DE4205173A1

DE4205173A1 - Schieberventil

Info

Publication number: DE4205173A1
Application number: DE19924205173
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Beater
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1993-08-26
Also published as: JPH062773A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schieberventil mit einem in einer zylindrischen Ventilbohrung des Schieberventilgehäuses längs verschieblichen Kolbenschieber und mit mindestens zwei in der Ventilbohrung mündenden, in Längsrichtung der Ventilbohrung voneinander beabstandeten Kanälen zum Zu- und Abfluß von Druck mittel wobei zumindest der zuflußseitige Kanal im Bereich der Ventilbohrung an eine den Kolbenschieber umgebende Bohrungs erweiterung angeschlossen ist und wobei der Kolbenschieber an der Umfangsfläche mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, die in Betriebsstellung des Kolbenschiebers zum Anschluß an den zuflußseitigen Kanal vorgesehen und mit dem abflußseitigen Kanal durch mindestens einen im oder am Kolbenschieber an geordneten Längskanal verbunden ist.

Derartige Schieberventile sind in mannigfaltigen Ausführungen aus der Hydraulik bekannt und werden dort insbesondere als Wegeventile, beispielsweise als in Zwischenstellungen drosselnde Wegeventile eingesetzt. Durch Längsverschieben des Kolbenschiebers werden ein oder mehrere zuflußseitige Kanäle des Schieberventils mit einem oder mehreren abflußseitigen Kanälen verbunden. Dabei strömt Druckmittel durch den zuflußseitigen Kanal in die oft als Ringkanal ausgebildete Bohrungserweiterung, die im Mündungsbereich des zuflußseitigen Kanals zur Ventilbohrung angeordnet ist und den Kolbenschieber umgibt. Von dort fließt das Druckmittel beispielsweise durch als Radialbohrungen (Querkanäle) ausgeführte Ausnehmungen auf der Umfangsfläche des Kolbenschiebers in einen Längskanal, der z. B. im Innern des Kolbenschiebers angeordnet ist. Der Kolben schieber ist zu diesem Zweck oft hohlzylindrisch ausgeführt. Im Bereich des abflußseitigen Kanals ist der Kolbenschieber eben falls mit als Radialbohrungen (Querkanäle) ausgeführten Aus nehmungen versehen, durch die das Druckmedium den Kolben schieber wieder verläßt und in den abflußseitigen Kanal strömt. Bei anderen Schieberventilen sind am Kolbenschieber Durchmesser absätze und nutförmige Ausnehmungen gebildet, mit denen dieselbe Funktion erreicht wird. Die nutförmigen Ausnehmungen, die mit den Durchmesserabsätzen verbunden sind, entsprechen dabei den Radialbohrungen. Die Durchmesserabsätze entsprechen den Längskanälen.

In bestimmten Situationen, vor allem dann, wenn dem zufluß seitigen Kanal ein Krümmer vorgeschaltet ist und darüber hinaus größere Mengen an Druckmittel strömen, kommt es nun vor, daß der Kolbenschieber infolge von Strömungskräften, die aus einer asymmetrischen Strömung in der Bohrungserweiterung herrühren und die ein auf den Kolbenschieber einwirkendes Drehmoment erzeugen, in Rotation versetzt wird (Schaufelrad-Effekt), was einerseits zu Verschleiß führt und andererseits in einem erheblichen Druckabfall zwischen dem zuflußseitigen Kanal und dem abflußseitigen Kanal resultiert. Man hat bei bestimmten Ventilen in derartigen Betriebssituationen schon Drehzahlen bis zu 2200 Umdrehungen pro Minute gemessen. Hierbei kommt es nach einer gewissen Zeit unweigerlich zur Zerstörung des Schieberventils.

