EP0368148A1 - Kolbenschieberventil - Google Patents

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EP0368148A1
EP0368148A1 EP89120289A EP89120289A EP0368148A1 EP 0368148 A1 EP0368148 A1 EP 0368148A1 EP 89120289 A EP89120289 A EP 89120289A EP 89120289 A EP89120289 A EP 89120289A EP 0368148 A1 EP0368148 A1 EP 0368148A1
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EP
European Patent Office
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piston
rings
housing
spool valve
valve according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89120289A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gmbh Hydraulik-Ring
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Hilite Germany GmbH
Original Assignee
Hydraulik Ring GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydraulik Ring GmbH filed Critical Hydraulik Ring GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor

Definitions

  • the invention relates to a piston valve according to the preamble of claim 1.
  • the housing and the piston are provided with openings and annular grooves in order to form the control edges.
  • the control edges of the piston are formed by rings that sit on a valve rod.
  • Piston slide valves are also known (DE-OS 28 24 720 and DE-OS 19 08 337), in which the control edges of the housing are formed by rings. But even with these known spool valves, a zero overlap is not provided.
  • the invention has for its object to design the generic spool valve so that a zero overlap can be set exactly in a structurally simple manner.
  • the control edges of the housing are formed by rings in a manner known per se. These rings are the same thickness as the rings of the piston.
  • the housing and the piston can thus be manufactured very easily in terms of production technology. Since the rings of the housing and piston are of the same thickness, it is particularly easy to create a zero overlap. After assembly, it is ensured that the control edges of the housing and piston are exactly congruent at a certain piston position.
  • the piston slide valve according to the invention works perfectly, since as a result of the zero overlap, the smallest adjustment paths of the piston are sufficient to to reach the corresponding switch position of the valve.
  • the spool valve according to the invention is simple and can be assembled without problems, so that it is excellently suitable for series production.
  • the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the drawing shows partly in axial section and partly in view an inventive spool valve.
  • the spool valve is designed in the exemplary embodiment as a 4/3-way valve. It has a housing 1, which is closed at one end by a holding cover 2. At the other end, an actuating element housing 3 is placed on the housing 1, on which in turn a housing 4 of an adjustment device 5 is placed. All housings 1, 3, 4 sit sealed on one another. A seal 6 is also provided between the holding cover 2 and the housing 1.
  • Guide rings 7, 7a, 7b are accommodated in the housing 1, which are each separated from one another by a spacer ring 8, 8a.
  • the rings 7, 7a, 7b, 8, 8a lie one on top of the other and are pressed radially into the housing 1.
  • the guide ring 7b bears against a radially inwardly directed flange 9 of the actuating element housing 3.
  • the guide ring 7 rests on the holding cover 2, with which the ring packet 7, 7a, 7b, 8, 8a is axially prestressed. The guide rings and the spacer rings are thus firmly against each other.
  • the guide rings 7, 7a, 7b serve as a guide for a piston 10 accommodated in the housing 1, on which two control rings 11, 11a sit, which are separated from one another by a spacer ring 12.
  • the rings 11, 11a, 12 are also against each other.
  • the control ring 11 is located on a collar 13 of the piston 10.
  • the other control ring 11a rests on a collar 14 of a guide part 15 which is screwed into the piston 10 on the end face and thus axially secures the rings 11, 11a, 12.
  • the control rings 11, 11a and the spacer ring form the control edges of the piston 10.
  • the control edges in the housing 1 and the piston bore 16 are formed by the guide rings 7, 7a, 7b.
  • the spool valve has the working connections A, B, the pressure connection P and the return connections T.
  • the working connections A and B open into annular spaces 17, 18 in the spacer rings 8 and 8a, the pressure connection P in an annular space 19 in the guide ring 7a and the return connections T in Annuli 20 and 21 in the guide rings 7 and 7b.
  • this piston valve can be easily adjusted so that it works on all control edges with a so-called zero overlap.
  • the rings opposite each other in the installed state have exactly the same thickness, so that the desired zero overlap is achieved without difficulty.
  • the piston slide valve can be assembled using the rings in a modular system.
  • the piston 10 is fixedly connected to an actuating element 22 which is accommodated in the actuating element housing 3 and is a piezo element with which very precise and precisely short strokes can be generated.
