DE4129774A1 - Druckausgeglichenes schaltventil - Google Patents
Druckausgeglichenes schaltventilInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein druckausgeglichenes
Schaltventil für insbesondere hydraulische Druckmedien, mit
mindestens einer in einer Verbindung zwischen zwei Druckan
schlüssen angeordneten, aus einem Ventilsitz und einem mit
diesem zusammenwirkenden Ventilkegel bestehenden Ventilan
ordnung, wobei der Ventilkegel zwischen einer federkraft
bedingten, an dem Ventilsitz liegenden Schließlage und
einer gegen die Federkraft von dem Ventilsitz abgehobenen
Öffnungslage in einer axialen Richtung beweglich geführt
und hierzu mit einem axialen Betätigungsstößel verbunden
sowie zusammen mit diesem durch Bildung und größenmäßige
Abstimmung von in Bewegungsrichtung jeweils gegenüberlie
genden, druckbeaufschlagten Flächen druckausgeglichen ist,
und wobei auf den Betätigungsstößel ein Antriebselement
wirkt.
Derartige Schaltventile werden bevorzugt überall dort ein
gesetzt, wo ein insbesondere hydraulisches Druckmedium
einer Druckeinrichtung, z. B. einem Druckzylinder, dosiert
zugeführt oder dosiert abgelassen werden soll. Bei dieser
Anwendung können wechselnde "Druck-Polaritäten" an den An
schlüssen auftreten, so daß auch die Ventilanordnung in
beiden Druckrichtungen sicher abdichten muß, ohne daß es
hierbei zu druckbedingten Ventilbetätigungen kommt. Aus
diesem Grund sind bei derartigen Schaltventilen der Ventil
kegel und der mit diesem verbundene Betätigungsstößel durch
Abstimmung der druckbeaufschlagten Flächen derart druckaus
geglichen, daß im wesentlichen keine druckbedingten Kräfte
in axialer Bewegungsrichtung entstehen.
Bei einem bekannten, gattungsgemäßen Schaltventil wirkt ein
als Druckstift ausgebildetes Antriebselement auf den Betä
tigungsstößel. Der Druckstift ist umfänglich abgedichtet
durch eine Gehäuseöffnung in das Ventil hinein geführt. Aus
diesem Grund wird nun aber der Druckstift stets stirnseitig
von dem innerhalb des Ventils auf der Seite des Betäti
gungsstößels herrschenden Druck beaufschlagt. Bei hohen
Drücken von in Hydrauliksystemen bis zu 500 bar entsteht
hierdurch eine gegen die Betätigungsrichtung auf den
Druckstift wirkende Kraft, die zur Betätigung des Ventils
zusätzlich überwunden werden muß. Da das bekannte Ventil
mit Druckluft von nur ca. 5 bar betätigt wird, ist hier
durch ein den Druckstift beaufschlagender Druckluftkolben
mit sehr großem Querschnitt erforderlich, was zu einer
großen Baugröße des Ventils führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun
de, ein gattungsgemäßes Schaltventil zu schaffen, welches
bei kompakter Bauform mit sehr geringen Betätigungskräften
geschaltet werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das An
triebselement unabhängig von dem mit dem Ventilkegel ver
bundenen Betätigungsstößel druckausgeglichen ist. Durch
diese erfindungsgemäße Maßnahme, das Antriebselement für
sich ebenfalls druckausgeglichen auszuführen, wird vor
teilhafterweise vermieden, daß durch den innerhalb des
Ventils herrschenden, insbesondere hydraulischen Druck eine
in axialer Richtung auf das Antriebselement wirkende
Kraftkomponente entsteht. Das Ventil läßt sich hierdurch
mit äußerst geringen Kräften schalten; zum Öffnen braucht
im wesentlichen nur noch die den Ventilkegel beaufschlagen
de Federkraft überwunden zu werden. Hierdurch reicht vor
teilhafterweise eine hinsichtlich ihrer Baugröße kompakte,
das Antriebselement beaufschlagende Antriebsvorrichtung,
wie z. B. eine Druckluft-Kolbenzylindereinheit, ein Elektro
magnet oder dergleichen, ohne weiteres aus.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in
den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung ent
halten.
Anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispielen soll die Erfindung im folgenden näher erläutert
werden. Dabei zeigen
Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltventils und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Schaltventils in
einem zu Fig. 1 analogen Axialschnitt.
