WO1998003796A1 - Ventilkolben für ein als 4/3-wege-ventil ausgebildetes lineares schieberventil - Google Patents

Ventilkolben für ein als 4/3-wege-ventil ausgebildetes lineares schieberventil Download PDF

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WO1998003796A1
WO1998003796A1 PCT/EP1997/003775 EP9703775W WO9803796A1 WO 1998003796 A1 WO1998003796 A1 WO 1998003796A1 EP 9703775 W EP9703775 W EP 9703775W WO 9803796 A1 WO9803796 A1 WO 9803796A1
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piston
groove
central
valve
segments
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PCT/EP1997/003775
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Inventor
Horst Rohn
Original Assignee
Horst Rohn
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Classifications

    • 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

Definitions

  • Valve piston for a linear slide valve designed as a 4/3-way valve
  • the invention relates to a valve piston for a linear slide valve designed as a 4/3-way valve, which is used to control the operation of a hydraulic consumer, e.g. a double-acting linear cylinder or for controlling a rotary hydraulic motor in alternative feed or rotation directions, and with the other generic features mentioned in the preamble of claim 1.
  • valve pistons are provided for the frequently required type of pressure-operated slide valve, in the functionally neutral basic position of which the consumer is shut down, both consumer connections of the valve are blocked against the P and T supply connections, but these are connected to one another, so that a load-free circulation operation of the pump of the Pressure supply unit is possible.
  • Pistons of the type mentioned are generally known in connection with the valve type explained. They have axial channels delimited from one another by a central partition wall of the piston, each of which has a transverse anal, on the one hand with a central P A ⁇ or P ß groove and on the other hand with a T ft or a T ß groove of the piston are in communicating connection, between which A and B control grooves of the piston are arranged, which are shut off in the basic position (0) of the piston against the supply connections of the valve.
  • valve pistons of the type mentioned are apart from plugs, by means of which axial blind bores, which form the axial sections of the PT connecting channels, are sealed on one side and are made in one piece.
  • the known valve pistons have at least the following disadvantages:
  • the production of the detailed piston center pieces is correspondingly complex and requires a lot of machine time since the individual contour areas, channels and threads for screwing in the plugs can only be machined one after the other in one piece per piston center piece, which is particularly necessary for the milling of the transverse channels arranged diametrically opposite one another in pairs and the cutting of the threads for the plugs, which must be done by blasting for reasons of accuracy.
  • the transverse channels are milled out using a side milling cutter, the axis of rotation of which runs parallel to the central longitudinal axis of the piston center piece, the cutter being moved radially, then the transverse channels have inner and outer orifices with a rectangular border, the azimuthal width of which, seen in the circumferential direction, from the inside increases towards the outside, but the effective flow cross-section is determined by the clear cross-sectional area of the inner mouth opening of the respective transverse channel. To this extent, it must be accepted that the webs of the piston extending between the openings in the mouth are weakened, which is undesirable for reasons of stability.
  • the transverse channels are milled out by means of a shaft cutter with an axis of rotation extending radially to the central longitudinal axis of the piston, the cutter forming of elongated holes is shifted in the axial direction, so that there are parallel longitudinal boundary surfaces of the transverse channels, it must be accepted, compared to rectangular opening cross sections, that there are rounding-reducing roundings at the elongated hole ends, which is technically undesirable.
  • the cross-channels can be designed as slots with flat longitudinal boundary surfaces, which connect at right angles to their respective flange-side and in turn flat cross-sections, by milling the P-segment and the end segments using both an end mill or a disk cutter, with each other in pairs diametrically Opposite and azimuthally equidistant slots can be milled in a single milling operation without the workpiece having to be moved, the path of the milling cutter being expediently chosen such that the longitudinal boundary surfaces of the slots of the P segment and / or the end segments are parallel to run a radial plane containing the central longitudinal axis of the piston, which is also the central plane of the slots.
  • the strength of the composite piston consisting of segments in this way corresponds at least to that of a one-piece piston of the same shape.
  • the piston elements axially closing the central channels, including the end pins centering the valve springs, can be made in one piece with the end segments, so that no sealing or wear problems can occur at the piston ends.
  • a grinding of the piston flanges to the required dimension after the piston segments have been soldered together can be carried out as with a conventional piston.
  • Brazing material required for soldering the piston segments can be used as Solder paste, which contains the solder material in fine-grained distribution, should be arranged in a ring-strip distribution in the area of the joint edges marked by the A and B piston segments.
  • jacket elements of the central P-segment of the piston and / or its end segments can also be provided with blind bores from their end faces for the reception of fixed solder pieces, as provided in accordance with claim 7.
  • FIG. 1 shows a 4/3 way valve equipped with a valve piston according to the invention in a schematically simplified longitudinal sectional illustration
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram to explain the function of the valve according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows the design of piston segments, from which the valve piston is composed, in an exploded view of the individual piston segments along its central longitudinal axis, partly in section along a radial plane of the piston containing the central longitudinal axis;
  • Figure 3a shows a section along the plane Illa-IIIa of Fig. 3.