  • the actuating element 22 has a central extension 23 with which it is screwed into the guide part 15 which is firmly connected to the piston 10.
  • the actuating element 22 is provided with a further threaded attachment 24 with which it is screwed into a retainer 25. It has a hemispherical support part 26 resting on the actuating element 22, which partially projects through a central opening 27 of a spring plate 28.
  • the edge 29 of the opening 27 is adapted to the surface configuration of the support part 26, so that the retainer 25 cannot fall through the opening 27 in the direction of the actuating element 22.
  • the spring plate 28 is under the force of a compression spring 30 which surrounds the actuating element 22 at a distance and is supported on the flange 9 of the actuating element housing 3. With the compression spring 30, the actuating element 22 via the spring plate 28 and the retainer 25 'with a force which is greater than the force of the actuating element 22, against the adjustment direction 5 pressed.
  • a coarse adjusting screw 31 is provided axially, which is axially slightly offset from the retainer 25 and rests on a lever 33 via a ball 32 near one end.
  • a fine adjustment screw 35 abuts a ball 34.
  • the lever 33 is arranged in a recess 36 in the side of the housing 4 facing the spring plate 28.
  • the lever 33 has approximately at the level of the coarse adjustment screw 31 on its side facing the retainer 25 a recess 37 in which a slide shoe 38 is accommodated, which rests on the retainer 25 with the interposition of a ball 39.
  • the piston 10, the actuating element 22 and the retainer 25 have a common axis 40 which is offset with respect to the axis 41 of the coarse adjusting screw 31.
  • the control edges of the piston 10 can be adjusted very sensitively to the control edges of the housing 1, so that an exact zero overlap can be set without difficulty. Due to the position of the points of attack 32, 34 of the two adjusting screws 31, 35 and the retainer 25 via the sliding block 38 on the lever 33, a translation of the infeed movement of the fine adjusting screw 35 on the adjusting element 22 and the piston 10 is achieved.
  • a piezo element as an actuating element 22 has the advantage that the piezo element can react immediately to changes in the respective disturbance variable, so that the change in the manipulated variable is immediately eliminated. If the piezo element 22 is excited, it displaces the piston 10 as a result of its deformation in the piston bore 16. With the piezo element and the adjustment device 5, the piston 10 can be set exactly to the desired working point.
  • the piston valve can be designed as a directional valve, as a sensor valve, as a proportional valve or the like.

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Abstract

Das Kolbenschieberventil hat ein Gehäuse (1), in dem ein Kolben (10) verschiebbar ist. Er hat durch Ringe (8, 8a, 11, 11a, 12) gebildete Steuerkanten, die mit Steuerkanten des Gehäuses (1) zusammenwirken. Die Steuerkanten des Gehäuses (1) sind ebenfalls durch Ringe (7, 7a, 7b) gebildet, die gleiche Dicke wie die Ringe des Kolbens haben. Am Kolben (10) greift ein Piezoelement (22) als Stellelement an. Mit diesem Kolbenschieberventil läßt sich sehr einfach eine Null-Überdeckung zwischen den Steuerkanten von Gehäuse 1 und Kolben (10) erreichen. Da das Piezoelement (22) sehr geringe Hubwege hat, ist in Verbindung mit der Null-Über­deckung sichergestellt, daß auch bei kleinsten Hubwegen das Kolbenschieberventil zuverlässig arbeitet und die Steuerkanten genau definierte Stellungen zueinander ein­nehmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kolbenschieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei Kolbenschieberventilen sind das Gehäuse und der Kolben mit Öffnungen und Ringnuten versehen, um die Steuerkanten zu bilden. Beim gattungsgemäßen Kolbenschieberventil (DE-GM 73 26 731) sind die Steuerkanten des Kolbens durch Ringe gebildet, die auf einer Ventilstange sitzen. Um eine Null-Überdeckung, bei der die Steuerkanten von Kolben und Gehäuse in einer bestimmten Kolbenstellung genau deckungs­gleich liegen, zu erreichen, ist ein erheblicher herstellungs­technischer Aufwand erforderlich. Bei diesem Kolbenschieber­ventil ist darum eine solche Null-Überdeckung nicht vorge­sehen.
