DE4240838C2 - Zwei-Wege-Einbauventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Zwei-Wege-Einbauventil, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist. Solche Zwei-Wege-Einbauventile sind auch unter dem Namen "Logikelement" oder "Cartridge" bekannt.

Zu einem solchen Zwei-Wege-Einbauventil gehört ein Einbausatz mit einer Ventilbüchse und einem Steuerkolben, zu denen noch eine Schließfeder hinzukommen kann. Die Ventilbüchse ist in eine Aufnahmebohrung eines Gehäuses einsetzbar, das z. B. durch einen Steuerblock gebildet wird. Sie besitzt zum Durchtritt des Haupt­ stroms eines Fluids an einer Vorderseite eine Axialöffnung und im Abstand zu der Vorderseite eine Radialöffnung und zwischen den beiden Öffnungen einen Dichtsitz. Der Steuerkolben ist axial beweglich in einer Führungsbohrung der Ventilbüchse geführt. An ihm kann man drei für die Funktion wichtige Flächen unterschei­ den.

Bei zum Stand der Technik gehörenden Zwei-Wege-Einbauventilen, wie sie z. B. aus dem Buch "Der Hydraulik-Trainer", Band 4, 1989 von der Mannesmann Rexroth GmbH herausgegeben, oder aus der DE 35 14 619 A1 bekannt sind, ist die erste Fläche die Fläche, die bei geschlossenem Ventil vom Dichtsitz eingeschlossen wird und von dem in der Axialöffnung der Ventilbüchse anstehende Druck beaufschlagbar ist. Die zweite Fläche ist eine Ringfläche an der Radialöffnung, deren Größe üblicherweise 7% bis 50% der Größe der ersten Fläche ausmacht. Bei geschlossenem Ventil wird sie von einem Druck beaufschlagt, der in der Radialöffnung herrscht. Ist das Ventil offen, so können die beiden bis jetzt erwähnten Flächen als eine einzige Wirkfläche betrachtet werden, deren Größe dem Querschnitt der Führungsbohrung in der Ventilbüchse entspricht und die dem Druck im Hauptstrom des Fluids zwischen den beiden Öffnungen ausgesetzt sind. Die dritte Fläche ist eine Steuerfläche an der Rückseite des Steuerkolbens, deren Größe bei den bekannten Ventilen ebenfalls dem Querschnitt der Führungs­ bohrung entspricht.

Bei bekannten Zwei-Wege-Einbauventilen muß beim Schließen und Öffnen des Ventils, also bei einer Verschiebung des Steuerkol­ bens, in den Steuerraum, an den die Steuerfläche angrenzt, eine Steuerölmenge zufließen bzw. aus dem Steuerraum verdrängt wer­ den, deren Volumen sich aus dem Produkt der Querschnittsfläche der Führungsbohrung und dem Weg des Steuerkolbens ergibt. Dieses Steuervolumen ist relativ groß, so daß auch die zufließende und abfließende Steuerölmenge groß ist. Kurze Schaltzeiten, die ins­ besondere beim Schließen des Ventils sehr oft gefordert werden, sind auf diese Weise nur schwer zu erreichen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Zwei-Wege- Einbauventil zu schaffen, mit dem bei einer kostengünstigen Her­ stellung kurze Schaltzeiten erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Zwei-Wege-Einbauven­ til mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 nach dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruches dadurch gelöst, daß die Steuerfläche und die Wirkfläche kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung in der Ventilbüchse sind. Durch die Verkleinerung der Steuerfläche wird auch das Produkt aus der Steuerfläche und dem Hub des Steuerkolbens kleiner, so daß wäh­ rend eines Schaltvorgangs wenig Steueröl in den Steuerraum hin­ einfließen oder aus dem Steuerraum herausfließen muß. Dadurch können kurze Schaltzeiten erreicht werden. Wenn hier die Größe einer Steuerfläche oder eine Wirkfläche angesprochen wird, so ist die effektive Fläche gemeint, die letztendlich in die Größe einer in Schließrichtung oder Öffnungsrichtung auf den Steuer­ kolben wirkenden Kraft eingeht. Die Größe der geometrischen Flä­ chen am Steuerkolben können sich von den wirksamen Flächen un­ terscheiden, soweit die geometrischen Flächen teilweise druck­ ausgeglichen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Zwei-Wege- Einbauventils kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Gemäß Anspruch 2 werden die Steuerfläche und die Wirkfläche be­ vorzugt dadurch kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung in der Ventilbüchse gemacht, daß ein Trennkörper vorhanden ist, der den Steuerkolben in einem Abschnitt mit einem gegenüber dem Durchmesser der Führungsbohrung kleineren Durchmesser umgibt oder in eine axiale Bohrung des Steuerkolbens eintaucht und der einen ersten und einen zweiten Druckraum gegeneinander abschot­ tet. Der erste Druckraum ist der Steuerfläche am Steuerkolben zugeordnet und identisch mit dem schon erwähnten Steuerraum. Der zweite Druckraum ist mit dem Druck im Hauptstrom beaufschlagbar. Gegen die von dem Druck im zweiten Druckraum erzeugte, rückwärts gerichtete Kraft auf den Trennkörper ist dieser gehäusefest ab­ stützbar. Bei einer solchen Konstruktion ist die Steuerfläche nur noch so groß wie der Querschnitt des Steuerkolbens in dem Bereich, in dem er vom Trennkörper umgeben ist oder in dem der Trennkörper in ihn eintaucht. Die Steuerfläche ist also um den Querschnitt des Trennkörpers kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung. Aufgrund des Druckes im zweiten Druckraum ist die Fläche am Steuerkolben, die bei bekannten Zwei-Wege-Einbau­ ventilen in die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft eingeht, teilweise, nämlich im Maß des Querschnitts des Trennkörpers, druckausgeglichen, so daß die Wirkfläche bei einem erfindungsge­ mäßen Zwei-Wege-Einbauventil kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung ist.