  • FIG. 3b shows a section along the plane III-IIIb of FIG. 3;
  • Fig. 3c shows a section along the plane IIIc-IIIc of Fig. 3 and
  • Fig. 4 shows a modified design in a sectional view corresponding to Fig. 3c
  • the three-position valve designated overall by 10 in FIG. 1, is designed in a known design of its housing 11 and configuration of its valve piston, designated overall by 12, as a linear slide valve which conveys the function of a 4/3-way valve, by means of it, for example Feeding and retracting movements of the piston 13 of a double-acting linear hydraulic cylinder, designated overall by 14 in FIG. 2, and its standstill phases can be controlled.
  • the valve 10 has a P-supply connection 26, which is connected to the high-pressure outlet 23 of a pressure supply unit, generally designated 24, and a T-supply connection 28, which is connected to the unpressurized reservoir 27 of the pressure supply unit, and an A-consumer connection 29, which is shown in FIG 2 illustrated application example with the one - left - drive pressure chamber 31 of the Hydraulic cylinder 14 is connected, and a B-consumer port 32, which is connected to the other - right - drive pressure chamber 33 of the hydraulic cylinder 14.
  • the consumer connections 29 and 32 are blocked against the supply connections 26 and 28, but these are connected to one another via a circulation flow path 34, so that the pump 36 of the pressure supply unit 34 can operate in circulation operation.
  • the A consumer connection 29 of the valve 10 is connected to the P supply connection 26 via a flow path 37 thereof , while the B consumer connection 32 is connected to the T supply connection 28 of the valve via a relief path 38.
  • the piston 13 of the hydraulic cylinder 14 moves in the direction of the arrow 21 - to the right.
  • the valve 10 By pressurizing the B control chamber 19 and relieving the pressure in the A control chamber 18 of the valve 10, the valve 10 reaches its functional position II, in which the B consumer connection 32 is connected to the P supply connection 26 via a flow path 39, while the A consumer connection circuit 29 is connected via a relief path 41 of the valve 10 with its T supply connection 28.
  • the piston 13 of the hydraulic cylinder 14 moves in the direction of the arrow 27 - to the left.
  • a 4/3 way solenoid valve 42 is used as a pilot valve in the illustrated application example provided that in its functional position I the pressurization of the A control chamber 18 of the main control valve 10 and the pressure relief of the B control chamber 19 thereof, alternatively in the functional position II the pressurization of the B control chamber 19 and the pressure relief of the A control chamber 18 of the Main control valve mediates and in its basic position 0 shuts off its P supply connection 26 'against the consumer connections 29' and 32 ', but connects them to the T supply connection 28', whereby both control chambers 18 and 19 of the main control valve 10 lead to the reservoir 27 of the pressure supply unit 24 can be relieved of pressure.
  • the elongated cylindrical piston 12 is arranged in a central axially continuous bore 43 of the housing 11 to slide back and forth, which is provided centrally with a cross-sectional widening, designed as an annular groove P-connecting groove 44, which with the P-supply connection 26 of Housing 11 is in a constantly communicating connection via a connection channel.
  • the P-connection groove is between an A-ring groove, which is in constant communication with the A-consumer connection of the housing 11 via a further housing channel, and a B-ring groove 47, which is likewise via a housing channel with the B-consumer connection 32 of the valve 10 is in communicating connection, arranged.
  • the groove arrangement of the housing 11 comprising the A-groove 46, the central P-connection groove 44 and the B-ring groove 47 is arranged between a T-ring groove 48 and a T-ring groove 49, both of which are connected to the T supply connection 28 of the valve 10 have a communicating connection.
  • the valve piston 12 is provided with outer ring grooves that reduce its cross section in sections, a central P-groove arrangement 51, 52 of the piston 12 being arranged between an A groove 53 and a B ring groove 54 of the piston 12 and one of its A groove 53 includes adjacent P-groove 51 and a P-groove 52 adjacent to the B-groove 54 of the piston,
  • valve piston 12 comprising groove arrangement is arranged between end flanges 57 and 58 of the piston 12, which on the one hand the axially movable limitation of each of the control chambers 18 and 19 of the valve 10 and on the other hand the respective axially outer, radial limitation of one of the A-groove 46 of the piston adjacent T-groove 59 of the piston 12 or one of the B-groove 54 of the piston 12 adjacent T Q- groove 61.
  • the P-groove 51 adjacent to the A-groove 53 of the piston 12 is via a centric piston channel 62 coaxial with the A-groove, into which at least one transverse channel 63 originating from the P-ring groove 51 of the piston 12 and at least one transverse channel 64 emanating from the T. ring groove 59 of the piston 12, communicatively connected.
  • the P B groove adjacent to the B groove 54 of the piston 12 is the same with the its B groove 54 adjacent T n groove 61 via a central piston channel 66 coaxial with the B groove 54, into which at least one transverse channel 67 starting from the P groove 52 of the piston and at least one from the T groove 61 of the Piston outgoing cross channel 68 open, communicatively connected.