  • Es sind auch Kolbenschieberventile bekannt (DE-OS 28 24 720 und DE-OS 19 08 337), bei denen die Steuerkanten des Ge­häuses durch Ringe gebildet werden. Aber auch bei diesen bekannten Kolbenschieberventilen ist eine Null-Überdeckung nicht vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Kolbenschieberventil so auszubilden, daß in konstruktiv einfacher Weise eine Null-Überdeckung exakt eingestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Kolbenschieber­ventil erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Beim erfindungsgemäßen Kolbenschieberventil sind die Steuerkanten des Gehäuses in an sich bekannter Weise durch Ringe gebildet. Diese Ringe sind gleich dick wie die Ringe des Kolbens. Das Gehäuse und der Kolben können somit fertigungstechnisch sehr einfach hergestellt werden. Da die Ringe von Gehäuse und Kolben gleich dick sind, läßt sich eine Null-Überdeckung besonders einfach her­stellen. Nach dem Zusammenbau ist sichergestellt, daß bei einer bestimmten Kolbenstellung die Steuerkanten von Gehäuse und Kolben genau deckungsgleich liegen. Da das unmittelbar am Kolben angereifende Piezoelement äußerst kleine Hubwege hat, wird in Verbindung mit der Null-Über­deckung gewährleistet, daß trotz dieser sehr kleinen Hub­wege des Piezoelementes das erfindungsgemäße Kolbenschieber­ventil einwandfrei arbeitet, da infolge der Null-Über­deckung schon kleinste Stellwege des Kolbens ausreichen, um die entsprechende Schaltstellung des Ventiles zu er­reichen. Das erfindungsgemäße Kolbenschieberventil ist einfach ausgebildet und läßt sich problemlos montieren, so daß es hervorragend für die Serienproduktion geeignet ist.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt teilweise im Axialschnitt und teilweise in Ansicht ein erfindungsgemäßes Kolbenschieberventil.
  • Das Kolbenschieberventil ist im Ausführungsbeispiel als 4/3-Wegeventil ausgebildet. Es hat eine Gehäuse 1, das an einem Ende durch einen Haltedeckel 2 geschlossen ist. Am anderen Ende ist auf das Gehäuse 1 ein Stell­elementgehäuse 3 aufgesetzt, auf das seinerseits ein Gehäuse 4 einer Justageeinrichtung 5 aufgesetzt ist. Alle Gehäuse 1, 3, 4 sitzen abgedichtet aufeinander. Auch zwischen dem Haltedeckel 2 und dem Gehäuse 1 ist eine Dichtung 6 vorgesehen.
  • Im Gehäuse 1 sind Führungsringe 7, 7a, 7b untergebracht, die jeweils durch einen Distanzring 8, 8a voneinander ge­trennt sind. Die Ringe 7, 7a, 7b, 8, 8a liegen aufeinander und sind radial in das Gehäuse 1 eingepreßt. Der Führungs­ring 7b liegt an einem radial nach innen gerichteten Flansch 9 des Stellelementgehäuses 3 an. Der Führungsring 7 liegt am Haltedeckel 2 an, mit dem das Ringpaket 7, 7a, 7b, 8, 8a axial vorgespannt wird. Die Führungsringe und die Distanzringe liegen somit fest aneinander.
  • Die Führungsringe 7, 7a, 7b dienen als Führung für einen im Gehäuse 1 untergebrachten Kolben 10, auf dem zwei Steuerringe 11, 11a sitzen, die durch einen Distanzring 12 voneinander getrennt sind. Die Ringe 11, 11a, 12 liegen ebenfalls aneinander. Der Steuerring 11 liegt auf einem Bund 13 des Kolbens 10 auf. Der andere Steuer­ring 11a liegt an einem Bund 14 eines Führungsteils 15 an, der stirnseitig in den Kolben 10 geschraubt wird und so die Ringe 11, 11a, 12 axial sichert. Die Steuerringe 11, 11a und der Distanzring bilden die Steuerkanten des Kolbens 10. Die Steuerkanten im Gehäuse 1 und der Kolben­bohrung 16 werden durch die Führungsringe 7, 7a, 7b gebildet.
  • Das Kolbenschieberventil hat die Arbeitsanschlüsse A, B, den Druckanschluß P sowie die Rücklaufanschlüsse T. Die Arbeitsanschlüsse A und B münden in Ringräume 17, 18 in den Distanzringen 8 und 8a, der Druckanschluß P in einen Ringraum 19 im Führungsring 7a und die Rücklaufanschlüsse T in Ringräume 20 und 21 in den Führungsringen 7 und 7b.
  • Da die Steuerkanten im Gehäuse 1 und in der Kolbenbohrung sowie die Steuerkanten des Kolbens 10 durch die verschiedenen Ringe gebildet werden, kann dieses Kolbenschieberventil in einfacher Weise so eingestellt werden, daß es an allen Steuerkanten mit einer sogenannten Null-Überdeckung arbeitet. Dies bedeutet, daß der Führungsring 7a und die Distanzringe 8, 8a sowie die zugehörigen Steuerringe 11, 11a und der zugehörige Distanzring 12 auf dem Kolben 10 exakt gleiche Dicke haben. Dies ist in einfacher Weise vorteilhaft dadurch möglich, daß die gemeinsame axiale Länge der zugehörigen Ringe von Gehäuse und Kolben vor der Montage des Kolbenschieberventils ge­meinsam geschliffen und/oder geläppt wird. Die im Ein­bauzustand einander gegenüberliegenden Ringe haben dadurch exakt gleiche Dicke, so daß ohne Schwierigkeiten die gewünschte Null-Überdeckung erreicht wird.
  • Das Kolbenschieberventil läßt sich mittels der Ringe im Baukastensystem zusammenstellen.
  • In der Zeichnung ist die Null-Überdeckung dargestellt, bei der die einander gegenüberliegenden Ringe des Kolbens 10 und des Gehäuses 1 genau gleiche Dicke haben, so daß in der gezeigten Mittelstellung des Kolbens 10 alle An­schlüsse gesperrt sind, ohne daß eine Überlappung der Ringe stattfindet.
  • Der Kolben 10 ist mit einem Stellelement 22 fest verbunden, das im Stellelementgehäuse 3 untergebracht und ein Piezoelement ist, mit dem sehr feinfühlig und genau kurze Hubwege erzeugt werden können. Das Stellelement 22 hat einen zentralen Ansatz 23, mit dem es in den fest mit dem Kolben 10 ver­bundenen Führungsteil 15 geschraubt ist. Auf der gegen­überliegenden Seite ist das Stellelement 22 mit einem weiteren Gewindeansatz 24 versehen, mit dem es in einen Rückhalter 25 geschraubt ist. Er hat einen auf dem Stell­element 22 aufliegenden halbkugelförmigen Auflageteil 26, der teilweise durch eine zentrale Öffnungen 27 eines Federtellers 28 ragt. Der Rand 29 der Öffnung 27 ist an die Oberflächenausbildung des Auflageteiles 26 angepaßt, so daß der Rückhalter 25 nicht durch die Öffnung 27 in Richtung auf das Stellelement 22 fallen kann.
  • Der Federteller 28 steht unter der Kraft einer Druckfeder 30, die das Stellelement 22 mit Abstand umgibt und sich auf dem Flansch 9 des Stellelementgehäuses 3 abstützt. Mit der Druckfeder 30 wird das Stellelement 22 über den Federteller 28 und den Rückhalter 25′ mit einer Kraft, die größer ist als die Kraft des Stellelementes 22, gegen die Justageein­ richtung 5 gedrückt.
  • Im Gehäuse 4 ist axial eine Grobeinstellschraube 31 vorge­sehen, die axial geringfügig versetzt gegenüber dem Rück­halter 25 angeordnet ist und über eine Kugel 32 nahe einem Ende auf einem Hebel 33 aufliegt. Am anderen Ende des Hebels 33 liegt über eine Kugel 34 eine Feineinstellschraube 35 an. Der Hebel 33 ist in einer Vertiefung 36 in der dem Feder­teller 28 zugewandten Seite des Gehäuses 4 angeordnet. Der Hebel 33 weist etwa in Höhe der Grobeinstellschraube 31 auf seiner dem Rückhalter 25 zugewandten Seite eine Ver­tiefung 37 auf, in der ein Gleitschuh 38 untergebracht ist, der unter Zwischenlage einer Kugel 39 auf dem Rückhalter 25 aufliegt.