In den beiden Zeichnungsfiguren sind gleiche bzw. gleich
wirkende Teile und Komponenten stets mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet und daher in der Regel jeweils nur
einmal beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Schaltventil 1 besteht aus einem
Ventilgehäuse 2 mit einem ersten Druckanschluß 4 und einem
zweiten Druckanschluß 6. Der erste Druckanschluß 4 mündet
in eine erste Gehäusekammer 8 und der zweite Druckanschluß
6 in eine zweite Gehäusekammer 10. Zwischen den beiden
Gehäusekammern 8 und 10 ist eine Ventilanordnung 12 mit
einem gehäuseseitigen Ventilsitz 14 und einem beweglich
geführten Ventilkegel 16 angeordnet. Der Ventilkegel 16
ist dabei derart ausgerichtet, daß seine Konusfläche der
zweiten Gehäusekammer 10 zugekehrt ist. Innerhalb der
ersten Gehäusekammer 8 ist eine beispielsweise als Schrau
benfeder ausgebildete Druckfeder 18 unter Vorspannung zwi
schen dem Gehäuse 2 und dem Ventilkegel 16 angeordnet, so
daß die Druckfeder 18 den Ventilkegel 16 mit einer in
Schließrichtung wirkenden Federkraft (elastische Schließ
kraft) beaufschlagt. Der Ventilsitz 14 ist bevorzugt von
einem Ringeinsatz aus elastischem Material gebildet, der
eine kreisförmige Dichtkante derart aufweist, daß in der
Schließlage die Berührung zwischen dem Ventilkegel 16 und
dem Ventilsitz 14 zumindest annähernd kreislinienförmig
ist, d. h. es soll eine möglichst schmale, ringförmige
Dichtfläche gebildet werden. Der Ventilkegel 16 ist ein
stückig mit einem Betätigungsstößel 20 verbunden, der sich
derart axial durch die zweite Gehäusekammer 10 erstreckt,
daß letztere den Betätigungsstößel 20 mit ringförmigem
Querschnitt umschließt. Auf seiner dem Ventilkegel 16
abgekehrten Seite besitzt der Betätigungsstößel 20 einen
Kolbenabschnitt 22, der umfänglich abgedichtet in einem
Bohrungsabschnitt 24 geführt ist und die zweite Gehäusekam
mer 10 von einer Druckausgleichskammer 26 abteilt. Dabei
besitzen der Kolbenabschnitt 22 und der diesen aufnehmende
Bohrungsabschnitt 24 zumindest annähernd den gleichen
Durchmesser A wie die ringförmige Dichtkante des Ventil
sitzes 14, und die erste Gehäusekammer 8 ist mit der Druck
ausgleichskammer 26 vorzugsweise über einen axial durch den
Ventilkegel 16, den Betätigungsstößel 20 sowie den Kolben
abschnitt 22 verlaufenden Kanal 28 druckmäßig verbunden.
Durch diese Ausgestaltung ist die aus dem Ventilkegel 16
und dem Betätigungsstößel 20 einschließlich des Kolbenab
schnittes 22 bestehende Einheit derart druckausgeglichen,
daß durch eine Druckbeaufschlagung im wesentlichen keine in
axialer Bewegungsrichtung wirkende Kraft entstehen kann, da
jeweils in axialer Richtung paarweise einander gegenüber
liegende Druckflächen gebildet sind, die je Paar aufgrund
der Abstimmung des Durchmessers A jeweils gleich groß sind.
Hierdurch kompensieren sich alle in axialer Richtung durch
Druckbeaufschlagung entstehenden Kräfte, so daß die resul
tierende Kraft zumindest annähernd gleich Null ist.
Zur Betätigung des Schaltventils 1 bzw. der Ventilanordnung
12 wirkt auf den Betätigungsstößel 20 bzw. auf dessen Kol
benabschnitt 22 ein Antriebselement 30, welches nun erfin
dungsgemäß unabhängig von der "Ventilkegel-Betätigungs
stößel-Einheit" ebenfalls für sich gesondert druckausge
glichen ist.
In Fig. 1 ist hierfür eine erste Ausführungsform darge
stellt. Hierbei ist das Antriebselement 30 als mehrstufi
ger, druckausgeglichener Stößelkolben 32 ausgebildet.