  • the axial widths of the A-groove 46 of the housing 11 and the A-groove 53 of the piston 12, on the one hand, and the axial widths of the B-groove 47 of the housing 11 and the B-groove 54 of the housing 11, on the other hand, are matched to one another that the A-grooves 47 and 53 and the B-grooves 49 and 54 are in constantly communicating connection within the possible deflection range of the piston 12.
  • the piston 12 is composed of a total of five piston segments ⁇ 71 to 75 arranged along a common longitudinal axis 69, the design of which is best shown in the exploded view in FIG. 3 and in the sectional views in accordance with FIGS. 3a, 3b and 3c, the details of which reference is made up.
  • the piston comprises a central P-segment 71, which is formed symmetrically with respect to its transverse central plane 77, which runs at right angles to the central longitudinal axis 69. Together with the radially outer area of an annular disk-shaped central section 78, it forms the central piston flange 56 which presses the PA ⁇ groove 51 of the piston 12 against it 52 each delimited on the inside.
  • the central P segment 71 is also, as shown in FIG. 3c, symmetrical to a radial longitudinal central plane 79 containing the central longitudinal axis 69 of the piston 12.
  • jacket elements 81 have the same inner radius r. Over their entire axial extent, but on sections 81 ′ and 81 ′′, which adjoin one another via a radial shoulder 86, have different outer radii r A “or ra, the directly adjacent to the inner section 81 'of the respective jacket element 81, which is in the form of a ring-shaped central section 78 of the P segment 71, has the larger outer radius (r.) than the axially outer section 81 ′′, which has the outer radius r.
  • the free end faces 87 of the outer jacket sections 81 ′′ run, in the special embodiment shown, in pairs — in a coplanar manner in planes 87 ′ parallel to the transverse center plane 77 of the P segment 71.
  • the radius R of the annular disk-shaped central section 78 of the P segment corresponds, apart from an undersize in the range of a few ⁇ m, which is required for the piston 12 to move freely in the bore 43 of the valve housing 11, the radius of the bore.
  • the radial shoulders 86 of the casing elements 81 run in pairs coplanar in the plane 86 'parallel to the central transverse central plane 77.
  • the A-piston segment 72 can be attached to the central P-segment 12 from the one side, as shown in FIG. 3, and the B-piston segment 73 from the other side.
  • the outer casing surface of the tubular casing 96 which extends between the end flanges 88 and 89 of the A segment 72 and the B segment 73 has a cylindrical section 97 which is different from that the end flange 88 facing the central P segment extends and extends over a little more than half the axial distance of the end flanges 88 and 89 of the respective A and B segments 72 and 73, respectively, and adjoins a flat section adjoining this cylindrical section 97 conical section 98, the radius of which increases slightly up to the end flange 89, the largest diameter of the conical section 98 being still significantly smaller than that Diameter D of the adjoining end flange 89.
  • the diameter d 'of the outer bore output stage 93 of the A and B segments 72 and 73 is somewhat larger than the diameter d 3 of the bore facing the central P segment 71
  • Power stage 92 of the step bore 91 of the respective A or B piston segment 72 or 73 is provided.
  • the axial depth of the central P segment 71 facing Bore steps 92 of the A and B segments 72 and 73 correspond to the axial dimensions of the outer sections 81 ′′ of the jacket elements 81 of the P segment 71, so that this can be supported on the inner annular shoulders 99 with the coplanar end faces 87 of the jacket elements 81, which offset the bore steps 92 of the A and B segments 72 and 73 facing the central P segment 71 against their middle bore steps 94.
  • the end segments 74 and 75 which can be attached to the A and B segments 72 and 73 as end pieces of the piston 12, each form one of the end flanges 57 and 58 of the valve piston 12 with a circular cylindrical base body, which the A control chamber 18 and the B Define the control chamber 19 of the slide valve 10 against its T. ring groove 48 or its T R ring groove 49.
  • shell elements 101 Starting from the base body of the respective end segment 74 or 75, pointing to the adjacent A or B segment 72 or 73, shell elements 101, the geometric shape of which is analogous to that of the shell elements 81 of the central P segment 71.
  • the axial extent of the outer sections 101 ′′ of the casing elements 101 corresponds to the axial depth of the outer bore step 93 of the adjacent A or B segment 72 or 73, which is offset by a radial annular shoulder 103 against the middle bore step 94.
  • the outer radius r of the inner sections 101 ′′ of the casing elements 101 which are defined by a narrow ring in the radial direction shoulder 104 against the end flange 57 or 58 of the respective end segment 74 or 75, corresponds to the outer radius r of the inner sections 81 'of the casing elements 81 of the central P-segment 71.
  • transverse slits 82 of the central P-segment 71 correspond to transverse slits 106 which, viewed in the axial direction, extend between the coplanar end faces 107 and the plane of the narrow annular shoulder 104 which separate the respective piston flange 57 and 58 against the casing elements 101 of the end segments 74 or 75, have the same design and clear dimensions as the transverse slots 82 of the central P segment 71.
