Gefahr besteht, daß bei einem Verdrehen des Schubteils der Gewindezapfen in der Bohrung einer Anschlagplatte verklemmt, durch welche der Gewindezapfen ragt. Beim Anziehen einer die Mutter sichernden Konter­ mutter besteht zudem die Gefahr, daß der Gewindezapfen und damit auch der Überdeckungsgrad unbeabsichtigt ver­ stellt werden. Beim Betrieb des Kolbenventils hebt die Mutter von der Anschlagplatte ab. Dadurch kann Schmutz zwischen Mutter und Anschlagplatte gelangen. Dies führt dazu, daß die Mutter in der Ruhestellung nicht mehr an der Anschlagplatte anliegt, wodurch der Überdeckungsgrad zwischen dem Kolben und der Steuerbohrung verändert wird. Treten beim Einsatz dieses Kolbenventils hohe Schaltfrequenzen auf, dann besteht die Gefahr, daß die Mutter und/oder die Anschlagplatte verschleißt, wodurch ebenfalls der Überdeckungsgrad verstellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kolbenventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß der Überdec­ kungsgrad zwischen Steuerbohrung und Kolben zuverlässig und feinfühlig so eingestellt werden kann, daß eine un­ beabsichtigte Verstellung des Überdeckungsgrades ausge­ schlossen ist.

Diese Aufgabe wird beim Kolbenventil der betreffenden Art er­ findungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Kolbenventil wird der gesamte Ventilkörper gegenüber dem Vorsteuerteil axial ver­ stellt, wobei das zwischen dem Ventilkörper und dem Vor­ steuerteil befindliche Justageteil verformt wird. Das verformte Justageteil übt eine entgegen der Verstell­ richtung wirkende Gegenkraft aus, die dafür sorgt, daß das Kolbenventil und das Vorsteuerteil ihre jeweils ein­ gestellte axiale Lage zueinander exakt beibehalten. Da­ durch ist auch eine zusätzliche Sicherung dieser Teile mittels weiterer Bauteile nicht erforderlich. Bei der Verstellung des erfindungsgemäßen Kolbenventils wird der Kolben selbst nicht axial verstellt, da er am Vorsteuer­ teil axial abgestützt wird. Das Vorsteuerteil wird viel­ mehr relativ zum Ventilkörper axial verstellt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Einstellung des Überdeckungs­ grades während der gesamten Einsatzdauer des erfindungs­ gemäßen Kolbenventils aufrechterhalten bleibt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise in Ansicht und teilweise im Axial­ schnitt ein erfindungsgemäßes Kolbenventil, das mit einem Magneten verbunden ist,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung die Ausgangs­ lage des Kolbens des erfindungsgemäßen Kolbenventils in bezug auf eine Steuer­ bohrung,

Fig. 3 eine Strom-Druck-Kennlinie des Kolben­ ventils.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kolbenventil als Proportionalventil mit vorgeschaltetem Magneten 1 ausgebildet. Anstelle dieses Magneten kann jedes andere geeignete Vor­ steuerteil, z. B. ein von Hand zu betätigender Hebel, ein Elektro­ stellmotor und dgl. eingesetzt werden.

Der Magnet 1 hat in bekannter Weise ein Gehäuse 2, in dem eine Spule 3 mit einer Wicklung 4 und einem Spulenkörper 5 sowie ein Joch 6 untergebracht sind. Im Joch 6 ist axial verschieb­ bar ein Anker 7 gelagert, der über einen Stößel 8 einen Kolben 9 des Kolbenschieberventiles 10 betätigt. Über einen Stecker 11 wird der Magnet 1 mit Strom versorgt.

Wird die Spule 3 bestromt, dann wird der Anker 7 in bekannter Weise axial verschoben, wodurch über den Stößel 8 der Kolben 9 des Kolbenschieberventils 10 entsprechend verschoben wird. Der Verschiebeweg des Ankers 7 und damit des Kolbens 9 hängt von der Höhe des Stromes ab.