Dieser Stößelkolben 32 besteht aus drei Kolbenstufen 34, 36
und 38, wobei die erste Kolbenstufe 34 vorzugsweise in dem
gleichen Bohrungsabschnitt 24 umfänglich abgedichtet ge
führt ist, wie der Kolbenabschnitt 22 des Betätigungsstö
ßels 20. Die erste Kolbenstufe 34 wirkt mechanisch gegen
den Betätigungsstößel 20 bzw. dessen Kolbenabschnitt 22,
und zwar vorzugsweise über einen im Querschnitt reduzier
ten Zapfenansatz 40. Die erste Kolbenstufe 34 geht in die
im Durchmesser vergrößerte, mittlere Kolbenstufe 36 über,
die umfänglich abgedichtet in einem entsprechend im Durch
messer erweiterten, mittleren Bohrungsabschnitt 42 geführt
ist. An die mittlere Kolbenstufe 36 schließt sich dann die
dritte Kolbenstufe 38 an, die über eine Ringstufenfläche 44
im Durchmesser wieder verringert und in einem entsprechen
den dritten Bohrungsabschnitt 46 umfänglich abgedichtet ge
führt ist, wobei dieser dritte Bohrungsabschnitt 46 gegen
über dem mittleren Bohrungsabschnitt 42 über eine Boh
rungsstufe 48 entsprechend der dritten Kolbenstufe 38 im
Durchmesser reduziert ist. Zwischen der Ringstufenfläche
44 der mittleren Kolbenstufe 36 und der Bohrungsstufe 48
ist eine zweite Druckausgleichskammer 50 gebildet, die er
findungsgemäß mit der ersten Druckausgleichskammer 26
druckmäßig verbunden ist, und zwar vorzugsweise über einen
axial durch den Stößelkolben 32 verlaufenden Kanal 52, der
über radiale Öffnungen 54 in die zweite Druckausgleichskam
mer 50 mündet. Der Kanal 52 mündet in die erste Druckaus
gleichskammer 26 einerseits über eine axiale Mündungsöff
nung sowie vorzugsweise zusätzlich über radiale Öffnungen
56 im Bereich des Zapfenansatzes 40. Erfindungsgemäß ist
hierbei nun eine der ersten Druckausgleichskammer 26 zuge
kehrte, von dem Durchmesser A bestimmte Druckfläche zumin
dest annähernd gleich groß ausgebildet wie die von ihrem
Radius B bestimmte Ringstufenfläche 44 der mittleren Kol
benstufe 36. Hierdurch kompensieren sich die durch Druck
beaufschlagung entstehenden, entgegengesetzten Kräfte
(Druckausgleich).
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die der
mittleren Kolbenstufe 36 abgekehrte Seite der dritten Kol
benstufe 38 im wesentlichen drucklos, d. h. nur mit atmo
sphärischem Druck beaufschlagt sein. Vorzugsweise ist hier
eine Gehäusekammer 58 gebildet, in die eine axiale Öffnung
60 des Ventilgehäuses 2 mündet. Durch diese Öffnung 60
kann ein beliebiges Betätigungsorgan (nicht dargestellt)
geführt werden, welches dann mechanisch auf das Antrieb
selement 30 wirkt. Mit diesem Betätigungsorgan braucht
vorteilhafterweise nur noch eine sehr geringe Betätigungs
kraft erzeugt zu werden; im wesentlichen braucht nur noch
die Federkraft der Druckfeder 18 überwunden zu werden.
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß auf der
der zweiten Druckausgleichskammer 50 abgekehrten Seite der
mittleren Kolbenstufe 36 innerhalb des mittleren Bohrungs
abschnittes 42 ein Ringraum 62 gebildet ist, der ebenso wie
die Gehäusekammer 58 im wesentlichen drucklos ist, d. h. auf
Atmosphärendruck liegt.
In Fig. 2 ist eine weitere, besonders vorteilhafte Ausfüh
rungsform des erfindungsgemäßen Schaltventils 1 darge
stellt. Hierbei besteht das Antriebselement 30 aus einem
gegen den Betätigungsstößel 20 bzw. dessen Kolbenabschnitt
22 wirkenden, stiftförmigen Druckteil 66 und einem mit
diesem verbundenen Anker 68 eines Elektromagneten 70. Bei
dieser Ausführungsform wird das Ventil 1 folglich elektro
magnetisch betätigt. Dabei sind der Anker 68 und das
Druckteil 66 erfindungsgemäß in einem gemeinsamen, zum Teil
von einem Ankerraum 72 des Elektromagneten 70 gebildeten,
nach außen, d. h. gegen die Atmosphäre, abgedichteten Druck
raum 74 angeordnet. Der übrigen Teil dieses Druckraums 74
wird von dem sich an den Betätigungsstößel 20 anschließen
den Bereich des Bohrungsabschnittes 24 gebildet. Bei dieser
Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, daß unabhängig
von der Raumform der aus Anker 68 und Druckteil 66 beste
henden Einheit stets ein praktisch "automatischer" Druck
ausgleich erreicht wird, da ja der Druck innerhalb des
Druckraums 74 überall gleich groß ist. Da auch die einan
der gegenüberliegenden, druckbeaufschlagten Flächen von
Anker und Druckteil gleich groß sind, kompensieren sich
auch hier alle in axialer Richtung entstehenden Kräfte
derart, daß keine in einer der beiden Bewegungsrichtungen
wirkende Kraftkomponente entsteht. Zudem ist hier vorteil
hafterweise auch keine besondere Abdichtung von sich
bewegenden Teilen nach außen, d. h. gegen die Atmosphäre,
erforderlich.