  • the inner radius r. of the jacket elements 101 surrounding the transverse slots 106 of the end segments 74 and 75 is determined by the radius of one of the blind bores 108 of the respective end segment 74 or 75, the bottom of the bore 109 within the end flange 57 or 58 of the respective end segment 74 or 75 lies, which is advantageous in terms of production technology.
  • the end segments 74 are manufactured from cylindrical steel blanks, the diameter of which is slightly larger than the largest diameter D of the piston segments 74 and 75. There is also a small length oversize in the axial direction, so that the axial extent of the outer sections 101 '' of the sector-shaped casing elements 101 can then be adjusted exactly to the axial depth of the bore step 92 of the adjacent A or B segment 72 or 73 facing the end segment 74 or 75 by turning and / or milling or grinding.
  • the blank of the respective end segment 74 or 75 is first turned over a section of its length to the diameter of a centering pin 111 for the respective valve spring 16 or 17, which is supported on the housing side on a plug 112, which limits the axial pressure-tight limitation of the respective control chamber 18 on the housing side or 20 forms.
  • the axial blind bore 108 is introduced from the end face of the blank lying opposite it, which still projects into the end flange 57 of the piston segment 74 or 75 with a short axial section of its cylindrical region.
  • the transverse slots 106 are milled by means of a disk milling cutter with a rotation axis running parallel to the central longitudinal axis 69 or by means of an end mill with a rotation axis running perpendicular to the central longitudinal axis 69, the slot cheeks 106 'of which run parallel to one another and are aligned with one another in pairs.
  • This is followed by the fine machining of the free ends of the remaining sector-shaped jacket elements 101, by means of which the most exact coplanarity of their end faces 107 and the desired length of the outer sections 101 ′′ of the jacket elements 101 is achieved.
  • the central P-segment 71 which is located on both sides of its central, circular disk-shaped Migen flange 56 is manufactured with the shape according to the jacket elements 101 corresponding jacket elements 81.
  • a firmly bonded soldered connection is made in the area of the free end faces 107 and the radial shoulder surfaces 102 as well as the curved jacket surfaces of the outer sections 101 ′′ of the jacket elements 101 of the end segments 74 and 75 extending between them and between the free end faces 87 of the outer sections 81 '' of the shell elements 81 of the P segment, the shoulder surfaces 86 of which are coaxial with the free end faces 87 and the outer shell surfaces extending therebetween and the shoulder-shell and flange surfaces of the A and B segments 72 and 73 which respectively touch them.
  • the total cross-section of the radially extending surfaces of the integral connection thus corresponds to the cross-sectional area of the inner sections 81 'of the sector-shaped casing elements 81 of the P-segment 71 or the cross-sectional area of the inner sections 101' of the sector-shaped casing elements 101 of FIG End segments 74 and 75.
  • the section-like cylindrical outer surfaces of the outer sections 81 ′′ or 101 ′′ of the sector-shaped casing elements 81 and 101 of the P segment 71 or of the end segments 74 and 75 this "axial" contribution to the effective area of the cohesive connection, its strength is effectively increased, so that the piston soldered together from the segments 71 to 75 can be subjected to the same axial loads as an integral piston thereof Basic form.
  • the hard solder preferably copper or bronze solder, used to achieve the integral connection of the piston segments 71 to 75, is arranged in a ring within the A and B segments 72 and 73 in the immediate vicinity of the ring shoulders 99 and 103, both solder paste, which, as indicated schematically in FIG. 3 for the A segment 72, is applied in the form of flat ring beads 117, and also fixed solder, which is introduced in the form of prefabricated rings made of wire or flat strip material and in a suitable manner frictionally in the respective A and B Segment is fixed, is usable. With this arrangement, the molten solder is drawn into the soldering gap with sufficient certainty by the capillary action.
  • a favorable relation of the material cross-sectional areas of the sector-shaped jacket elements to the free slot cross-sectional areas can also be achieved in that, as shown in FIG. 4 in a sectional view corresponding to FIG. 3c, a total of four longitudinal slots 82 'aligned with one another are provided , whose center planes intersect at right angles or another even number of such slots, which are arranged in an axially symmetrical grouping with respect to the central longitudinal axis of the P segment and the end segments.