Um die Rotation des Kolbenschiebers zu verhindern, ist es möglich, mechanische Verdrehsicherungen in das Schieberventil einzubauen. Dies ist allerdings teuer, montagetechnisch aufwendig und mit Problemen behaftet. Insbesondere ist es dabei schwierig, eine zufriedenstellende Dauerfestigkeit der Verdreh sicherung zu erreichen, denn eine mechanische Verdrehsicherung ist mit Reibung behaftet und unterliegt daher dem Verschleiß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schieberventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache und preisgünstige Weise eine Rotation des Kolben schiebers verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrungserweiterung in dem der Einmündung des zuflußseitigen Kanals gegenüberliegenden Bereich verengt oder geschlossen ist. Dadurch wird eine nahezu symmetrische Strömung in der Bohrungs erweiterung erzwungen. Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, das auf den Kolbenschieber einwirkende Drehmoment durch Beeinflussen der Strömung zu Null zu machen oder zumindest stark zu reduzieren. Eine Rotation des Kolben schiebers und dadurch bedingte Ausfälle des Schieberventils werden somit verhindert. Darüber hinaus ist der Druckverlust über dem Schieberventil verringert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Bohrungserweiterung durch ein ein gesetztes Leitblech verengt oder geschlossen ist. Ein Leitblech ist einfach und preiswert herstellbar und läßt sich leicht nachträglich in Schieberventile der Gattung des Erfindungs gegenstands einbauen.

Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Schieberventilgehäuse gegegossen ist, ist es aber auch möglich, daß die Bohrungserweiterung durch ein an gegossenes Leitblech verengt oder geschlossen ist, wodurch die erfindungsgemäße rotationsverhindernde Maßnahme bereits von vornherein auf herstellungstechnisch vorteilhafte Weise im Schieberventil vorhanden ist.

Schließlich erweist sich auch eine Ausführung als günstig, bei der der Ringkanal durch einen radial eingebrachten Bolzen verengt oder geschlossen ist.

Darüber hinaus ist auch eine Ausführung vorteilhaft, bei der die Bohrungserweiterung aus zwei sich im Bereich des Kolben schiebers überschneidenden kreisförmigen Ausnehmungen besteht, deren Mittelachsen parallel zur Mittelachse des Kolbenschiebers sind, wobei der der Einmündung des zuflußseitigen Kanals gegen überliegende Schnittpunkt der Durchmesser der Ausnehmungen annähernd auf dem Außenumfang des Kolbenschiebers liegt. In diesem Fall erzwingt die besondere Form der Bohrungserweiterung die Symmetrie der Strömung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungs beispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1a einen Teil-Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schieberventil;

Fig. 1b eine Detailvariante aus Fig. 1a;

Fig. 1c eine weitere Detailvariante aus Fig. 1a;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Schieberventil des Standes der Technik im Bereich einer Bohrungserweiterung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schieberventil im Bereich einer Bohrungserweiterung;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Variante eines erfindungsgemäßen Schieberventils im Bereich einer Bohrungserweiterung;

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt entsprechend Fig. 1 durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schieberventils.

Das erfindungsgemäße Schieberventil weist ein Schieberventil gehäuse 1 mit einer Ventilbohrung 2 auf, in der ein Kolben schieber 3 längsbeweglich ist. Der Kolbenschieber 3 kann auf verschiedenste Art und Weise, beispielsweise hydraulisch betätigt werden. Eine mechanische Sicherung gegen Verdrehen des Kolbenschiebers 3 um seine Mittelachse ist nicht vorgesehen. Die Betätigungsvorrichtung ist in den Figuren nicht dar gestellt. Der Kolbenschieber 3 ist hohlzylindrisch ausgebildet und an seinen Enden jeweils mit einem Abschlußstopfen 4 versehen. Voneinander beabstandete, als Radialbohrungen ausgeführte Querkanäle 5 und 6 sind in die Wandung des Kolbenschiebers 3 eingebracht. Dabei sind jeweils mehrere Querkanäle 5 und mehrere Querkanäle 6 vorgesehen. Die Mündungen der Querkanäle 5 und 6 bilden auf der Umfangsfläche des Kolbenschiebers Ausnehmungen und stehen durch das hohl zylindrische Innere des Kolbenschiebers 3, das die Funktion eines Längskanals 7 übernimmt, miteinander in Verbindung.

In dem Schieberventilgehäuse 1 ist ein mit einer Druckmittel quelle verbundener Kanal 8 angeordnet, der an eine Bohrungs erweiterung in Form eines Ringkanals 9 angeschlossen ist, der die Ventilbohrung 2 umgibt. Der Kanal 8 mündet somit in der Ventilbohrung 2 des Schieberventilgehäuses 1. Parallel beabstandet zum Kanal 8 ist ein Kanal 10 im Schieberventil gehäuse angeordnet, der an eine Bohrungserweiterung in Form eines Ringkanals 11 angeschlossen ist, der ebenfalls die Ventilbohrung 2 umgibt. Der Kanal 10 ist an einen in den Figuren nicht dargestellten Verbraucher hydraulischer Energie angeschlossen. Schließlich ist parallel zu den beiden Kanälen 8 und 10 ein weiterer Kanal 12 beabstandet, der an eine Bohrungserweiterung in Form eines Ringkanals 13 angeschlossen ist, der die Ventilbohrung 2 umgibt. Der Kanal 12 mündet in einem Druckmittelbehälter.