In Fig. 3 ist eine typische Druck-Strom-Kennlinie für ein Kolbenventil dargestellt. Im stromlosen Zustand (I = 0) ist der Arbeitsdruck p des Ventils am größten, d. h. die ent­ sprechende Steuerbohrung 12 des Kolbenventils 12 hat ihren größten Querschnitt am Eintrittsende. In dieser Lage ist der Kolben 9 (untere Hälfte in Fig. 1) am weitesten zurückge­ schoben, während mit zunehmender Stromstärke I der Anker 7 und damit des Ventil 9 in Fig. 1 zunehmend nach rechts ver­ schoben werden, wodurch die Steuerbohrung 12 durch den Kolben 9 immer mehr geschlossen wird, bis bei maximalem Verschiebe­ weg des Kolbens 9 die Steuerbohrung 12 vollständig geschlossen ist (obere Hälfte in Fig. 1). Mit zunehmender Querschnittsver­ ringerung der Steuerbohrung 12 nimmt der Arbeitsdruck ab.

Werden solche Kolbenventile in Serie gefertigt, dann ist da­ für zu sorgen, daß sämtliche Ventile im Ausgangszustand, also bei stromlosem Zustand, in einem vorgegebenen Arbeitsdruckbe­ reich liegen, der in Fig. 3 mit 13 bezeichnet ist. Kolben­ ventile, deren Arbeitsdruck im Ausgangszustand außerhalb dieses vorgegebenen Arbeitsdruckbereiches 13 liegt, können nicht ver­ wendet werden.

Um nun in kostengünstiger Weise zu gewährleisten, daß die Kolbenventile auch in einer Serienfertigung im Ausgangszu­ stand einen Arbeitsdruck haben, der innerhalb des vorgegebenen Arbeitsdruckbereiches 13 liegt, kann das Kolbenventil 10 relativ zu seinem Kolben 9 sehr feinfühlig so eingestellt werden, daß diese Forderung zuverlässig erfüllt wird. Hierzu hat das Kolbenventil 10 in der Mantelfläche 14 seines Ventil­ körpers 15 eine Ringnut 16, in die ein Verbindungsstück 17 des Magneten 1 eingreift. Der Ventilkörper 15 weist an einem Ende ein Außengewinde 18 auf, mit dem das Kolbenventil 10 in das Verbindungsstück 17 geschraubt wird. Die Ringnut 16 wird auf ihrer dem Verbindungsstück 17 gegenüberliegenden Seite von einer radial verlaufenden Wand 19 begrenzt, an der ein Justagering 20 anliegt. Das Verbindungsstück 17 hat eine eben­ falls radial verlaufende ebene Stirnseite 21, an der der Justage­ ring 20 ebenfalls anliegt. Im Einbauzustand gemäß Fig. 1 liegt somit der Justagering 20 zwischen der Seitenwand 19 der Ring­ nut 16 des Ventilkörpers 15 und der Stirnseite 21 des Ver­ bindungsstückes 17 des Magneten 1. Im stromlosen Ausgangszu­ stand (untere Hälfte in Fig. 1) liegt der Anker 7 an der dem Kolben 9 gegenüberliegenden Wand 22 des Joches 6 an. Dadurch ist die Ausgangslage des Kolbens 9 festgelegt. Der Ventil­ körper 15 kann relativ zum Kolben 9 in bezug auf den Magneten 1 eingestellt werden, indem der Magnet 1 und/oder der Ventil­ körper 15 unterschiedlich weit zusammengeschraubt werden. Der Kolben 9 bzw. die Steuerbohrung 12 sind so ausgebildet und angeordnet, daß im stromlosen Ausgangszustand der Kolben 9 die Steuerbohrung 12 teilweise überdeckt (Fig. 2). Um diese Überdeckung 23 zu erreichen, ist der Querschnitt der Steuer­ bohrung 12 größer gewählt, als zur Erzielung des maximalen Arbeitsdruckes p an sich erforderlich ist. Im Vergleich zu bekannten Kolbenventilen hat die Steuerbohrung 12 somit einen größeren Querschnitt. Die Überdeckung 23 ist so gewählt, daß die Druck-Strom-Kennlinie im stromlosen Ausgangszustand ent­ weder innerhalb des vorgeschriebenen Arbeitsdruckbereiches 13 (Fig. 3) liegt oder im Bereich oberhalb dieses Arbeits­ druckbereiches. Wenn nun aufgrund von Toleranzen die Arbeits­ druck-Strom-Kennlinie im stromlosen Ausgangszustand im Bereich oberhalb des Arbeitsdruckbereiches 13 liegt, dann kann durch eine Feineinstellung der Ventilkörper 15 relativ zum Kolben 9 so eingestellt werden, daß diese Kennlinie inner­ halb des vorgeschriebenen Arbeitsdruckbereiches 13 liegt. In einem solchen Falle wird das Kolbenventil 10 relativ zum Magneten 1 unter plastischer Verformung des Justageringes 20 in Richtung auf den Magneten geschraubt. Infolge der plasti­ schen Verformung nimmt die Dicke des Justageringes 20 ab, so daß der Ventilkörper 15 mit der Steuerbohrung 12 relativ zum Kolben 9 verschoben wird. Der Kolben 9 selbst kann axial nicht verstellt werden, da er über den Stößel 8 und den Anker 7 an der Wand 22 des Joches 6 axial abgestützt ist. Infolge dieser Verschiebung des Ventilkörpers 15 gegenüber dem Kolben 9 wird die Überdeckung 23 zwischen dem Kolben 9 und dem Öff­ nungsquerschnitt der Steuerbohrung 12 verringert. Diese Quer­ schnittsverringerung führt zu einer Verringerung des Arbeits­ druckes und damit zu einer Verschiebung der Druck-Strom-Kenn­ linie in Richtung auf geringere Arbeitsdruckwerte. Somit kann durch ausreichende plastische Verformung des Justageringes 20 die Druck-Strom-Kennlinie im stromlosen Ausgangszustand exakt in den Arbeitsdruckbereich 13 verlegt werden. Aufgrund dieser feinfühligen Einstellung lassen sich in der Serienfertigung sämtliche Kolbenventile exakt so einstellen, daß jedes Ventil die geforderte Druck-Strom-Kennlinie im stromlosen Ausgangs­ zustand aufweist. Infolge der plastischen Verformung erzeugt der Justagering 20 eine entgegen der Schraubrichtung wirkende Gegenkraft, die dafür sorgt, daß das Kolbenventil 10 und der Magnet 1 ihre jeweils eingestellte axiale Lage zueinander exakt beibehalten.

Damit der Ventilkörper 15 nicht unbeabsichtigt gegenüber dem Magneten 1 gedreht werden kann - wodurch der Öffnungsquer­ schnitt der Steuerbohrung 12 und damit der Arbeitsdruck im stromlosen Ausgangszustand verändert würde -, besteht der Justagering 20 vorteilhaft aus metallischem Material. Dadurch ist eine plastische Verformung des Justageringes nur mit sehr hohen Kräften möglich, die nicht von Hand, sondern nur mit entsprechenden Werkzeugen aufgebracht werden können.

Wird der Magnet 1 bestromt, dann wird je nach Stromstärke der Anker 7 und damit über den Stößel 8 der Kolben 9 in bekannter Weise gegen die Kraft einer Druckfeder 24 axial verschoben, wodurch der Öffnungsquerschnitt der Steuerbohrung 12 ver­ kleinert wird. Somit nimmt der Arbeitsdruck p mit steigender Stromstärke I ab.

Das Verbindungsstück 17 des Magneten 1 bzw. dessen Stirnseite 21 ist so ausgebildet und angeordnet, daß der Justagering 20 nahezu über seine gesamte radiale Breite zwischen der Stirnseite 21 und der Seitenwand 19 der Ringnut 16 liegt (Fig. 1). Da­ durch ist sichergestellt, daß der Justagering 20 bei der Fein­ einstellung des Ventils 10 einwandfrei plastisch verformt wird.

Der Ventilkörper 15 weist in bekannter Weise außenseitig eine Ringnut 25 auf, in der wenigstens ein Dichtring 26 liegt.

Das Kolbenventil 10 wird in einen Einbauraum eingesetzt, wo­ bei der Dichtring 26 dichtend an der Innenwandung dieses Ein­ bauraumes anliegt.

Wird als Vorsteuerteil nicht der Magnet 1, sondern beispiels­ weise ein Elektromotor, ein von Hand zu betätigender Hebel oder dgl. verwendet, dann sind diese Vorsteuerteile mit dem Verbindungsstück 17 entsprechenden Abschnitten ausgerüstet, die im Zusammenspiel mit der Seitenwand 19 der Ringnut 16 des Ventilkörpers 15 den zwischen ihnen liegenden Justagering 20, falls erforderlich, plastisch verformen.