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Abstract

Bei einem Ventilkolben für ein als 4/3-Wege-Ventil ausgebildetes lineares Schieberventil (10), das eine Funktionsstellung (I) hat, in der ein A-Verbraucheranschluß (29) des Ventils (10) mit einem Druck (P)-Versorgungsanschluß (26) und ein B-Verbraucheranschluß (32) mit einem Tank (T)-Versorgungsanschluß (28) verbunden ist, eine hierzu alternative Funktionsstellung (II), in der der B-Verbraucheranschluß (32) mit dem Druck (P)-Versorgungsanschluß (26) und der A-Verbraucheranschluß (29) mit dem Tank (T)-Versorgungsanschluß (28) verbunden sind, sowie eine Grundstellung (0), mit der eine Mittelstellung des Kolbens (12) verknüpft ist in der die A- und B-Verbraucheranschlüsse (29 und 32) gegen die (P)- und (T)-Versorgungsanschlüsse (26 und 28) abgesperrt sind, umfaßt der Kolben (12) ein zentrales P-Segment (71), das beidseits eines mittig angeordneten, zentralen Flansches (56) angeordnete, topfförmige Abschnitte umfaßt, die Endabschnitte zentraler Kolbenkanäle (62, 66) bilden, des weiteren zwei an das zentrale P-Segment (71) eingesetzte A- und B-Segmente (72 und 73), die mit radialen Endflanschen (88 und 89) die Nutwangen einer A- und einer B-Nut (53 und 54) des Kolbens (12) bilden, sowie zwei Endsegmente (74, 75), die die Endflansche (57 und 58) des Kolbens (12) sowie die axial äußeren Berandungen von TA- und TB-Nuten (59 und 61) des Kolbens bilden. Das zentrale P-Segment (71), die A- und B-Segmente und die Endsegmente des Kolbens sind durch Hartlöten stoffschlüssig verbunden.

Description

Ventilkolben für ein als 4/3-Wege-Ventil ausgebildetes lineares Schieberventil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Ventilkolben für ein als 4/3- Wege-Ventil ausgebildetes lineares Schieberventil, das zur Betriebssteuerung eines hydraulischen Verbrauchers, z.B. eines doppelt wirkenden Linearzylinders oder zur Ansteuerung eines Rotations-Hydromotors in alternativen Vorschub- bzw. Drehrichtungen einsetzbar ist, und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.
Derartige Ventilkolben sind für denjenigen häufig benötigten Typ von druckbetätigten Schieberventilen vorgesehen, in deren funktionsneutraler Grundstellung der Verbraucher stillgesetzt ist, beide Verbraucheranschlüsse des Ventils gegen die P- und T-Versorgungsanschlüsse abgesperrt, diese jedoch miteinander verbunden sind, so daß ein lastfreier Umlaufbetrieb der Pumpe des Druckversorgungsaggregats möglich ist.
Kolben der eingangs genannten Art sind in Verbindung mit dem erläuterten Ventiltyp allgemein bekannt. Sie haben durch eine zentrale Trennwand des Kolbens gegeneinander abgegrenzte axiale Kanäle, die über je einen Quer anal zum einen mit einer zentralen PA~ bzw. Pß-Nut und zum anderen mit einer Tft- bzw. einer Tß-Nut des Kolbens in kommunizierender Verbindung stehen, zwischen denen A- und B-Steuernuten des Kolbens angeordnet sind, die in der Grundstellung (0) des Kolbens gegen die Versorgungsanschlüsse des Ventils abgesperrt sind.
Die bekannten Ventilkolben der eingangs genannten Art sind, abgesehen von Stopfen, mittels derer axiale Sackbohrungen die die axialen Abschnitte der P-T-Verbindungskanäle bilden, einseitig dicht verschlossen sind, einstückig ausgeführt.
Die bekannten Ventilkolben sind mit zumindest den folgenden Nachteilen behaftet: Die Herstellung der detailreichen Kolben-Mittelstücke ist entsprechend aufwendig und erfordert, da die einzelnen Konturenbereiche, Kanäle und Gewindegänge für das Einschrauben der Stopfen bei einem einstückigen Teil nur nacheinander bearbeitet werden können, sehr viel Maschinenzeit pro Kolben-Mittelstück, die insbesondere für das Fräsen der paarweise einander diametral gegenüberliegend angeordneten Querkanäle sowie das Einschneiden der Gewinde für die Stopfen, das aus Genauigkeitsgründen durch Strehlen erfolgen muß, bedingt ist. Entsprechendes gilt sinngemäß für die Gewinde der Stopfen.
Werden die Querkanäle mittels eines Scheibenfräsers ausgefräst, dessen Drehachse parallel zur zentralen Längscichse des Kolbenmittelstücks verläuft, wobei der Fräser radial bewegt wird, so ergeben sich für die Querkanäle rechtwinklig berandete innere und äußere Mündungsöffnungen, deren in Um- fangsrichtung gesehene - azimutale - Weite von Innen nach Außen zunimmt, wobei jedoch der effektive Durchflußσuer- schnitt durch die lichte Querschnittsfläche der inneren Mündungsöffnung des jeweiligen Querkanals bestimmt ist. Es muß insoweit hingenommen werden, daß die sich zwischen den Mündungsö fnungen erstreckenden Stege des Kolbens geschwächt werden, was aus Stabilitätsgründen unerwünscht ist.
Werden andererseits die Querkanäle mittels eines Schaft rä- sers mit radial zur zentralen Längsachse des Kolbens verlaufender Drehachse ausgefräst, wobei der Fräser zur Bildung von Langlöchern in axialer Richtung verschoben wird, so daß sich parallele Längsbegrenzungsflächen der Querkanäle ergeben, so muß, verglichen mit rechteckigen Öffnungs-Querschnitten, in Kauf genommen werden, daß sich an den Langlochenden querschnittsvermindernde Rundungen ergeben, was strό ungstechnisch unerwünscht ist. Dasselbe gilt sinngemäß, wenn das Werkstück azimutal relativ zum Fräser bewegt wird, wobei auch noch den Querschnitt des verbleibenden Stegmaterials reduzierende schräg verlaufende Krümmungsbereiche an den Schlitzenden in Kauf genommen werden müssen. Sollen derartige, einerseits den Durchflußquerschnitt der Querkanäle und andererseits auch den Materialquerschnitt der zwischen diesen verbleibenden Längsstege des Kolbens vermindernde Formen vermieden werden, d.h. über die gesamte radiale Ausdehnung der Querkanäle ein definierter rechteckiger Öffnungsquerschnitt erzielt werden, sind zusätzliche Räumar- beitsgänge erforderlich, die erheblich zur Bearbeitungszeit beitragen. Damit die die stirnseitigen Enden des fertigen Kolbens bildenden Stopfen, die in die Steuerkammern des Ventils hineinragen und sowohl als Zentrierzapfen für die Ventilfedern als auch als kolbenseitige Hubbegrenzungsanschläge wirken, die zentralen Kolbenkanäle hinreichend dicht gegen die Steuerkammern abschließen, werden die Stopfen im Eingrif sbereich ihrer Gewinde mit den Gewinden des Kolben-Mittelstücks mittels eines aushärtbaren Klebers verklebt. Diese Klebeverbindungen, deren Dichtigkeit unmittelbar nach der Fertigstellung des Kolbens unterstellt werden kann, sind jedoch hinsichtlich ihrer perfekten Ausbildung nicht überprüfbar und stellen Schwachstellen des Kolbens dar, die bei hohen Druck- und Temperaturbelastungen des Kolbens in nicht zu seltenen Fällen schadhaft werden können und in aller Regel die Lebensdauer der Kolben begrenzen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventilkolben der eingangs genannten Art anzugeben, der unbeschadet hoher mechanischer Belastbarkeit und strömungstechnisch günstiger Gestaltung seiner Querkanäle mit großen Öffnungsweiten besonders einfach und entsprechend kostengünstig herstellbar ist .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch den hiernach vorgesehenen Segmentaufbau des Kolbens aus fünf "axialen" Segmenten, die je für sich gesehen in einfachen rasch durchführbaren Arbeitsgängen gefertigt werden können und in einem einzigen Lötprozeß Stoffschlüssig fest zusammengefügt werden können, wird eine drastische Vereinfachung der Herstellung erzielt, mit der eine etwa 30- bis 40-prozentige Verkürzung der maschinellen Bearbeitungszeiten mit entsprechender Kostensenkung einhergeht.
Gestaltungen der Querkanäle als Schlitze mit ebenen Längsbegrenzungsflächen, die rechtwinklig an ihre jeweils flansch- seitigen, ihrerseits ebenen Querbegrenzungen anschließen, sind durch eine fräsende Bearbeitung des P-Segments sowie der Endsegmente sowohl unter Verwendung eines Schaftfräsers oder auch eines Scheibenfräsers möglich, wobei einander paarweise diametral gegenüberliegend und azimutal äquidi- stant angeordnete Schlitze in einem einzigen Fräsarbeitsgang gefräst werden können, ohne daß das Werkstück umgesetzt werden muß, wobei die Bahn des Fräsers zweckmäßigerweise so gewählt wird, daß die Längsbegrenzungsflächen der Schlitze des P-Segments und/oder der Endsegmente parallel zu einer die zentrale Längsachse des Kolbens enthaltenden Radialebene verlaufen, die gleichzeitig Mittelebene der Schlitze ist. Bei der genannten Frässchnittführung ergibt sich in radialer Richtung eine dem Betrage nach gleichbleibende lichte Querschnittsfläche der Querkanäle mit der Folge, daß im radial äußeren Bereich der sektorförmigen Mantelelemente, die die Kanäle in Längsrichtung begrenzen, mehr materialerfüllte Querschnittsfläche verbleibt, die als Lötfläche ausnutzbar ist. Eine vorteilhafte Vergrößerung der zur Stoffschlüssigen Lötverbindung der Kolbensegmente untereinander nutzbaren Lötfläche wird des weiteren dadurch erzielt, daß die "freien" Endabschnitte der Mantelelemente von erweiterten Bohrungsstufen der A- und B-Segmente aufgenommen werden, so daß auch Endabschnitte der äußeren Mantelflächen der sektorför- migen Mantelelemente als Lötfläche ausnutzbar sind. Die Festigkeit des solchermaßen aus Segmenten bestehenden Verbundkolbens entspricht mindestens derjenigen eines ein- stückigen Kolbens derselben Form. Es kommt hinzu, daß die die zentralen Kanäle axial abschließenden Kolbenelemente einschließlich die Ventilfedern zentrierender Endzapfen einstückig mit den Endsegmenten ausführbar sind, so daß an den Kolbenenden keinerlei Dichtigkeits- oder Verschleißprobleme auftreten können. Ein nach dem Zusammenlöten der Kolbensegmente erforderliches Abschleifen der Kolbenflansche auf Sollmaß kann wie bei einem konventionellen Kolben durchgeführt werden.
Durch die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 sind für alternative Gestaltungen des Kolbens günstige Relationen von Schlitzweiten und Kolbenradien angegeben, die bei gleichwohl großen Überströmquerschnitten der Querkanäle hinreichende Festigkeit des Kolbens ergeben.
Zum Verlöten der Kolbensegmente benötigtes Hartlot kann als Lötpaste, die das Lotmaterial in feinkörniger Verteilung enthält, in ringstreifenförmiger Verteilung im Bereich der durch die A- und B-Kolbensegmente markierten Fugenränder angeordnet werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu können auch, wie gemäß Anspruch 7 vorgesehen, die Mantelelemente des zentralen P-Segments des Kolbens und/oder dessen Endsegmente mit von ihren Endstirnflachen her eingebrachten Sackbohrungen für die Aufnahme von Festlotstücken versehen sein.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Ventilkolbens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1 ein mit einem erfindungsgemäßen Ventilkolben bestücktes 4/3 -Wege-Ventil in schematisch vereinfachter Längsschnittdarstellung;
Fig. 2 ein hydraulisches Schaltbild zur Erläuterung der Funktion des Ventils gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 die Gestaltung von Kolbensegmenten, aus denen der Ventilkolben zusammengesetzt ist, in entlang seiner zentralen Längsachse auseinandergezogener Darstellung der einzelnen Kolbensegmente, teilweise im Schnitt längs einer die zentrale Längsachse enthaltenden Radialebene des Kolbens;
Fig. 3a einen Schnitt längs der Ebene Illa-IIIa der Fig. 3 ;
Fig. 3b einen Schnitt längs der Ebene Illb-IIIb der Fig. 3; Fig. 3c einen Schnitt längs der Ebene IIIc-IIIc der Fig. 3 und
Fig. 4 eine abgewandelte Gestaltung in einer der Fig. 3c entsprechenden Schnittdarstellung
Das in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete Drei-Stellungs-Ventil ist in für sich bekannter Gestaltung seines Gehäuses 11 und Konfiguration seines insgesamt mit 12 bezeichneten Ventilkolbens als lineares Schieberventil ausgebildet, das die Funktion eines 4/3-Wege-Ventils vermittelt, mittels dessen z.B. Vorschub- und Rückzugs-Bewegungen des Kolbens 13 eines in der Fig. 2 insgesamt mit 14 bezeichneten, doppelt wirkenden linearen Hydrozylinders sowie dessen Stillstands- phasen steuerbar sind. Das Ventil 10 ist als hydraulisch betätigbares Ventil vorausgesetzt, das eine durch Ventilfedern 16 und 17 zentrierte Grundstellung 0, der die Mittelstellung seines Kolbens 12 entspricht, hat und durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung einer A-Steuerkammer 18 und einer B-Steuerkammer 19 in alternative Funktionsstellungen I und II steuerbar ist, die alternativen Bewegungsrich- tungen des Kolbens 13 des Hydrozylinders 14 zugeordnet sind, die in der Fig. 2 durch die Richtungspfeile 21 und 22 angedeutet sind.
Das Ventil 10 hat einen mit dem Hochdruckausgang 23 eines insgesamt mit 24 bezeichneten Druckversorgungsaggregats verbundenen P-Versorgungsanschluß 26 und einen mit dem drucklosen Vorratsbehälter 27 des Druckversorgungsaggregats verbundenen T-Versorgungsanschluß 28, sowie einen A-Verbraucheran- schluß 29, der bei dem in der Fig. 2 dargestellten Einsatzbeispiel mit dem einen - linken - Antriebsdruckraum 31 des Hydrozylinders 14 verbunden ist, sowie einen B-Verbraucheranschluß 32, der mit dem anderen - rechten - Antriebsdruckraum 33 des Hydrozylinders 14 verbunden ist.
In der Grundstellung 0 des Ventils 10, d.h. der Mittelstellung seines Kolbens 12, sind die Verbraucheranschlüsse 29 und 32 gegen die Versorgungsanschlüsse 26 und 28 abgesperrt, diese jedoch über einen Umlauf-Strömungspfad 34 miteinander verbunden, so daß die Pumpe 36 des Druckversorgungsaggregats 34 im Umlaufbetrieb arbeiten kann.