  • Der Kolben 10, das Stellelement 22 und der Rückhalter 25 haben eine gemeinsame Achse 40, die gegenüber der Achse 41 der Grobeinstellschraube 31 versetzt ist. Mit der Justageein­richtung 5 können die Steuerkanten des Kolbens 10 sehr fein­fühlig zu den Steuerkanten des Gehäuses 1 eingestellt werden, so daß eine exakte Null-Überdeckung ohne Mühe eingestellt werden kann. Durch die Lage der Angriffspunkte 32, 34 der beiden Stellschrauben 31, 35 und des Rückhalters 25 über den Gleitschuh 38 auf den Hebel 33 wird eine Über­setzung der Zustellbewegung der Feineinstellschraube 35 auf das Stellelement 22 und den Kolben 10 erreicht.
  • Die Verwendung eines Piezoelementes als Stellelement 22 hat den Vorteil, daß das Piezoelement auf Änderungen der jeweiligen Störgröße augenblicklich reagieren kann, so daß die Änderung in der Stellgröße sofort beseitigt wird. Wird das Piezoelement 22 erregt, verschiebt es infolge seiner Verformung den Kolben 10 in der Kolbenbohrung 16. Mit dem Piezoelement und der Justage­einrichtung 5 läßt sich der Kolben 10 exakt auf den gewünschten Arbeitspunkt einstellen.
  • Das Kolbenschieberventil kann als Wegeventil, als Fühler­ventil, als Proportionalventil oder dgl. ausgebildet sein.

Claims (15)

1. Kolbenschieberventil mit einem Gehäuse, in dem ein Kolben verschiebbar ist, der durch Ringe gebildete Steuerkanten aufweist, die mit Steuerkanten des Gehäuses zusammenwirken,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten des Gehäuses (1) durch Ringe (7, 7a, 7b) gebildet sind, die gleiche Dicke wie die Ringe (8, 8a, 11, 11a, 12) des Kolbens (10) haben, und daß am Kolben (10) ein Piezo­element (22) als Stellelement angreift.
2. Kolbenschieberventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe des Gehäuses (1) Führungsringe (7, 7a, 7b) für den Kolben (10) und Distanzringe (8, 8a) sind, die zwischen den Führungs­ringen liegen.
3. Kolbenschieberventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzringe (8, 8a) größeren Innendurchmesser haben als die Führungsringe (7, 7a, 7b).
4. Kolbenschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (7, 7a, 7b, 8, 8a) des Gehäuses (1) radial in das Gehäuse gepreßt sind.
5. Kolbenschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (7, 7a, 7b, 8, 8a) des Gehäuses (1) zwischen zwei Anschlägen (2, 9) liegen.
6. Kolbenschieberventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschlag (9) durch ein Gehäuseteil (3) gebildet ist.
7. Kolbenschieberventil nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschlag (2) durch einen Haltedeckel gebildet ist, mit dem die Ringe (7, 7a, 7b, 8, 8a) des Gehäuses (1) axial vorspannbar sind.
8. Kolbenschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (11, 11a, 12) des Kolbens (10) zwischen zwei Anschlägen (13, 14) axial gesichert sind.
9. Kolbenschieberventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschlag (13) ein Bund des Kolbens (10) ist.
10. Kolbenschieberventil nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschlag (14) ein Bund eines Führungsteiles (15) ist, der fest mit dem Kolben (10) verbunden ist.
11. Kolbenschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenmaß der einander gegenüberliegenden Ringe von Gehäuse (1) und Kolben (10) vor dem Zusammenbau zusammen bearbeitet, wie geschliffen oder geläppt, wird.
12. Kolbenschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement (22) unter Federkraft an einer Justageeinrichtung (5) an­liegt.
13. Kolbenschieberventil nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft größer ist als die vom Piezoelement (22) ausgeübte Kraft.
14. Kolbenschieberventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Justageeinrichtung (5) zwei Stellschrauben (31, 35) aufweist, die an einem Übersetzungshebel (33) angreifen, mit dem der Kolben (10) mit dem Piezoelement (22) axial einstellbar ist.
15. Kolbenschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement (22) fest mit Kolben (10) verbunden, vorzugsweise mit ihm verschraubt ist.
EP89120289A 1988-11-07 1989-11-02 Kolbenschieberventil Withdrawn EP0368148A1 (de)

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