In dem dem Kanal 8 gegenüberliegenden Bereich des Ringkanals 9 ist ein Leitblech 14 eingesetzt, das den Ringkanal 9 verschließt. In dem dem Kanal 10 gegenüberliegenden Bereich des Ringkanals 11 ist ein Leitblech 15 eingesetzt, das den Ringkanal 11 verschließt. Anstelle eines Leitbleches 14 bzw. 15, das den Ringkanal 9 bzw. 11 vollständig verschließt, kann auch ein solches verwendet werden, das den Ringkanal lediglich verengt. Neben der Möglichkeit, ein in den Ringkanal eingesetztes Leitblech vorzusehen, liegt es bei einem durch Gießen hergestellten Schieberventilgehäuse auch im Rahmen der Erfindung, wie in Fig. 1b gezeigt, eine gießtechnisch erzeugte Verengung oder einen Verschluß des Ringkanals vorzusehen. Es kann aber auch, wie in Fig. 1c gezeigt, ein Bolzen 16 in den Ringkanal eingebracht werden.

In der in Fig. 1a dargestellten Betriebsstellung des Schieberventils ist der Kolbenschieber 3 nach in der Figur links ausgelenkt. Der Kanal 8 und damit der Ringkanal 9 ist über die Querkanäle 5, den Längskanal 7 und die Querkanäle 6 mit dem Ringkanal 11 und infolgedessen mit dem Kanal 10 verbunden. Druckmittel fließt daher aus der Druckmittelquelle zum Verbraucher, was in der Figur durch Pfeile symbolisiert ist.

In der in der Figur nicht dargestellten Ruhestellung des Kolbenschiebers 3 ist beispielsweise der Ringkanal 11 und damit der Kanal 10 über die Querkanäle 5, den Längskanal 7 und die Querkanäle 6 mit dem Ringkanal 13 und folglich mit dem Kanal 12 verbunden. Druckmittel kann daher lediglich vom Verbraucher zum Druckmittelbehälter strömen. Es ist aber auch möglich, daß in der Ruhestellung des Kolbenschiebers sämtliche Kanäle abgesperrt sind.

Wenn dem Verbraucher von außen Energie zugeführt wird, was beispielsweise bei einem Hubzylinder eines Baggerauslegers der Fall ist, bei dem zumindest das Eigengewicht des Bagger auslegers auf den Hubzylinder einwirkt, so strömt Druckmittel vom Verbraucher zum Tank. Diese Situation ist in Fig. 2 dargestellt, die einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1a darstellt. Im Gegensatz zu Fig. 1a ist in Fig. 2 kein Leitblech 15 in den Ringkanal 11 eingesetzt. Das Schieberventil nach Fig. 2 stellt also ein Schieberventil des Standes der Technik dar. Insbesondere dann, wenn an den Kanal 10 ein Krümmer 17 angeschlossen ist, entsteht bei zufließendem Fluid eine ungleichmäßige Strömungsverteilung im Ringkanal 11. Dabei wirken die Ausnehmungen, die von den Mündungen der Querkanäle 5 auf der Umfangsfläche des Kolbenschiebers gebildet werden wie die Schaufeln eines Schaufelrades, auf die Strömungskräfte einwirken. Da die Strömungskräfte bedingt durch den Krümmer 17 asymmetrisch sind, erzeugt das in die Querbohrungen 5 einströmende Druckmedium ein Drehmoment am Kolbenschieber 3 und versetzt diesen in Drehung.