Aufgrund des Justageringes 20 ist es nicht notwendig, die Einzel­ teile des Kolbenventiles 10 mit engen Toleranzen zu fertigen. Aufgrund der Einstellbarkeit des Kolbenventils 10 in bezug auf den Kolben 9 können bei der Fertigung größere Toleranzen zugelassen werden. Dadurch läßt sich das Ventil 10 sehr kosten­ günstig fertigen, ohne daß dies nachteilige Auswirkungen auf die Funktion dieses Ventiles hat. Insbesondere lassen sich trotz der großen zugelassenen Toleranzen die Ventile einwand­ frei für eine Serienfertigung einsetzen.

Der Ventilkörper 15 kann auch einen radial abstehenden Flansch aufweisen, an dem der Justagering 20 anliegt. Er wird dann zwischen dem Verbindungsstück des Vorsteuerteiles und diesem Flansch, falls notwendig, plastisch verformt.

Anstelle des ringförmigen Justageteiles 20 ist es auch mög­ lich, an der Seitenwand 19 der Ringnut 16 und/oder der gegen­ überliegenden Wand des Vorsteuerteiles noppenartige Erhöhungen vorzusehen, die beim Zusammenschrauben plastisch verformt werden können. Eine oder beide der einander gegenüberliegenden Seitenwände von Magnet 1 und Kolbenventil 10 können auch mit einer umlaufenden Wulst versehen sein, die plastisch ver­ formt werden kann. In diesem Fall ist ein gesondertes Justage­ teil nicht erforderlich.

Das Justageteil 20 kann außer aus Metall je nach den vor­ handenen Einsatzfällen auch aus anderen geeigneten Materialien bestehen.

Je nachdem, wieviel Toleranz ausgeglichen werden muß, kann die Verformung entweder im elastischen oder im plastischen Bereich liegen.

Claims (9)

1. Kolbenventil mit wenigstens einem Kolben, der in ei­ nem Ventilkörper aus einer Ausgangslage axial ver­ schiebbar ist und mit dem der Öffnungsquerschnitt wenigstens einer Steuerbohrung im Ventilkörper ver­ änderbar ist, und mit mindestens einem Vorsteuer­ teil, das mit dem Kolbenventil verbunden ist und das wenigstens ein Schubteil aufweist, über das der Kol­ ben axial verschiebbar ist, wobei der Kolben in sei­ ner Ausgangslage die Steuerbohrung teilweise über­ deckt und der Überdeckungsgrad eintellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Überdeckungsgrades der Ventilkörper (15) relativ zum Vorsteuerteil (1) sowie zum Kolben (9) axial ver­ stellbar ist, und daß zwischen dem Ventilkörper (15) und dem Vorsteuerteil (1) mindestens ein elastisch und/oder plastisch verformbares Justageteil (20) liegt, das beim Verstellen des Ventilkörpers (15) relativ zum Vorsteuerteil (1) als Gegenkraft wirkt.

2. Kolbenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justageteil (20) ein Ring ist, der zwwischen dem Vorsteuerteil (1) und dem Ventilkörper (15) liegt.

3. Kolbenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) an seiner Außenseite eine Ringnut (16) aufweist, in der das Justageteil (20) liegt.

4. Kolbenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (16) eine Anlagefläche (19) aufweist, an der das Justageteil (20) anliegt.

5. Kolbenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (19) senkrecht zur Verformungsrichtung, vorzugsweise senkrecht zur Achse des Kolbenventils (10) liegt.

6. Kolbenventil nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerteil (1) mindestens ein Verbindungsstück (17) aufweist, das mindestens eine Anlagefläche (21) hat, die parallel zur Anlagefläche (19) der Ringnut (16) liegt und an der das Justageteil (20) anliegt.

7. Kolbenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Justageteil (20) aus metallischem Werkstoff besteht.

8. Kolbenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerteil (1) ein Magnet ist, dessen Anker (7) das Schubteil bil­ det und über einen Stößel (8) am Kolben (9) anliegt.

9. Kolbenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) an das Vorsteuerteil (1) geschraubt ist.