Bevorzugt befindet sich gemäß Anspruch 3 der zweite Druckraum näher an der Vorderseite der Ventilbüchse als der erste Druck­ raum. Der für den Zufluß und den Abfluß von Steueröl notwendige Kanal sowie die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum und dem Hauptstrom lassen sich dann leichter schaffen als bei einer umgekehrten Anordnung.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Konstruktion ist es, wenn gemäß Anspruch 4 der Trennkörper durch eine direkte, durch den Steuerkolben führende Verbindung mit dem Druck im Hauptstrom beaufschlagbar ist. Ein Kanal durch das Gehäuse und durch einen auf das Gehäuse aufgesetzten Steuerdeckel oder durch die Ventil­ büchse wird dann vermieden. Zu der Verbindung gehört bevorzugt eine Bohrung im Steuerkolben, die bei auf den Dichtsitz aufsit­ zenden Steuerkolben zur Axialöffnung der Ventilbüchse hin offen ist. Die Verbindung ist dann besonders leicht herzustellen. Au­ ßerdem steht im zweiten Druckraum dann beim Schließen des Ven­ tils der an der Axialöffnung der Ventilbüchse herrschende Druck an. Da die Axialöffnung üblicherweise mit dem Druckanschluß ei­ ner Hydropumpe verbunden ist, steigt dort während des Schließens der Druck an, was auch im zweiten Druckraum zu einem Druckan­ stieg führt und zu einem schnellen Schließen des Ventils bei­ trägt.

Gemäß Anspruch 7 kann der Steuerkolben ein Stufenkolben sein, der eine rückwärts gerichtete Außenschulter und eine axial davon beabstandete rückwärts gerichtete Scheibenfläche besitzt. Gemäß Anspruch 8 befindet sich nun der erste Druckraum hinter der Scheibenfläche und der zweite Druckraum hinter der Außenschul­ ter. Damit wird erreicht, daß sich der zweite Druckraum näher an der Vorderseite der Ventilbüchse befindet als der erste Druck­ raum. Wie der zweite Druckraum vorteilhafterweise mit der Axial­ öffnung der Ventilbüchse verbunden werden kann, ist in den An­ sprüchen 9 und 10 angegeben. Durch die zentrisch und axial ver­ laufende Bohrung kann dabei vermieden werden, daß eine lange dünne Bohrung gebohrt werden muß. Die wenigstens eine weitere Bohrung, die von der zentrisch und axial verlaufenden Bohrung ausgeht, braucht nur kurz zu sein. Durch die zentrisch und axial verlaufende Bohrung, die einen relativ großen Durchmesser haben kann, weil sie sich in dem Abschnitt des stufigen Steuerkolbens befindet, der den größeren Außendurchmesser hat, wird außerdem Gewicht des Steuerkolbens eingespart. Auch das ist günstig für kurze Schaltzeiten.

Gemäß Anspruch 11 kann sich der erste Druckraum auch hinter der Außenschulter und der zweite Druckraum hinter der Scheibenfläche befinden.

Wie schon angedeutet, kann der Trennkörper auch von hinten in eine Axialbohrung des Steuerkolbens eintauchen, der somit ein Hohlkolben ist und eine den Trennkörper umgebende, rückwärts ge­ richtete Fläche besitzt. Ein Druckraum, vorzugsweise der erste Druckraum befindet sich hinter der Ringfläche und der andere Druckraum vor dem Trennkörper. Daß sich der zweite Druckraum vor den Trennkörper befindet, erscheint hier noch günstiger als bei einem stufigen Steuerkolben, da es problematisch sein kann, die Axialöffnung der Ventilbüchse mit dem Druckraum hinter der Ring­ fläche zu verbinden.

Die Axialbohrung im Steuerkolben ist in der bevorzugten Ausfüh­ rung nach Anspruch 16 eine Stufenbohrung, in deren Abschnitt mit dem größeren Durchmesser der Trennkörper eintaucht und deren Ab­ schnitt mit dem kleineren Durchmesser zur Axialöffnung der Ven­ tilbüchse hin offen ist. Dadurch besitzt der Steuerkolben eine der Axialöffnung der Ventilbüchse zugekehrte Stirnwand, in der sich nur der eine Abschnitt der Axialbohrung befindet und durch die deshalb der Steuerkolben im vorderen Bereich, in dem er mit dem Dichtsitz zusammenwirkt, besonders stabil gemacht ist. Eine ausreichende Stabilität für die meisten Anwendungen erhält man jedoch auch schon dann, wenn die Axialbohrung gemäß Anspruch 17 mit überall gleichem Durchmesser durch den ganzen Steuerkolben hindurchgeht. Eine solche Bohrung läßt sich auf besonders einfa­ che Weise bohren und feinbearbeiten.

Der Trennkörper kann gemäß Anspruch 18 ein separates Teil sein, das mit einem Außenflansch zwischen der Ventilbüchse bzw. dem Gehäuse und einem am Gehäuse befestigten Steuerdeckel gehalten ist. Mit dem Trennkörper kann dann ein Druckraum im Steuerdeckel abgedeckt werden, der im Querschnitt größer als der Steuerkolben ist. Zudem kann man dann erreichen, daß der Trennkörper nur durch die Ventilbüchse und/oder den Steuerkolben zentriert wird. Man muß dazu etwas Spiel zwischen dem Trennkörper und dem Steu­ erdeckel zulassen. Eine eventuelle Verwindung des Steuerdeckels beim Anschrauben wirkt sich nicht auf die Position des Trennkör­ pers aus. Die Gefahr einer Schwergängigkeit des Steuerkolbens ist damit sehr gering. Die Anzahl der Teile und damit der Aufwand für die Montage läßt sich jedoch reduzieren, wenn der Trennkörper gemäß Anspruch 19 einstückig mit dem Steuerdeckel ausgebildet ist. Dann ist jedoch auf eine gute Zentrierung des Steuerdeckels relativ zur Ventilbüchse zu achten.

Der Steuerdruck für ein Zwei-Wege-Einbauventil kann höher als der Betriebsdruck sein, wenn man z. B. zur Erzeugung des Steuer­ druckes eine separate Hydropumpe verwendet. Das Zwei-Wege-Ein­ bauventil braucht dann nicht mit einer Schließfeder ausgestattet zu sein. Üblicherweise ist jedoch eine solche Schließfeder vor­ handen, weil der Steuerdruck von einem der beiden Arbeitsan­ schlüsse des Ventils abgenommen wird und weil man eine defi­ nierte Position des Steuerkolbens haben will, wenn die Anlage, in der das Ventil eingesetzt wird, ausgeschaltet ist.

Je nach Platzangebot und günstiger Fertigung kann nun die Schließfeder gemäß Anspruch 21 im ersten Druckraum oder gemäß Anspruch 22 im zweiten Druckraum untergebracht sein.

Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Zwei-Wege- Einbauventils sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläu­ tert.

Es zeigen

Fig. 1 die erste Ausführung, bei der der Steuerkolben ein Stufenkolben ist, die Außenschulter des Steuerkolbens den zweiten Druckraum begrenzt und sich eine Schließ­ feder im ersten Druckraum befindet,

Fig. 2 die zweite Ausführung, die sich von der ersten Ausfüh­ rung unter anderem dadurch unterscheidet, daß sich die Schließfeder im zweiten Druckraum befindet,

Fig. 3 die dritte Ausführung, bei der gegenüber der zweiten Ausführung die beiden Druckräume vertauscht sind,

Fig. 4 die vierte Ausführung, bei der der Steuerkolben ein Hohlkolben ist, die Ringfläche des Steuerkolbens den ersten Druckraum begrenzt und sich die Schließfeder im zweiten Druckraum befindet,

Fig. 5 das fünfte Ausführungsbeispiel wiederum mit einem Hohl­ kolben, wobei sich die Schließfeder im ersten Druckraum befindet, und

Fig. 6 das sechste Ausführungsbeispiel, bei dem gegenüber den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 die Druckräume vertauscht sind und sich die Schließfeder im ersten Druckraum befindet.

Bei allen gezeigten Ausführungen besitzt ein Gehäuse 10 eine Aufnahmebohrung 11 für einen Einbausatz des Zwei-Wege-Einbauven­ tils. Die Aufnahmebohrung ist eine Stufenbohrung, die einen er­ sten, von einer Seite des Gehäuses 10 ausgehenden Bohrungsab­ schnitt 12 und einen Bohrungsabschnitt 13 geringeren Durchmes­ sers besitzt. Die beiden Bohrungsabschnitte 12 und 13 gehen in einer Stufe 14 ineinander über, die so angeordnet ist, daß der Bohrungsabschnitt 12 axial etwa fünfmal so lang wie der Boh­ rungsabschnitt 13 ist. In den Bohrungsabschnitt 12 mündet axial ein Gehäusekanal 15, der einen Anschluß A des Ventils darstellt und von einer Ringfläche 17 umgeben ist. Der Durchmesser des Ka­ nals ist kleiner als der Druchmesser des Bohrungsabschnitts 13, so daß er von einer Ringfläche 16 am Boden des Bohrungsab­ schnitts 13 umgeben ist. Knapp oberhalb der Stufe 14 mündet in den Bohrungsabschnitt 12 radial ein Gehäusekanal 16, der einen Anschluß B des Ventils darstellt.

In die Aufnahmebohrung 11 ist eine Ventilbüchse 20 eingesetzt, die in den Bohrungsabschnitt 13 bis zur Ringfläche 17 eintaucht und deren axiale Länge der Länge der Aufnahmebohrung 11 ent­ spricht. Von ihrer der Ringfläche 17 abgewandten Stirnseite her besitzt die Ventilbüchse 20 bis zu einem vom Gehäusekanal 16 be­ abstandeten Querschnitt einen Außendurchmesser, der dem Durch­ messer des Bohrungsabschnitts 12 entspricht, und verjüngt sich dann auf einen kleineren Außendurchmesser. Dadurch ist im Be­ reich des Gehäusekanals 16 zwischen dem Gehäuse 10 und der Ventilbüchse 20 ein Ringkanal 21 geschaffen. Oberhalb des Ringka­ nals 21 ist zwischen der Ventilbüchse 20 und dem Gehäuse 10 eine Radialdichtung 22 angeordnet. Auch im Bereich des Bohrungsab­ schnitts 13 befindet sich zwischen dem Gehäuse 10 und der Ven­ tilbüchse 20 eine Radialdichtung 22.

Die sich über die gesamte Länge durch die Ventilbüchse 20 hin­ durchziehende zentrische Ausnehmung ist knapp oberhalb der Stufe 14 über mehrere Radialbohrungen 23 mit dem Ringkanal 21 verbun­ den. Die Radialbohrungen 23 können in ihrer Gesamtheit als eine Radialöffnung der Ventilbüchse 20 betrachtet werden. Unterhalb von ihnen ist in der Ausnehmung der Ventilbüchse 20 ein Dicht­ sitz 24 ausgebildet, dem zum Gehäusekanal 15 hin eine Axialöff­ nung 25 der Ventilbüchse 20 folgt. Oberhalb der Radialbohrungen 23 ist die Ausnehmung in der Ventilbüchse 20 als Führungsbohrung 26 für einen Steuerkolben 30 ausgebildet. Dieser besitzt an sei­ ner einen Stirnseite eine Dichtkante 31, mit der er auf dem Dichtsitz 24 aufsitzen kann. Am Steuerkolben 30 kann man drei wesentliche Flächen unterscheiden. Die erste Fläche ist dieje­ nige, die von der Dichtkante 31 eingeschlossen wird und die bei geschlossenem Ventil von dem Druck in der Axialöffnung 25 und bei offenem Ventil von dem Druck im zwischen den Anschlüssen A und B fließenden Hauptstrom des Druckmittels beaufschlagt wird. Die erzeugte Kraft wirkt in Öffnungsrichtung des Ventils. Die zweite Fläche ist eine Ringfläche zwischen der Dichtkante und der Wand der Führungsbohrung 26, die bei geschlossenem Ventil vom Druck im Anschluß B und bei offenem Ventil vom Druck im Hauptstrom beaufschlagt wird. Die erzeugte Kraft wirkt ebenfalls in Öffnungsrichtung. Die dritte Fläche ist eine Fläche, die von einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und in eine Kraft eingeht, die in Schließrichtung des Steuerkolbens 30 wirkt.

Für die Zufuhr und Abfuhr von Steueröl zum Steuerkolben und zum Halten der Ventilbüchse 20 in der Aufnahmebohrung 11 dient ein Steuerdeckel 32, der auf das Gehäuse 10 aufgesetzt ist. Er ist mit einem Kanal 33 versehen, durch den Steueröl zum Steuerkolben oder von diesem wegfließen kann.

Außer den hydraulischen Kräften wirkt auf den Steuerkolben 30 noch eine in Schließrichtung wirkende Kraft, die eine Schließfe­ der 34 ausübt.

Um das Steuervolumen, d. h. die Menge von Steueröl, die bei einer Bewegung des Steuerkolbens 30 zu- oder abfließen muß, gering zu halten, ist nun vorgesehen, daß die Steuerfläche kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung 26 ist. Entsprechend ist auch die Wirkfläche, die letztendlich mit dem hydraulischen Druck im Hauptstrom in die Kraft eingeht, die in Öffnungsrichtung wirkt, bis auf die Größe der Steuerfläche verkleinert. Dabei sei der Einfachheit angenommen, daß an den Anschlüssen A und B jeweils gleicher Druck herrscht.

Um die kleinere Steuerfläche und die kleinere Wirkfläche zu er­ halten, ist der Steuerkolben 30 bei der Ausführung nach Fig. 1 als Stufenkolben ausgebildet, dessen Durchmesser in einem Kol­ benabschnitt 35 dem Durchmesser D der Führungsbohrung 26 ent­ spricht und dessen Durchmesser in einem von dem Kolbenabschnitt 35 durch eine rückwärts gerichtete, d. h. vom Dichtsitz 24 abge­ wandte Außenschulter 36 abgesetzten Kolbenabschnitt 37 wesent­ lich kleiner als der Durchmesser D ist. In dem Kolbenabschnitt 37 ist der Steuerkolben 30 von einem in Form einer Buchse ausge­ bildeten Trennkörper 38 umgeben, der in der Ventilbüchse 20 mit einem Gleitsitz steckt und der mit einem Außenflansch 39 zwi­ schen der Ventilbüchse 20 und dem Steuerdeckel 32 weitgehend spielfrei gehalten ist. Der Trennkörper 38 ist also ein sepa­ rates Teil. Der Steuerkolben ragt mit seinem Kolbenabschnitt 37 in eine Bohrung des Steuerdeckels 32 hinein, in die der Kanal 33 mündet und in der die Schließfeder 34 untergebracht ist. Diese stützt sich einerseits am Steuerdeckel 32 und andererseits über einen Federteller 40 am Steuerkolben 30 ab. Die Bohrung im Steu­ erdeckel 32 ist ein erster Druckraum 45, der einer Steuerfläche am Steuerkolben 30 zugeordnet ist, die sich aus dem Durchmesser d des Kolbenabschnitts 37 ergibt. Zwischen dem Trennkörper 38 und der Außenschulter 36 befindet sich ein zweiter Druckraum 46, der ein Ringraum ist und der mit dem Druck in der Axialöffnung 25 beaufschlagbar ist. Im Gegensatz zu der ringförmigen Außenschulter ist die Steuerfläche mit dem Durchmesser d eine Schei­ benfläche. Zur Verbindung des zweiten Druckraums 46 mit der Axi­ alöffnung 25 besitzt der Steuerkolben 30 eine Sackbohrung 47, die zu der von der Dichtkante 31 eingeschlossenen Stirnfläche des Steuerkolbens 30, also bei auf dem Dichtsitz aufsitzenden Steuerkolben zur Axialöffnung 25 der Ventilbüchse 20 hin offen ist und deren Durchmesser größer als der Durchmesser d ist. Dementsprechend endet die zentrisch und axial verlaufende Sack­ bohrung 47 schon im Abstand vor der Außenschulter 36. Von ihr gehen in axialer Richtung mehrere außerhalb des Durchmessers d liegende weitere Bohrungen 48 aus, die innerhalb der Außenschul­ ter 36 in den zweiten Druckraum 46 münden. Der zweite Druckraum 46 und mit ihm der diesen zweiten Druckraum 46 vom ersten Druck­ raum 45 trennende Trennkörper 38 sind also durch eine direkte, durch den Steuerkolben 30 führende Verbindung mit dem Druck im Hauptstrom beaufschlagbar. Gegen die auf ihn ausgeübte Kraft stützt sich der Trennkörper 38 am Steuerdeckel 32 und über die­ sen am Gehäuse 10 ab.

Die Außenschulter 36 fällt vom Kolbenabschnitt 37 aus zunächst schräg ab. Der Trennkörper 38 besitzt um den Kolbenabschnitt 37 herum in seiner der Außenschulter 36 zugekehrten Stirnfläche 49 eine Einkerbung 50, die den schrägen Teil der Außenschulter 36 teilweise aufnehmen kann. Durch die schräge Außenschulter 36 werden Kerbspannungen im Steuerkolben 30 vermindet. Außerdem wird ein "Ankleben" des Steuerkolbens 30 am Trennkörper 38 ver­ mieden.

Die Ausführung nach Fig. 2 entspricht in ihrem konstruktiven Aufbau weitgehend der Ausführung nach Fig. 1. Im folgenden soll deshalb nur auf die Unterschiede eingegangen werden.

Der Steuerkolben ragt mit seinem Kolbenabschnitt 37 in eine Boh­ rung des Steuerdeckels 32 hinein, die denselben Durchmesser d wie der Kolbenabschnitt 37 hat. Zwischen dem Kolbenabschnitt 37 und dem Boden der Bohrung ist ein Druckraum gebildet, in den der Kanal 33 mündet. Bei dem Druckraum handelt es sich also ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 1 um den ersten Druckraum 45.

Der Steuerdeckel 32 ragt mit einem Bund 51 etwas in die Ventil­ buchse 20 hinein und kann dadurch bezüglich der Ventilbuchse zentriert werden. Der Ringraum zwischen dem Bund 51 und der Au­ ßenschulter 36 des Steuerkolbens 30 stellt wiederum den zweiten Druckraum 46 dar, der über eine Sackbohrung 47 großen Durchmes­ sers und, anders als bei der Ausführung nach Fig. 1, über eine Axialbohrung 52 und eine Querbohrung 53 kleineren Durchmessers mit der Axialöffnung 25 verbunden ist. Der erste Druckraum 45 und der zweite Druckraum 46 werden also durch den Steuerdeckel 32 voneinander getrennt, der somit der Trennkörper ist.

Anders als bei der Ausführung nach Fig. 1 ist die Schließfeder 34 nun im zweiten Druckraum 46 angeordnet. Reicht die aus Fig. 2 ersichtliche Länge des Druckraums 46 nicht aus, um in ihm die Schließfeder 34 unterzubringen, so kann, wie mit strichpunktier­ ter Linie angedeutet ist, der Steuerdeckel 32 in Verlängerung der Führungsbohrung 26 der Ventilbüchse 20 noch mit einer Aus­ nehmung versehen werden. Eine Zentrierung des Steuerdeckels 32 zur Ventilbüchse 20 wird dann zweckmäßigerweise zusätzlich vor­ gesehen.

Die Ausführung nach Fig. 3 entspricht vom konstruktiven Aufbau her fast vollständig derjenigen nach Fig. 2. Allerdings ist nun der Raum zwischen dem Kolbenabschnitt 37 und dem Boden der Boh­ rung im Steuerdeckel 32 über eine lange durch den Kolbenab­ schnitt 37 hindurchführende Axialbohrung 52 mit der Sackbohrung 47 und damit mit der Axialöffnung 25 der Ventilbüchse 20 verbun­ den. Dieser Raum ist daher der zweite Steuerraum 46. Der Ring­ raum zwischen der Außenschulter 36 des Steuerkolbens 30 und dem Steuerdeckel 32 ist an den Kanal 33 angeschlossen. Er ist des­ halb der erste Druckraum. Während sich also hier der erste Druckraum näher an der Vorderseite der Ventilbüchse 20 am An­ schluß A befindet, ist dies bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 jeweils der zweite Druckraum.

Bei allen Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 ist die Steuer­ fläche, die von dem Druck im Steuerkanal 33 beaufschlagbar ist, wesentlich kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung 26.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 ist sie durch den Durchmesser d bestimmt. Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist sie die Differenzfläche zwischen dem Querschnitt der Führungsbohrung 26 und dem Querschnitt des Kolbenabschnitts 37. Faßt man die Flächen am Steuerkolben 30 zusammen, die in Öffnungsrichtung wirken und die eine Gesamtfläche ergeben, die dem Querschnitt der Führungsbohrung 26 entspricht, so ist diese Gesamtfläche bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 hinsichtlich der Au­ ßenschulter 36 und bei der Ausführung nach Fig. 3 hinsichtlich des Querschnitts des Kolbenabschnitts 37 druckausgeglichen. Die in eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft eingehende Wirkfläche ist also jeweils genau so groß wie die in die in Schließrichtung wirkende Kraft eingehende Steuerfläche. Beide Flächen sind klei­ ner als der Querschnitt der Führungsbohrung 26.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 4 bis 6 ist der Steuerkol­ ben 30 jeweils als Hohlkolben mit einer Bohrung 57 ausgebildet, in den von der Rückseite aus ein einstückig vom Steuerdeckel 32 aus wegragender Zapfen 59 eintaucht. Dadurch trennt der Steuer­ deckel 32 als Trennkörper einen Ringraum zwischen ihm und einer ihm benachbarten, den Zapfen 59 umgebenden, ringförmigen und rückwärts gerichteten Stirnfläche 54 des Steuerkolbens 30 von einem Raum im Inneren des Steuerkolbens 30 und vor dem Zapfen 59.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 mündet der Kanal 33 in den Ring­ raum, so daß dieser den ersten Druckraum 45 darstellt. Der Raum vor dem Zapfen 59 im Inneren des Steuerkolbens 30 ist der zweite Druckraum 46, der über eine Bohrung 55 in einer Stirnwand 56 des Steuerkolbens 30 mit der Auslaßöffnung 25 kommuniziert. Im Druckraum 46 ist die Schließfeder 34 untergebracht, die sich an den Zapfen 59 und an einer die Bohrung 55 umgebenden Ringfläche des Steuerkolbens 30 abstützt.