Vorzugsweise besitzt das stiftförmige Druckteil 66 auf
seiner dem Betätigungsstößel 20 zugekehrten Seite im Mün
dungsbereich des Kanals 28 eine axiale Vertiefung 76, die
über radiale Öffnungen 78 nach außen in den Druckraum 74
mündet. Hierbei ist zu bemerken, daß dieser Teil des
Druckraums 74 mit der oben erwähnten, ersten Druckaus
gleichskammer 26 identisch ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und be
schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt
auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausfüh
rungsformen.
Claims (13)
1. Druckausgeglichenes Schaltventil für insbesondere
hydraulische Druckmedien, mit mindestens einer in
einer Verbindung zwischen zwei Druckanschlüssen an
geordneten, aus einem Ventilsitz und einem mit diesem
zusammenwirkenden Ventilkegel bestehenden Ventilanord
nung, wobei der Ventilkegel zwischen einer federkraft
bedingten, an dem Ventilsitz liegenden Schließlage und
einer gegen die Federkraft von dem Ventilsitz abgeho
benen Öffnungslage in einer axialen Richtung beweglich
geführt und hierzu mit einem axialen Betätigungsstößel
verbunden sowie zusammen mit diesem durch Bildung und
größenmäßige Abstimmung von in Bewegungsrichtung je
weils gegenüberliegenden, druckbeaufschlagten Flächen
druckausgeglichen ist, und wobei auf den Betätigungs
stößel ein Antriebselement wirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Antriebselement (30) unabhängig von dem mit dem Ven
tilkegel (30) verbundenen Betätigungsstößel (20)
druckausgeglichen ist.
2. Schaltventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Antriebselement (30) als mehrstufiger, druckausge
glichener Stößelkolben (32) ausgebildet ist.
3. Schaltventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Stößelkolben (32) eine erste, auf der dem Betätigungs
stößel (20) zugekehrten Seite angeordnete Druckaus
gleichskammer (26) von einer zweiten Druckausgleichs
kammer (50) trennt, wobei der Stößelkolben (32) auf
der Seite der ersten Druckausgleichskammer (26) eine
in Bewegungsrichtung druckbeaufschlagte, erste Druck
fläche aufweist, die zumindest annähernd gleich einer
auf der Seite der zweiten Druckausgleichskammer (50)
in entgegengesetzter Bewegungsrichtung druckbeauf
schlagten, zweiten Druckfläche ist, und wobei die
erste Druckausgleichskammer (26) und die zweite Druck
ausgleichskammer (50) druckmäßig miteinander verbunden
sind.
4. Schaltventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Druckausgleichskammer (26) mit der zweiten
Druckausgleichskammer (50) über mindestens einen durch
den Stößelkolben (32) verlaufenden Kanal (52) verbun
den ist.
5. Schaltventil nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Stößelkolben (32) auf seiner dem Betätigungsstößel
(20) abgekehrten Seite eine die zweite Druckaus
gleichskammer (50) nach außen gegen die Atmosphäre
abdichtende Kolbenstufe (38) aufweist.
6. Schaltventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
erste, der ersten Druckausgleichskammer (26) zugekehr
te Kolbenstufe (34) des Stößelkolbens (32) in einem
ersten Bohrungsabschnitt (24) umfänglich abdichtet
geführt ist, hier gegen den Betätigungsstößel (20)
wirkt und die erste Druckfläche aufweist, daß eine
gegenüber der ersten Kolbenstufe (34) im Durchmesser
erweiterte, mittlere Kolbenstufe (36) umfänglich abge
dichtet in einem entsprechend erweiterten, mittleren
Bohrungsabschnitt (42) geführt ist, und daß die die
zweite Druckausgleichskammer (50) nach außen abdicht
ende Kolbenstufe (38) als der ersten Kolbenstufe (34)
abgekehrte, gegenüber der mittleren Kolbenstufe (36)
über eine Ringstufenfläche (44) im Durchmesser redu
zierte, dritte Kolbenstufe (38) ausgebildet und in
einer gegenüber dem mittleren Bohrungsabschnitt (42)
über eine Bohrungsstufe (48) entsprechend durchmesser
reduzierten, dritten Bohrungsabschnitt (46) umfänglich
abgedichtet geführt ist.
7. Schaltventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Druckausgleichskammer (50) zwischen der die
zweite Druckfläche bildenden Ringstufenfläche (44) der
mittleren Kolbenstufe (36) und der gegenüberliegenden
Bohrungsstufe (48) mit ringförmigem Querschnitt gebil
det ist.
8. Schaltventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß auf
der der mittleren Kolbenstufe (36) abgekehrten Seite
der dritten Kolbenstufe (38) eine Gehäusekammer (58)
gebildet ist, in die eine axiale Öffnung (60) für ein
beliebiges, mechanisch auf das Antriebselement (30)
wirkendes Betätigungsorgan mündet.
9. Schaltventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß auf
der der zweiten Druckausgleichskammer (50) abgekehrten
Seite der mittleren Kolbenstufe (36) ein im wesentli
chen druckloser Ringraum (62) gebildet ist.
10. Schaltventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Antriebselement (30) aus einem gegen den Betätigungs
stößel (20) wirkenden Druckteil (66) und einem mit
diesem verbundenen Anker (68) eines Elektromagneten
(70) besteht, wobei der Anker (68) und das Druckteil
(66) in einem gemeinsamen, zum Teil von einem Anker
raum (72) des Elektromagneten (70) gebildeten Druck
raum (74) angeordnet sind.
11. Schaltventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Druckanschluß (4) in eine erste Gehäusekammer
(8) mündet, in der eine den Ventilkegel (16) in
Schließrichtung mit der Federkraft beaufschlagende
Druckfeder (18) angeordnet ist, daß der zweite Druck
anschluß (6) in eine auf der der ersten Gehäusekammer
(8) abgekehrten Seite der Ventilanordnung (12) liegen
de, den Betätigungsstößel (20) ringförmig umschließen
de, zweite Gehäusekammer (10) mündet, und daß der
Betätigungsstößel (20) an seinem dem Ventilkegel (16)
abgekehrten Ende einen umfänglich abgedichtet in einem
Bohrungsabschnitt (24) geführten, die zweite Gehäuse
kammer (10) von der ersten Druckausgleichskammer (26)
trennenden Kolbenabschnitt (22) aufweist.
12. Schaltventil nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Gehäusekammer (8) mit der ersten Druckaus
gleichskammer (26) druckmäßig verbunden ist, und zwar
insbesondere über mindestens einen durch den Ventilke
gel (16) und den Betätigungsstößel (20) verlaufenden
Kanal (28).
13. Schaltventil nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
jeweils in der Schließlage und/oder der Öffnungslage
einander gegenüberliegenden, in axialer Richtung mit
Druck beaufschlagten, der ersten Gehäusekammer (8),
der zweiten Gehäusekammer (10) bzw. der ersten Druck
ausgleichskammer (26) zugekehrten Flächen des Ventil
kegels (16) und des Betätigungsstößels (20) jeweils
derart bemessen sind, daß sich alle durch Druckbeauf
schlagung dieser Flächen entstehenden, axialen Kräfte
gegenseitig zumindest annähernd kompensieren.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914129774 DE4129774A1 (de) | 1991-09-07 | 1991-09-07 | Druckausgeglichenes schaltventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914129774 DE4129774A1 (de) | 1991-09-07 | 1991-09-07 | Druckausgeglichenes schaltventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4129774A1 true DE4129774A1 (de) | 1993-03-11 |
Family
ID=6440092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914129774 Withdrawn DE4129774A1 (de) | 1991-09-07 | 1991-09-07 | Druckausgeglichenes schaltventil |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4129774A1 (de) |
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- 1991-09-07 DE DE19914129774 patent/DE4129774A1/de not_active Withdrawn
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HEMSCHEIDT FAHRWERKTECHNIK GMBH & CO, 42109 WUPPER |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |