WO1996011349A1 - Ventil, insbesondere für wasser- oder emulsions-hydraulik - Google Patents

Ventil, insbesondere für wasser- oder emulsions-hydraulik Download PDF

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Abstract

Das Ventil weist einen in einem Gehäuse (1) verschiebbaren Ventilkolben (2) auf, der zusammen mit einem in einer Nut des Gehäuses (1) sitzenden elastischen Dichtring (14) zwischen einer Zuführung (10) und einer Weiterführung (12) für das Druckmittel in Schließstellung sperrt und der in Öffnungsstellung den Dichtring (14) mit einer Leitung überbrückt, die aus am Umfang des Ventilkolbens (2) achsparallel sich erstreckenden Ausnehmungen (17) besteht. Damit wird der Dichtring in der Öffnungsstellung der Strömung des flüssigen Druckmittels ausgesetzt. Das ist bisher vermieden worden. Nach der Erfindung wird der Dichtring jedoch durch die zwischen den Ausnehmungen verbleibenden vollen Umfangsabschnitte des Ventilkolbens in seinem Sitz in der Nut des Gehäuses gehalten. Außerdem ist die Verschieberichtung des Ventilkolbens (2) in die Schließstellung der Strömungsrichtung von der Zuführung (10) nach der Weiterführung (12) entgegengesetzt vorgesehen. Die Verlegung der Leitung an die Oberfläche des Ventilkolbens in Form der dort sich achsparallel erstreckenden Ausnehmungen vereinfacht die Herstellung und erlaubt, den Querschnitt des Ventilkolbens und damit denjenigen des gesamten Ventils zu verringern.

Description

Beschreibung:
"Ventil, insbesondere für Wasser- oder Emulsions-Hydraulik"
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere für Wasser- oder Emulsions-Hydraulik, mit einem in einem Gehäuse verschiebbaren Ventilkolben, der zusammen mit einem in einer Nut des Gehäuses sitzenden elastischen Dichtring zwischen einer Zuführung und einer Weiterführung für das Druckmittel in Schließstellung sperrt und der in Öffnungs¬ stellung mit einer in ihm herausgearbeiteten Leitung den Dichtring überbrückt.
Ein solches Ventil ist z.B. bekannt aus der DE-OS 37 22 053. Die überbrückende Lei¬ tung besteht nach dem Vorschlag dieser Offenlegungsschrift aus einer Mehrzahl achsparalleler Bohrungen in dem Ventilkolben, die an ihrem Anfang und Ende mit der Oberfläche des Ventilkolben« durch in diesen eingeschnittene schmale Ringspalte ver¬ bunden sind. Gleichfalls bekannt und in der Offenlegungsschrift als Stand der Technik angegeben ist eine axiale Bohrung in dem Ventilkolben, die durch sternförmig angeord¬ nete Radialbohrungen mit dem Umfang des Ventilkolbens verbunden ist.
Der Erfindung liegt als Aufgabe eine Weiterentwicklung in Richtung einer Verringerung des Bauvolumens und/oder de.i. Herstellungsaufwands zugrunde.
Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erfüllt, daß die genannte Leitung aus am Umfang des Ventilkolbens achsparallel sich erstreckenden Ausnehmungen besteht.
Damit wird der Dichtring in der Öffnungsstellung der Strömung des flüssigen Druckmit¬ tels ausgesetzt. Das ist bisher vermieden worden. Nach der Erfindung wird der Dicht- ring jedoch durch die zwischen den Ausnehmungen verbleibenden vollen Umfangsab- schnitte des Ventilkolbens in seinem Sitz in der Nut des Gehäuses gehalten.
Die Verlegung der Leitung an die Oberfläche des Ventilkolbens in Form der dort sich achsparallel erstreckenden Ausnehmungen vereinfacht die Herstellung und erlaubt, den Querschnitt des Ventilkolbens und damit denjenigen des gesamten Ventils zu verrin¬ gern.
Um die Einwirkung der Strömung auf den Dichtring zu verringern, werden vorzugsweise weiter folgende Maßnahmen einzeln oder zu mehreren getroffen: Die Verschiebung des Ventilkolbens in die Schließstellung soll der Strömungsrichtung entgegengesetzt sein, damit nicht beim Verschieben in die Schließstellung die Endkan¬ ten der Ausnehmungen zusätzlich zu der Strömung in seiner Querrichtung schiebend auf den Dichtring einwirken.
Der Durchgangsquerschnitt des Ventils sollte in Strömungsrichtung hinter dem Dicht¬ ring kleiner als vor dem Dichtring sein, um damit die Strömungsgeschwindigkeit und den Kraftangriff an dem Dichtring zu vermindern. Dafür kann der Durchgangsquer¬ schnitt hinter dem Dichtring durch einen Ringspalt zwischen dem Ventilkolben und dem Gehäuse verkleinert sein.
Das Ventil ist vor allem für Einsatzfälie vorgesehen, in denen die Strömungsmengen gering sind, etwa unter 2,5 l/min. Insbesondere ist es als Vorsteuerventil in der Berg- bauhγdraulik vorgesehen. Dort eignet es sich wegen seines kleinen Bauvolumens - Kolbendurchmesser z.B. zwischen 3 und 5 mm - besonders für elektrische Betäti¬ gung. Kleine Verbraucher können aber auch unmittelbar gesteuert werden.
Das Ventil ist geeignet für Drücke etwa bis 1000 bar.
Konkreter ist das Ventil insbesondere in Kombination mit einem anderen Ventilteil vor¬ gesehen, um in der genannten Öffnungsstellung einen Verbraucher mit dem Rücklauf zu verbinden, den in der genannten Schließstellung das andere Ventilteil mit einer Druckmittelquelle verbindet.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung ist die Kombination speziell mit einem Ventilteil nach der älteren Patentanmeldung P 40 25 084.3, in dem in einer mit der Druckmittel¬ quelle verbundenen Leitung ein mit einem axialen Durchlaß einen Teil dieser Leitung bildender Kolben angeordnet ist, der auf seiner einen Stirnseite mit dem in dieser Lei¬ tung herrschenden Druck beaufschlagt ist und auf seiner anderen Stirnseite quer an dem genannten Ventilkolben anliegt, der einen Durchlaß nach der genannten Zuführung hin aufweist, dessen Eingang in der genannten Öffnungsstellung neben und in der genannten Schließstellung, d.h. der Öffnungsstellung des anderen Ventilteils, unmittel¬ bar an dem Ausgang des Durchlasses des Kolbens liegt.
Diese Kombination ermöglicht eine besonders geringe Baugröße des Gesamtventils bei hoher Funktionssicherheit, auch hinsichtlich Leckverlusten.
Der Ventilkolben weist für diese Kombination seine genannten Ausnehmungen vor¬ zugsweise in Form zweier einander gegenüber angeordneter, flacher, ebener Aus¬ schnitte auf; der Kolben liegt an dem einen Ausschnitt an, und der Durchlaß erstreckt sich als Querbohrung von diesem Ausschnitt zu dem anderen. Der Kolben, der Durchlaß und, als Bohrung in dem Gehäuse, die genannte mit dem Verbraucher verbindende Zuführung folgen dann in der genannten Schließstellung vor¬ zugsweise gradlinig aufeinander und erlauben damit einen ungehinderten, schnellen Durchfluß in dem geöffneten Ventilteil. Liegt in der Öffnungsstellung des Ventils der Durchlaß neben dem, damit verschlossenen, Kolben, so verbindet er dann die beiden flachen Ausschnitte des Ventilkolbens, womit auch der der Zuführung abgekehrte Aus¬ schnitt für die den genannten Dichtring überbrückende Leitung nutzbar wird.
Wie auch schon nach dem oben erwähnten älteren Vorschlag besteht der, vorzugs¬ weise an der Seite der genannten Druckbeaufschlagung ferner federbelastete, Kolben bevorzugt aus einem dichtend an dem Ventilkolben anliegenden Kunststoff, und zweckmäßigerweise ist die an dem Ventilkolben anliegende Stirnfläche ballig oder konisch, so daß eine vergrößerte Flächenpressung entsteht.
Die Zeichnungen geben Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ventil in axialem Schnitt,
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem zweiten Ventil in axialem Schnitt,
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem dritten Ventil in axialem Schnitt,
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Einzelteil (Ventilkolben) aus Fig. 1 bis 3,
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen anderen Ventilkolben und
Fig. 6 zeigt ein vollständiges, viertes Ventil in axialem Schnitt.
Fig. 1 bis 3 sind beschränkt auf einen, im wesentlichen gleichen, Gehäuse-Einsatz 1 mit einem Ventilkolben 2, auch diese nur abgeschnitten dargestellt. Im vollständigen Ventil sitzt der, zylindrische, Gehäuse-Einsatz 1 in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise in einer entsprechenden Ausnehmung eines in Fig. 6 mit 3 bezeichneten Gehäuse-Außenteils.
Dabei trennen drei in Umfangsnuten des Gehäuse-Einsatzes 1 sitzende, zwischen die¬ sem und dem Gehäuse-Außenteil wirksame Dichtringe 4, 5 und 6 zwei dazwischen am Umfang des Gehäuse-Einsatzes 1 herausgearbeitete Ringräume 7 und 8 voneinander ab. In den Ringraum 7 mündet ein durch das Gehäuse-Außenteil geführter Zugang. Aus dem Ringraum 8 führt durch das Gehäuse-Außenteil ein Ausgang heraus. Für den Zugang und den Ausgang weist das Gehäuse-Außenteil Anschlüsse auf.
Der Gehäuse-Einsatz 1 nimmt den, im ganzen zylindrischen, Ventilkolben 2 verschieb¬ bar in einem, im ganzen zylindrischen, Innenraum 9 auf.
Radiale Bohrungen 10 erstrecken sich als Zuführung aus dem Ringraum 7 in den Innen¬ raum 9, wo sie in einem an dessen Wand herausgearbeiteten Ringraum 1 1 ausmünden. Weitere radiale Bohrungen 1 2 verbinden als Weiterführungen den Innenraum 9 mit dem Ringraum 8.
Entsprechend den Dichtringen 4 bis 6 teilen in Ringnuten des Gehäuse-Einsatzes 1 sitzende Dichtringe 13, 14 und 15 in dem Innenraum 9 zwei Kammern ab; die eine Kammer ist im wesentlichen durch den Ringraum 1 1 gebildet, die andere Kammer 16 durch eine kleine Vergrößerung des Innendurchmessers des Gehäuse-Einsatzes 1 zwi¬ schen den die Dichtringe 14 und 1 5 aufnehmenden Nuten.
Die Dichtringe 13 bis 15 sind in Fig. 1 bis 3 angesichts ihrer gleichen Stellung im Ventil gleich bezeichnet. Sie haben jedoch unterschiedliche Form. In Fig. 1 sind sie O-Ringe. In Fig. 2 sind sie Lippen-Dichtringe; der mittlere ist derjenigen Seite zugekehrt, von der er allein Druck erhält. In Fig. 3 ist eine, an sich bekannte, Dichtring-Kombination mit einem inneren, härteren Gleitring und einem äußeren, weicheren Druckring dargestellt.
Der Ventilkolben 2 weist zwei einander gegenüberliegende, flach und eben ausge¬ schnittene Ausnehmungen 17 auf. Die Ausnehmungen 17 sind am linken Ende bei 18 schräg eingeschnitten, d.h. ihre Umrißkante ist hier elliptisch gebogen.
In der in Fig. 3 gezeichneten Schließstellung des Ventils liegen alle drei Dichtringe 13 bis 1 5 am vollständigen kreisförmigen Umfang des Ventilkolbens 2 an. Der Ringraum 1 1 ist von der Kammer 16 getrennt, der Druck ist im Ringraum 1 1 eingekapselt. In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Öffnungsstellung ist der Ventilkolben 2 so weit nach links verschoben, daß die beiden Ausnehmungen 17 sich unter dem Dichtring 14 hin¬ weg erstrecken, d.h. ihn überbrücken und den Ringraum 1 1 mi+ der Kammer 16 ver¬ binden. Das Druckmittel strömt in den Ausnehmungen 17 an o i Dichtring 14 vorbei. Der Dichtring 14 bleibt dabei aber in seiner Nut sicher gehalten, da er auf den beiden Umfangsabschnitten zwischen den Ausnehmungen 17 an dem Ventilkolben 2 anliegt. Der Kraftangriff der Strömung an dem Dichtring 14 wird weiter dadurch vermindert, daß der Durchgangsquerschnitt hinter dem Dichtring 14 in der, nur aus einem Ringspalt bestehenden, Kammer 16 verringert ist.
Bei der Verschiebung in die Schließstellung schont der schräge Einschnitt 18 den Dichtring 14.
Ein Rückfluß und eine umgekehrte Druckbeaufschlagung des Dichtrings 14 sind nicht vorgesehen.
Statt eines Rückflusses durch den erwähnten Ausgang, den Ringraum 8 und die Boh¬ rungen 12 kann man eine Abzweigung zu einer weiteren in demselben Gehäuse-Einsatz 1 und mit demselben Ventilkolben 2 eingerichteten Ventil-Anordnung 4 bis 18 legen, die sich in Schließstellung befindet, wenn die erstere Ventil-Anordnung 4 bis 18 geöff¬ net ist und umgekehrt. Eine Lösung, die nur geringere Baulänge erfordert, ist jedoch in Fig. 6 gezeigt:
Das in Fig. 6 dargestellte Gehäuse-Außenteil 3 ist oben bereits erwähnt worden. Es ist mit einem Verbraucheranschluß A und einem Rücklaufanschluß R versehen, beide als Steck-O-Anschluß gestaltet.
In dem Gehäuse-Außenteil 3 sitzt in der oben für den Gehäuse-Einsatz 1 bezeichneten Weise ein Gehäuse-Einsatz 21. Ebenso wie dieser sind seine Einzelteile und -gestaltun- gen mit gegenüber den entsprechenden Einzelteilen und -gestaltungen des Gehäuse- Einsatzes 1 jeweils um 20 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Die Ventil-Anordnung 24 bis 38 verbindet hier den Verbraucher A mit dem Rücklauf R. Zur Verbindung des Verbrauchers A mit einer Pumpenleitung ist sie kombiniert mit einem anderen Ventilteil wie folgt:
In dem Gehäuse-Einsatz 21 ist an dessen freier Stirnseite ein Steck-O-Anschluß als Pumpenanschluß P gestaltet. Von diesem erstreckt sich eine achsparallele Verbin¬ dungsbohrung 39 zu einem in Querrichtung in dem Gehäuse-Einsatz 21 ausgebohrten Hohlzylinder 40. Der Hohlzylinder 40 ist an seiner Außenseite durch einen einge- schraubten Stopfen 41 mit Dichtring 42 abgeschlossen. Auf der anderen Seite ist ein durch einen Dichtring 43 gegenüber der Zylinderwand abgedichteter Kolben 44 aus dem Hohlzylinder 40 herausgeführt. Der Kolben 44 besteht aus einem kleinen Kunst- stoff-Röhrchen von im Beispiel 1 ,4 mm Außendurchmesser und 0,5 mm Innendurch¬ messer. Über einen ringförmigen Federteller 45 steht der Kolben 44 unter der Kraft einer Feder 46, die ihn auf der ebenen Fläche der einen Ausnehmung 37 an den Ventil¬ kolben 22 andrückt. Darüber hinaus wird ein vielfach größerer Druck auf den Kolben 44 ausgeübt durch den in dem Hohlzylinder 40 anstehenden Pumpendruck.
Die stirnseitige Anpressung des Kolbens 44 an dem Ventilkolben 22 schafft einen dich¬ ten Verschluß.
Für die Ventil-Anordnung 24 bis 38 ist das die Öffnungsstellung. Der Verbraucher A ist über den Ringraum 27, die Bohrung(en) 30, die beiden, durch eine Querbohrung 47 verbundenen. Ausnehmungen 37 einen an die Stelle der schmalen Kammer 16 getrete¬ nen Ringraum 36, die Bohrung(en) 32 und den Ringraum 28 mit dem Rücklauf R ver¬ bunden. Auch hier verengt dabei ein Spalt 48 den Strömungsquerschnitt hinter dem Dichtring 34.
In der Schließstellung der Ventil-Anordnung 24 bis 38 liegt die Querbohrung 47 in der Fortsetzung des Durchlasses des Kolbens 44, so daß der Verbraucher A mit der Pum¬ penleitung P verbunden ist.
Für die Kombination der Ventil-Anordnung 24 bis 38 mit dem anderen Ventilteil 39 bis 47 ist gegenüber der Ventil-Anordnung 1 bis 18 lediglich die Länge der Ausnehmungen 17 bzw. 37 geringfügig vergrößert worden. Mit ihrer sehr geringen Baugröße, siehe den in Fig. 6 eingezeichneten Maßstab, ist das Gesamtventil konzipiert als elektrisch durch einen Magneten 49 betätigtes hydraulisches Vorsteuerventil in der Bergbau- Hydraulik.
Für Handsteuerung könnte es mit einem gestrichelt eingezeichneten Griffknopf 50 ver¬ sehen sein. Eine Anschlageinrichtung 51 definiert dabei die Schließstellung und die Öffnungsstellung.
Für eine Anwendung der Ventil-Anordnung 1 bis 18 zur Direktsteuerung kleiner Ver¬ braucher würde man z.B. die beiden Ausnehmungen 17 ersetzen durch einen Kranz von Ausnehmungen 52, wie in Fig. 5 dargestellt.

Claims

Patentansprüche:
1 . Ventil, insbesondere für Wasser- oder Emulsions-Hydraulik, mit einem in einem Gehäuse (1 ;3,21 ) verschiebbaren Ventilkolben (2;22), der zusammen mit einem in einer Nut des Gehäuses (1 ;21 ) sitzenden elastischen Dichtring (14;34) zwischen einer Zuführung (10;30) und einer Weiterführung (12;32) für das Druckmittel in Schließstellung sperrt und der in Öffnungsstellung mit einer in ihm herausgearbeite¬ ten Leitung den Dichtring (14;34) überbrückt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Leitung (17;37;52) aus am Umfang des Ventilkolbens (2;22) achsparallel sich erstreckenden Ausnehmungen (17;37;52) besteht.
2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verschieberichtung das Ventilkolbens (2;22) in die Schließstellung der Strömungsrichtung von der I .führung (30) nach der Weiterführung (32) entgegen¬ gesetzt ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsquerschnitt des Ventils in Strömungsrichtung hinter dem Dicht¬ ring (14;34) kleiner (16;48) als vor dem Dichtring (14;34) ist.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsquerschnitt hinter dem Dichtring (14; 34) durch einen Ringspalt (16;48) zwischen dem Ventilkolben (2;22) und dem Gehäuse (1 ;21 ) begrenzt ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein, insbesondere elektrisch betätigtes (49), Vorsteuerventil der Berg¬ bauhydraulik ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in der genannten Öffnungsstellung einen Verbraucher (A) mit dem Rücklauf (R) verbindet und mit einem anderen Ventilteil (39-47) kombiniert ist, das in der genannten Schließstellung den Verbraucher (A) mit einer Druckmittelquelle (P) ver¬ bindet.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem anderen Ventilteil (39-47) in einer mit der Druckmittelquelle (P) verbun¬ denen Leitung (39,40,44) ein mit einem axialen Durchlaß einen Teil dieser Leitung (39,40,44) bildender Kolben (44) angeordnet ist, der auf seiner einen Stirnseite mit dem in dieser Leitung (39,40,44) herrschenden Druck beaufschlagt ist und auf sei¬ ner anderen Stirnseite quer an dem genannten Ventilkolben (22) anliegt, der einen Durchlaß (47) nach der genannten, mit dem Verbraucher (A) verbindenden Zufüh¬ rung (30) hin aufweist, dessen Eingang in der genannten Öffnungsstellung neben und in der genannten Schließstellung unmittelbar an dem Ausgang des Durchlasses des Kolbens (44) liegt.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (44) an dem Ventilkolben (22) an einer der genannten Ausnehmun¬ gen (37) anliegt, die flach und eben ausgeschnitten ist.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (22) zwei flach und eben ausgeschnittene Ausnehmungen (37) einander gegenüber aufweist und der Durchlaß (47) eine Querbohrung (47) von der einen Ausnehmung (37) zur anderen ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (44), der Durchlaß (47) und, als Bohrung (30) in dem Gehäuse (21 ), die genannte Zuführung (30) in der genannten Schließstellung geradlinig aufeinanderfolgen.
1 1 . Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der, vorzugsweise an der Seite der genannten Druckbeaufschlagung ferner federbelastete (46), Kolben (44) aus einem dichtend an dem Ventilkolben (22) anliegenden Kunststoff besteht. 2. Ventil nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (44) mit einer balligen oder konischen Stirnfläche an dem Ventil¬ kolben (22) anliegt.
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