Demgegenüber ist bei der Ausführung nach Fig. 5 die Schließfe­ der 34 in dem nach hinten in den Steuerdeckel 32 hinein verlän­ gerten Ringraum 45 untergebracht. Eine Abstützfläche innerhalb des Steuerkolbens 30 ist deshalb nicht notwendig, so daß der Steuerkolben 30 mit einer mit überall gleichem Durchmesser ganz durch ihn hindurchgehenden Bohrung 57 versehen ist, die vor dem Zapfen 53 als zweiter Druckraum 46 zu betrachten ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist die Bohrung 57 innerhalb des Steuerkolbens 30 zur Axialöffnung 25 der Ventilbüchse 20 hin verschlossen. In die Bohrung 57 mündet der Kanal 33, der axial durch den Zapfen 59 des Steuerdeckels 32 hindurchführt. Der Raum im Steuerkolben 30 stellt also den ersten Druckraum 45 dar. Wie bei der Ausführung nach Fig. 4 im Raum 46 befindet sich die Schließfeder 34 nun im Raum 45. Der Ringraum hinter der Stirn­ fläche 54 des Steuerkolbens 30 ist über mehrere im wesentlichen axial verlaufende Kanäle 58 im Steuerkolben 30 mit der Axialöff­ nung 25 verbunden. Der Ringraum ist also der zweite Druckraum 46.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 ist also die Steu­ erfläche gegenüber dem Querschnitt der Führungsbohrung 26 um den Querschnitt des Zapfens 59 vermindert. Gleiches gilt für die in Öffnungsrichtung des Ventils wirkende Wirkfläche am Steuerkolben 30. Bei der Ausführung nach Fig. 6 entsprechen die Steuerfläche und die Wirkfläche dem Querschnitt des Kolbens 59.

Die Steuerfläche 5 ist in den Figuren jeweils unterhalb der Dar­ stellung der Ausführungsbeispiels angedeutet. Bei den Ausführun­ gen nach den Fig. 1, 2 und 6 ist sie eine Kreisfläche, bei den Ausführungen nach den Fig. 3, 4 und 5 eine Ringfläche. Die Wirkfläche W entspricht in ihrer Größe der Steuerfläche 5.

Claims (24)

1. Zwei-Wege-Einbauventil mit einer in eine Aufnahmebohrung (11) eines Gehäuses (10) einsetzbaren Ventilbüchse (20), die zum Durchtritt des Hauptstroms eines Fluids an einer Vorderseite mit einer Axialöffnung (25) und im Abstand zu der Vorderseite mit einer Radialöffnung (23) versehen ist und an der sich zwischen der Axialöffnung (25) und der Radialöffnung (23) ein Dichtsitz (24) befindet, und mit einem Steuerkolben (30), der axial beweg­ lich in einer Führungsbohrung (26) der Ventilbüchse (20) geführt ist und der zur Erzeugung einer vorwärts gerichteten Schließ­ kraft an einer Steuerfläche (S) mit einem Steuerdruck beauf­ schlagbar ist, wobei die Schließkraft beim Schließen des Dicht­ sitzes (24) einer an einer dem Druck im Hauptstrom ausgesetzten Wirkfläche (W) des Steuerkolbens (30) erzeugten rückwärts ge­ richteten Öffnungskraft entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (S) und die Wirkfläche (W) kleiner als der Querschnitt der Führungsbohrung (26) in der Ventilbüchse sind.

2. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Trennkörper (32, 38), der den Steuerkolben (30) in einem Abschnitt (37) mit einem gegenüber dem Durchmesser der Führungsbohrung (26) kleineren Durchmesser umgibt oder in eine axiale Bohrung (57) des Steuerkolbens (30) eintaucht, der einen der Steuerfläche (S) am Steuerkolben (30) zugeordneten, ersten Druckraum (45) gegen einen zweiten Druckraum (46) abschottet, der mit dem Druck im Hauptstrom beaufschlagbar ist, und der ge­ gen eine von einem Druck im zweiten Druckraum (46) erzeugte, rückwärts gerichtete Kraft gehäusefest abstützbar ist.

3. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der zweite Druckraum (46) näher an der Vor­ derseite der Ventilbüchse (20) befindet als der erste Druckraum (45).

4. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (32, 38) durch eine direkte, durch den Steuerkolben (30) führende Verbindung (47, 48; 47, 52, 53; 47, 52; 55; 57, 58) mit dem Druck im Hauptstrom beaufschlag­ bar ist.

5. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trennkörper (32, 38) mit dem Druck durch eine Bohrung (47, 55, 57, 58) des Steuerkolbens (30) beaufschlagbar ist, die bei auf dem Dichtsitz (24) aufsitzenden Steuerkolben (30) zur Axialöffnung (25) der Ventilbüchse (20) hin offen ist.

6. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (47, 55, 57) zentrisch und axial ver­ läuft.

7. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (30) ein Stufenkol­ ben ist, der eine rückwärts gerichtete, ringförmige Außenschul­ ter (36) und eine axial davon beabstandete rückwärts gerichtete Scheibenfläche besitzt, und daß sich ein Druckraum hin­ ter der Außenschulter (36) und ein Druckraum hinter der Scheibenfläche befindet.

8. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der erste Druckraum (45) hinter der Scheiben­ fläche und der zweite Druckraum (46) hinter der Außenschulter (36) befindet.

9. Zwei-Wege-Einbauventil nach den Ansprüchen 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß von der zentrisch und axial verlau­ fenden Bohrung (47) wenigstens eine weitere Bohrung (48; 52, 53; 52) ausgeht, die in den zweiten Druckraum (46) mündet.

10. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Richtung der weiteren Bohrung (48) eine Kompo­ nente in Achsrichtung des Steuerkolbens (30) hat und daß die weitere Bohrung (48) innerhalb der Außenschulter (36) in den zweiten Druckraum (46) mündet.

11. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der erste Druckraum (45) hinter der Außenschulter (36) und der zweite Druckraum (46) hinter der Scheiben­ fläche befindet.

12. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschulter (36) schräg nach außen abfällt.

13. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trennkörper (38) in seiner der Außenschulter (36) zugekehrten Stirnfläche (49) eine Einkerbung (50) zur zu­ mindest teilweisen Aufnahme der schrägen Außenschulter (36) des Steuerkolbens (30) besitzt.

14. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (30) ein Hohlkolben ist, daß der Trennkörper (32, 59) von hinten in eine Axialboh­ rung (57) des Steuerkolbens (30) eintaucht, der somit eine den Trennkörper (32, 59) umgebende, rückwärts gerichtete Ringfläche (54) besitzt, und daß sich ein Druckraum (45, 46) hinter der Ringfläche (54) und ein Druckraum (46, 45) vor dem Trennkörper (32, 59) befindet.

15. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der erste Druckraum (45) hinter der Ringflä­ che (54) und der zweite Druckraum (46) vor dem Trennkörper (32, 59) befindet.

16. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axialbohrung (57) im Steuerkolben (30) in die der Trennkörper (32, 59) eintaucht, über eine Bohrung (55) mit kleinerem Durchmesser zur Axialöffnung (25) der Ventilbüchse (20) hin offen ist.

17. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axialbohrung (57) mit überall gleichem Durch­ messer durch den ganzen Steuerkolben (30) hindurchgeht.

18. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (38) zwischen der Ventilbüchse (20) bzw. dem Gehäuse (10) und einem Steuerdec­ kel (32) gehalten ist.

19. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper einstückig mit einem Steuerdeckel (32) ausgebildet ist.

20. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem vorhergehenden An­ spruch, gekennzeichnet durch eine Schließfeder (34), die auf den Steuerkolben (30) eine Kraft in Schließrichtung ausübt.

21. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schließfeder (34) im ersten Druckraum (45) un­ tergebracht ist.

22. Zwei-Wege-Einbauventil nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schließfeder (34) im zweiten Druckraum (46) untergebracht ist.

23. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schließfeder (34) im Bereich der Ventilbüchse (20) am Steuerkolben (30) und an einer von der Ventilbüchse (20) beabstandeten Fläche eines Steuerdec­ kels (32) abstützt.

24. Zwei-Wege-Einbauventil nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schließfeder (34) über einen Federteller (40) an einem Abschnitt des Steuerkolbens (30) abstützt, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmes­ ser der als Schraubenfeder ausgebildeten Schließfeder (34) ist.