Die Rotation des Kolbenschiebers 3 wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß wie in Fig. 3 gezeigt, beispielsweise ein Leitblech 15 eine (nahezu) symmetrische Strömung im Ringkanal 11 erzwingt. Entscheidend ist dabei eine starke Verengung oder ein vollständiges Verschließen des Ringkanals 11 in dem dem Kanal 10 gegenüberliegenden Bereich des Ringkanals 11. Diese Notwendigkeit ist für alle Ringkanäle eines Schieberventiles erforderlich, an die jeweils ein Kanal angeschlossen ist, der in bestimmten Betriebssituationen als Kanal mit zufließendem Druckmittel vorgesehen ist. Da dem in Fig. 1a gezeigten, zum Druckmittelbehälter führenden Kanal 12 in keiner Betriebs situation Druckmittel in Richtung zum Schieberventil zufließt, braucht hier keine Verengung vorgesehen werden.

An Stelle eines Leitbleches oder einer gießtechnisch erzeugten Verengung im Ringkanal ist es auch möglich, wie in Fig. 4 gezeigt, der Bohrungserweiterung nicht die Form eines Ringkanals zu geben, sondern zweier sich im Bereich des Kolbenschiebers 3 überschneidender kreisförmiger Ausnehmungen 18 und 19, deren Mittelachsen parallel zur Mittelachse des Kolbenschiebers 3 sind. Dabei ergibt sich auf der der Einmündung des zuflußseitigen Kanals 10 gegenüberliegenden Seite außerhalb des Schnittbereiches der beiden Ausnehmungen 18 und 19, d. h. in der Figur unterhalb des Schnittpunktes S der Durchmesser der beiden Ausnehmungen 18 und 19, eine Verengung V, die eine symmetrische Strömung erzwingt. Der Schnittpunkt S liegt dabei annähernd auf dem Außenumfang des Kolbenschiebers 3. Es kann aber auch ein Spalt zwischen dem Kolbenschieber 3 und der Verengung V vorgesehen werden.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung des Schieberventils mit einem vollzylindrischen Kolbenschieber 3a, der statt Quer kanälen in Form von Radialbohrungen nutförmige Ausnehmungen 5a bzw. 6a aufweist, wobei axial zwischen den Ausnehmungen 5a und 6a der Durchmesser des Kolbenschiebers 3a verringert und somit ein die Ausnehmungen 5a und 6a miteinander verbindender Längs kanal 7a gebildet ist. Die Funktion des Kolbenschiebers 3a entspricht der des Kolbenschiebers 3. Auch hier verhindert die erfindungsgemäße Verengung der Bohrungserweiterung die Rotation des Kolbenschiebers 3a.

Claims

1. Schieberventil mit einem in einer zylindrischen Ventil bohrung des Schieberventilgehäuses längsverschieblichen Kolbenschieber und mit mindestens zwei in der Ventil bohrung mündenden, in Längsrichtung der Ventilbohrung voneinander beabstandeten Kanälen zum Zu- und Abfluß von Druckmittel, wobei zumindest der zuflußseitige Kanal im Bereich der Ventilbohrung an eine diese umgebende Bohrungs erweiterung angeschlossen ist und wobei der Kolbenschieber an der Umfangsfläche mit mindestens einer Ausnehmung ver sehen ist, die in Betriebsstellung des Kolbenschiebers zum Anschluß an den zuflußseitigen Kanal vorgesehen und mit dem abflußseitigen Kanal durch mindestens einen in oder am Kolbenschieber angeordneten Längskanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungserweiterung (9, 11, 18, 19) in dem der Einmündung des zuflußseitigen Kanals (8, 10) gegenüberliegenden Bereich verengt oder geschlossen ist.

2. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungserweiterung (9, 11) durch ein eingesetztes Leitblech (14, 15) verengt oder geschlossen ist.

3. Schieberventil nach Anspruch 1, wobei das Schieberventil gehäuse gegossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungserweiterung (9, 11) durch ein angegossenes Leitblech verengt oder geschlossen ist.

4. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungserweiterung (9, 11) durch einen radial eingebrachten Bolzen (16) verengt oder geschlossen ist.

5. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungserweiterung aus zwei sich im Bereich des Kolbenschiebers überschneidenden kreisförmigen Ausnehmungen (18, 19) besteht, deren Mittelachsen parallel zur Mittelachse des Kolbenschiebers (3, 3a) sind, wobei der der Einmündung des zuflußseitigen Kanals gegenüberliegende Schnittpunkt (S) der Durchmesser der Ausnehmungen (18, 19) annähernd auf dem Außenumfang des Kolbenschiebers (3, 3a) liegt.