EP1058011B1 - Wegeventil - Google Patents

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EP1058011B1
EP1058011B1 EP00110785A EP00110785A EP1058011B1 EP 1058011 B1 EP1058011 B1 EP 1058011B1 EP 00110785 A EP00110785 A EP 00110785A EP 00110785 A EP00110785 A EP 00110785A EP 1058011 B1 EP1058011 B1 EP 1058011B1
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EP
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valve
slide
axial bore
bore
directional valve
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EP00110785A
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EP1058011A1 (de
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Werner Schumacher
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/044—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by electrically-controlled means, e.g. solenoids, torque-motors
    • F15B13/0442—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by electrically-controlled means, e.g. solenoids, torque-motors with proportional solenoid allowing stable intermediate positions

Definitions

  • the invention is based on a directional valve according to the Genus of claim 1.
  • a directional control valve is for example already known from DE 197 36 773 A1.
  • This Directional control valve controls pressure medium connections using a valve spool between an inlet, a return and a consumer.
  • the valve slide works with one Actuating device together, which, electrically controlled, converts a control signal into a linear movement and on transmits the valve spool. Its provision in his Starting position takes place with the help of one of the actuating devices counteracting spring.
  • the known directional control valve are the points of attack for the actuator and for the return spring at opposite ends arranged of the valve spool.
  • Document EP-A-774 585 Another example is that Document EP-A-774 585.
  • a directional valve according to the invention with the Features of claim 1 the advantage that the Expansion of the valve spool due to load pressure not in one Reduction in the length of the sealing gap at the return associated control edge affects, but that this stretch to enlarge the control cross-section on the consumer channel contributes, while the sealing gap controlling the return remains unchanged remains.
  • the increased due to the increased load pressure Fluid leakage is caused by the increase in this tax cross section compensated on the consumer channel, so that the Load flowing oil flow even with increasing load pressure remains approximately constant. So that a control valve with an improved control characteristic.
  • FIG. 1 and 2 show sections Directional valves according to the invention in longitudinal section.
  • FIG. 1 and 2 show directional control valves 10, with a valve housing 12.
  • a valve spool 16 axially flexibly guided.
  • the slide bore 14 penetrates this Valve housing 12 and is at one of its open ends of an actuating device 18, which is only indicated, is closed. This is done by means of known fastening devices anchored to an end face of the valve housing 12.
  • the actuating device 18 is, for example an electromagnetic device that is an electrical device Control signal using an anchor, not shown and converts a magnetic coil into a linear movement and this by means of an actuating plunger 20 on the valve slide 16 transmits.
  • an electromagnetic one Actuator 18 can of course also electrohydraulic, electropneumatic or electromechanical Facilities are used equally.
  • the opposite end of the actuator 18 Slider bore 14 is closed by a plug 22, by means of an external thread in the slide bore 14 is screwed in.
  • On the valve spool 16 facing End of the plug 22 is withdrawn in the outer diameter and provided with an undetectable toothing.
  • This area of the plug 22 acts with a spindle 24 together, perpendicular to the slide bore 14 in the valve housing 12 is rotatably mounted.
  • the drive device for the spindle 24 can be the Position of the plug 22 within the slide bore 14 vary to the bias one on the plug 22 directly or indirectly supporting return spring 26 to change.
  • the valve spool 16 has a cylindrical outer contour and consists of piston sections 28 and connecting sections 30 together, which, viewed in the axial direction, alternately consecutive.
  • the valve spool 16 thus controls Pressure medium connections between an inlet 32, a Return 34 and a consumer channel 36, each in Valve housing 12 are formed and axially spaced apart open into the slide bore 14.
  • the confluence are designed as ring channels, so that 14 control edges 38 on the inner wall of the slide bore result with the piston sections 28 of the valve spool 16 interact.
  • a check valve 39 In the consumer channel 36 is a check valve 39 with a spring-loaded valve body arranged to prevent an undesired backflow of pressure medium to prevent.
  • the valve slide 16 has a blind hole-like, centrally arranged Axial bore 40, the open end of which on the the inlet 32 facing the end of the valve spool 16.
  • a support member 46 which consists of a Mandrel 48 and a support plate 50 is made.
  • the mandrel 48 is slightly longer than the axial bore 40, is in his Outside diameter smaller than the inside diameter of the axial bore 40 and lies at the closed end of the blind hole-like Axial bore 40 on.
  • the support plate 50 is on the this contact point opposite end of the support element 46 formed and serves the return spring 26 as the first Support.
  • Their second support forms the inside of the plug 22.
  • For centering the support element 46 is a flat depression 52 at one end of the valve slide 16 provided whose inside diameter matches the outside diameter the support plate 50 matches.
  • the flat countersink 52 serves at the same time the return spring 26 as a peripheral guide.
  • the return spring 26 is inside the Axial bore 40 is arranged and is supported on the one hand on their closed end.
  • the second support is the End face of the support member 46, which is partially in this axial bore 40 protrudes and this with his opposite end abuts the stopper 22.
  • the Support element 46 is on the inner diameter of the axial bore 40 matched and thus acts as a support at the same time for the return spring 26 as a guide or as a centering for the valve slide 16.
  • a longitudinal channel 54 is formed, which the described Pressure equalization between the remaining side Areas of the slide bore 14 and the return 34th allows.
  • exemplary embodiment 2 on the support element 46 to be dispensed with entirely and instead a return spring 26 insert, which is from the end of the axial bore 40 in the valve spool 16 extends to the inside of the plug 22.
  • the directional control valves according to the invention can be particularly effective for hydraulic control devices, in particular for Use hoists on agricultural tractors.
  • the invention is not on the 3/2-way valves described as examples restricted, but can also be applied to other multi-way valves transfer.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Wegeventil entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiges Wegeventil ist beispielsweise aus der DE 197 36 773 A1 bereits bekannt. Dieses Wegeventil steuert mit Hilfe eines Ventilschiebers Druckmittelverbindungen zwischen einem Zulauf, einem Rücklauf und einem Verbraucher. Der Ventilschieber wirkt dazu mit einer Betätigungseinrichtung zusammen, die, elektrisch angesteuert, ein Steuersignal in eine Linearbewegung wandelt und auf den Ventilschieber überträgt. Dessen Rückstellung in seine Ausgangsposition erfolgt mit Hilfe einer der Betätigungseinrichtung entgegenwirkenden Feder. Beim bekannten Wegeventil sind die Angriffsstellen für die Betätigungseinrichtung und für die Rückstellfeder an einander gegenüberliegenden Enden des Ventilschiebers angeordnet. Ein weiteres Beispiel ist dem Dokument EP-A-774 585 zu entnehmen.
Unter Betriebsbedingungen hat sich gezeigt, daß bei steigendem Druck am Verbraucher der Ventilschieber eine Längsdehnung erfährt. Diese kann an der den Rücklauf steuernden Steuerkante zu einer Erhöhung der Druckmittelleckage führen, da die Länge des Dichtspalts zwischen dem Ventilschieber und der dem Rücklauf zugeordneten Steuerkante abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß am Ventilschieber Kräftegleichgewicht zwischen den von der Betätigungseinrichtung und der Rückstelleinrichtung aufgebrachten Kräften herrscht und daß die Kraft der Betätigungseinrichtung die Schieberposition innerhalb der Schieberbohrung bestimmt. Die Anlagefläche der Rückstellfeder am Ventilschieber kann als Fixpunkt für die Schieberposition angesehen werden, da sich der Kraft der Rückstellfeder über den Hub des Ventilschiebers stark ändert, während die Kraft der Betätigungseinrichtung nahezu unabhängig von der Position des Ventilschiebers ist. Dehnt sich dieser Ventilschieber infolge des ansteigenden Lastdrucks aus, so wirkt sich diese Dehnung in einer Verkürzung der Dichtspaltlänge an der dem Rücklauf zugeordneten Steuerkante aus. Infolgedessen nimmt der Druckmittelstrom zur Last bei steigendem Lastdruck überproportional ab und verschlechtert die Regelcharakteristik des Wegeventils.
Vorteile der Erfindung
Demgegenüber weist ein erfindungsgemäßes Wegeventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß sich die lastdruckbedingte Dehnung des Ventilschiebers nicht in einer Verringerung der Länge des Dichtspalts an der dem Rücklauf zugeordneten Steuerkante auswirkt, sondern daß diese Dehnung zur Vergrößerung des Steuerquerschnitts am Verbraucherkanal beiträgt, während der den Rücklauf steuernde Dichtspalt unverändert bleibt. Die infolge des erhöhten Lastdrucks erhöhte Druckmittelleckage wird durch die Zunahme dieses Steuerquerschnitts am Verbraucherkanal kompensiert, so daß der zur Last fließende Ölstrom auch bei steigendem Lastdruck annähernd konstant bleibt. Damit wird ein Regelventil mit einer verbesserten Regelcharakteristik geschaffen.
Entsprechend den in den Ansprüchen genannten Merkmalen sind dazu nur relativ einfach realisierbare konstruktive Maßnahmen erforderlich, die keine wesentlichen Änderungen an den vorhandenen Bauteilen eines bekannten Wegeventils erfordern. Die bekannten Funktionseigenschaften eines Wegeventils werden nicht beeinträchtigt, die Maßnahmen sind verhältnismäßig kostengünstig durchführbar. Ihre Wirksamkeit ist über eine lange Lebensdauer der Wegeventile gewährleistet.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1 und 2 zeigen Auschnitte erfindungsemäßer Wegeventile im Längsschnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Detaildarstellungen in den Figuren 1 und 2 zeigen Wegeventile 10, mit einem Ventilgehäuse 12. Im Ventilgehäuse 12 ist in einer Schieberbohrung 14 ein Ventilschieber 16 axial beweglich geführt. Die Schieberbohrung 14 durchdringt das Ventilgehäuse 12 und ist an einem ihrer offenen Enden von einer nur angedeuteten Betätigungseinrichtung 18 verschlossen. Diese ist dazu mittels bekannter Befestigungseinrichtungen an einer Stirnfläche des Ventilgehäuses 12 verankert. Bei der Betätigungseinrichtung 18 handelt es sich beispielsweise um eine elektromagnetische Einrichtung, die ein elektrisches Steuersignal mit Hilfe eines nicht gezeichneten Ankers und einer Magnetspule in eine Linearbewegung wandelt und diese mittels eines Betätigungsstößels 20 auf den Ventilschieber 16 überträgt. Anstelle einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 18 können selbstverständlich auch elektrohydraulische, elektropneumatische oder elektromechanische Einrichtungen gleichermaßen eingesetzt werden.
Das der Betätigungseinrichtung 18 gegenüberliegende Ende der Schieberbohrung 14 ist von einem Stopfen 22 verschlossen, der mittels eines Außengewindes in die Schieberbohrung 14 eingeschraubt ist. An seinem dem Ventilschieber 16 zugewandten Ende ist der Stopfen 22 im Außendurchmesser zurückgenommen und mit einer nicht erkennbaren Verzahnung versehen. Dieser Bereich des Stopfens 22 wirkt mit einer Spindel 24 zusammen, die senkrecht zur Schieberbohrung 14 im Ventilgehäuse 12 drehbar gelagert ist. Über eine nicht gezeichnete Antriebseinrichtung für die Spindel 24 läßt sich die Position des Stopfens 22 innerhalb der Schieberbohrung 14 variieren, um die Vorspannung einer sich am Stopfen 22 direkt oder indirekt abstützenden Rückstellfeder 26 zu verändern.
Der Ventilschieber 16 hat eine zylindrische Außenkontur und setzt sich aus Kolbenabschnitten 28 und Verbindungsabschnitten 30 zusammen, die, in axialer Richtung gesehen, abwechselnd aufeinanderfolgen. Damit steuert der Ventilschieber 16 Druckmittelverbindungen zwischen einem Zulauf 32, einem Rücklauf 34 und einem Verbraucherkanal 36, die jeweils im Ventilgehäuse 12 ausgebildet sind und axial beabstandet zueinander in die Schieberbohrung 14 einmünden. Die Mündungsstellen sind dabei als Ringkanäle ausgebildet, so daß sich an der Innenwandung der Schieberbohrung 14 Steuerkanten 38 ergeben, die mit den Kolbenabschnitten 28 des Ventilschiebers 16 in Wirkverbindung treten. Im Verbraucherkanal 36 ist ein Rückschlagventil 39 mit einem federbelasteten Ventilkörper angeordnet, um ein ungewolltes Rückströmen von Druckmittel zu verhindern.
Der Ventilschieber 16 weist eine sacklochartige, zentral angeordnete Axialbohrung 40 auf, deren offenes Ende an dem, dem Zulauf 32 zugewandten Ende des Ventilschiebers 16 liegt.
Radialbohrungen 42 und 44 im Ventilschieber 16 stellen Druckmittelverbindungen zwischen den seitlich des Ventilschiebers 16 verbleibenden Bereichen der Schieberbohrung 14 und dem Rücklauf 34 her, um einen der Schieberbewegung entgegenwirkenden Druckaufbau zu vermeiden.
Im ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ragt in die Axialbohrung 40 ein Stützelement 46 hinein, das aus einem Dorn 48 und einer Stützplatte 50 besteht. Der Dorn 48 ist geringfügig länger als die Axialbohrung 40, ist in seinem Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Axialbohrung 40 und liegt am verschlossenen Ende der sacklochartigen Axialbohrung 40 an. Die Stützplatte 50 ist an dem, dieser Anlagestelle gegenüberliegenden Ende des Stützelements 46 ausgebildet und dient der Rückstellfeder 26 als erste Abstützung. Deren zweite Abstützung bildet die Innenseite des Stopfens 22. Zur Zentrierung des Stützelements 46 ist an einem Ende des Ventilschiebers 16 eine Flachsenkung 52 vorgesehen, deren Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser der Stützplatte 50 übereinstimmt. Die Flachsenkung 52 dient gleichzeitig der Rückstellfeder 26 als umfangseitige Führung.
Mit einem derartigen Stützelement 46 wird der Angriffspunkt der Rückstellkraft und die der Betätigungseinrichtung 18 erfindungsgemäß auf eine gemeinsame Angriffsstelle am Ventilschieber 16 übertragen, wobei diese Angriffsstelle das dem Rücklauf 34 zugewandte Ende des Ventilschiebers 16 ist. Damit wird erreicht, daß eine Dehnung des Ventilschiebers 16 aufgrund eines angestiegenen Lastdrucks im Verbraucherkanal 36 keine Änderung der Überdeckung zwischen den Kolbenabschnitten 28 des Ventilschiebers 16 und der dem Rücklauf 34 zugeordneten Steuerkante 38 bewirkt, sondern daß diese Dehnung eine Vergrößerung des Steuerquerschnitts zwischen der dem Verbraucherkanal 36 zugeordneten Steuerkante 38 und dem entsprechenden Kolbenabschnitt 28 des Ventilschiebers 16 bewirkt. Diese Vergrößerung des Steuerquerschnitts vermag die aufgrund des erhöhten Lastdrucks vergrößerte Druckmittelleckage zu kompensieren, so daß der zum Verbraucher strömende Druckmittelstrom im wesentlichen unverändert bleibt.
Der Grundgedanke der Erfindung, mittels eines Stützelements 46 den Angriffspunkt der Rückstellkraft und den der Betätigungseinrichtung 18 auf die dem Rücklauf 34 zugewandte Seite des Ventilschiebers 16 zu übertragen, ist gleichermaßen beim in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel verwirklicht. Letzteres unterscheidet sich im wesentlichen durch die Anordnung der Rückstellfeder 26 und der Ausbildung des Stützelements 46 vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1.
Gemäß Figur 2 ist die Rückstellfeder 26 im Inneren der Axialbohrung 40 angeordnet und stützt sich einerseits an deren verschlossenen Ende ab. Die zweite Abstützung bildet die Stirnfläche des Stützelements 46, das abschnittsweise in diese Axialbohrung 40 hineinragt und das mit seinem dazu entgegengesetzt liegenden Ende am Stopfen 22 anliegt. Das Stützelement 46 ist auf den Innendurchmesser der Axialbohrung 40 abgestimmt und wirkt dadurch gleichzeitig zur Abstützung für die Rückstellfeder 26 als Führung bzw. als Zentrierung für den Ventilschieber 16. Im Zentrum des Stützelements 46 ist ein Längskanal 54 ausgebildet, der den beschriebenen Druckausgleich zwischen den verbleibenden seitlichen Bereichen der Schieberbohrung 14 und dem Rücklauf 34 ermöglicht.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. So wäre es beispielsweise im Ausführungsbeispiel 2 denkbar, auf das Stützelement 46 ganz zu verzichten und statt dessen eine Rückstellfeder 26 einzusetzen, die sich vom Ende der Axialbohrung 40 im Ventilschieber 16 bis zur Innenseite des Stopfens 22 erstreckt. Besonders wirksam lassen sich die erfindungsgemäßen Wegeventile für hydraulische Regeleinrichtungen, insbesondere für Hubwerke bei Ackerschleppern einsetzen. Die Erfindung ist nicht auf die exemplarisch beschriebenen 3/2-Wegeventile eingeschränkt, sondern läßt sich auch auf andere Mehrwegeventile übertragen.

Claims (7)

  1. Wegeventil (10) mit einem Ventilgehäuse (12), das eine Schieberbohrung (14) aufweist, in der zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen jeweils wenigstens einem Zulauf (32), einen Rücklauf (34) und einen Verbraucherkanal (36) wenigstens ein Ventilschieber (16) verschiebbar geführt ist und mit einer Betätigungseinrichtung (18), die den Ventilschieber (16) entgegen der Kraft einer Rückstelleinrichtung (26) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, die die Kraft der Rückstelleinrichtung (26) und die der Betätigungseinrichtung (18) zu einer gemeinsamen Angriffstelle am Ventilschieber (16) übertragen und daß diese gemeinsame Angriffstelle das dem Rücklauf (34) zugewandte Ende des Ventilschiebers (16) ist.
  2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine am Ventilschieber (16) ausgebildete, sacklochartige Axialbohrung (40) und ein in diese Axialbohrung (40) zumindest abschnittsweise hineinragendes Stützelement (46) umfassen, daß die Öffnung der Axialbohrung (40) an dem vom Rücklauf (34) abgewandten Ende des Ventilschiebers (16) liegt und daß sich die Axialbohrung (40) zumindest bis zu dem über den Rücklauf (34) hinausgehenden Bereich des Ventilschiebers (16) erstreckt.
  3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (26) außerhalb der Axialbohrung (40) angeordnet ist und sich am Ventilgehäuse (12) und an dem aus der Axialbohrung (40) herausragenden Ende des Stützelements (46) abstützt.
  4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (26) innerhalb der Axialbohrung (40) angeordnet ist und sich am Ventilschieber (16) und an dem in die Axialbohrung (40) hineinragenden Ende des Stützelements (46) abstützt.
  5. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberbohrung (14) von einer Betätigungseinrichtung (18) und gegenüberliegend von einem Stopfen (22) verschlossen ist und daß die Position dieses Stopfens (22) innerhalb der Schieberbohrung (14) mit Hilfe einer externen Antriebseinrichtung veränderbar ist.
  6. Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Schneckenradgetriebe ist.
  7. Hydraulische Regeleinrichtung insbesondere für Hubwerke an Ackerschleppern mit wenigstens einem Wegeventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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