In der Funktionsstellung I des Ventils 10, in die dieses bei Druckbeaufschlagung der A-Steuerkammer 18 und Druckeitlastung der B-Steuerkammer 19 gelangt, ist der A-Verbraucher- anschluß 29 des Ventils 10 über einen Durchflußpfad 37 desselben mit dem P-Versorgungsanschluß 26 verbunden, während der B-Verbraucheranschluß 32 über einen Entlastungspfad 38 mit dem T-Versorgungsanschluß 28 des Ventils verbunden ist. In dieser Funktionsstellung I bewegt sich der Kolben 13 des Hydrozylinders 14 in Richtung des Pfeils 21 - nach rechts . Durch Druckbeaufschlagung der B-Steuerkammer 19 und Druckentlastung der A-Steuerkammer 18 des Ventils 10 gelangt dieses in seine Funktionsstellung II, in der der B-Verbraucheranschluß 32 über einen Durchflußpfad 39 mit dem P-Versorgungsanschluß 26 verbunden ist, während der A-Verbraucheran- schluß 29 über einen Entlastungspfad 41 des Ventils 10 mit dessen T-Versorgungsanschluß 28 verbunden ist. In dieser Funktionsstellung II bewegt sich der Kolben 13 des Hydrozylinders 14 in Richtung des Pfeils 27 - nach links .
Zur diesbezüglichen Druck-Ansteuerung des als Hauptsteuerventil eingesetzten Ventils 10 ist beim dargestellten Einsatzbeispiel ein 4/3 -Wege-Magnetventil 42 als Pilotventil vorgesehen, das in seiner Funktionsstellung I die Druckbeaufschlagung der A-Steuerkammer 18 des Hauptsteuerventils 10 sowie die Druckentlastung der B-Steuerkammer 19 desselben vermittelt, alternativ dazu in der Funktionsstellung II die Druckbeaufschlagung der B-Steuerkammer 19 und die Druckentlastung der A-Steuerkammer 18 des Hauptsteuerventils vermittelt und in seiner Grundstellung 0 seinen P-Versorgungsanschluß 26' gegen die Verbraucheranschlüsse 29' und 32' absperrt, diese jedoch mit dem T-Versorgungsanschluß 28' verbindet, wodurch beide Steuerkammern 18 und 19 des Hauptsteuerventils 10 zum Vorratsbehälter 27 des Druckversorgungsag- gregats 24 druckentlastet werden.
Die zur Implementierung der - für sich bekannten - Funktionen des druckgesteuerten 4/3 -Wege-Ventils 10 geeigneten Gestaltungen seines Gehäuses 11 und seines Kolbens 12 sind mehr im einzelnen die folgenden:
Der seiner Grundform nach langestreckt-zylindrische Kolben 12 ist in einer zentralen axial durchgehenden Bohrung 43 des Gehäuses 11 hin- und herverschiebbar angeordnet, die zentral mit einer querschnittserweiternden, als Ringnut ausgebildeten P-Anschlußnut 44 versehen ist, die mit dem P-Versorgungsanschluß 26 des Gehäuses 11 über einen Anschlußkanal in ständig kommunizierender Verbindung steht.
Die P-Anschlußnut ist zwischen einer A-Ringnut, die über einen weiteren Gehäusekanal mit dem A-Verbraucheranschluß des Gehäuses 11 in ständig kommunizierender Verbindung steht und einer B-Ringnut 47, die ebenfalls über einen Gehäusekanal mit dem B-Verbraucheranschluß 32 des Ventils 10 in kommunizierender Verbindung steht, angeordnet. Die die A-Nut 46, die zentrale P-Anschlußnut 44 und die B- Ringnut 47 umfassende Nutanordnung des Gehäuses 11 ist zwischen einer T -Ringnut 48 und einer T -Ringnut 49 angeordnet, die beide mit dem T-Versorgungsanschluß 28 des Ventils 10 in kommunizierender Verbindung stehen.
Der Ventilkolben 12 ist mit äußeren, seinen Querschnitt abschnittsweise reduzierenden Ringnuten versehen, wobei eine zentrale P-Nutanordnung 51,52 des Kolbens 12 zwischen einer A-Nut 53 und einer B-Ringnut 54 des Kolbens 12 angeordnet ist und eine seiner A-Nut 53 benachbarte P -Nut 51 sowie eine der B-Nut 54 des Kolbens benachbarte P -Nut 52 umfaßt,
B wobei diese
Figure imgf000012_0001
und die P„tJ-Nut durch einen zentralen Kol- benflansch 56 gegeneinander abgegrenzt sind, dessen axiale Dicke signifikant kleiner ist als die axiale Weite der P-Anschlußnut 44 des Ventilgehäuses 11.
Die die A-Nut 53, die P A„-Nut 51, die PJB-Nut 52 und die B-Nut
54 des Ventilkolbens 12 umfassende Nutanordnung ist zwischen Endflanschen 57 und 58 des Kolbens 12 angeordnet, die zum einen die axial bewegliche Begrenzung je einer der Steuerkammern 18 und 19 des Ventils 10 und zum anderen die jeweils axial äußere, radiale Begrenzung einer der A-Nut 46 des Kolbens benachbarten T -Nut 59 des Kolbens 12 bzw. einer der B- Nut 54 des Kolbens 12 benachbarten TQ-Nut 61 bilden.
Die der A-Nut 53 des Kolbens 12 benachbarte P -Nut 51 des- selben ist über einen mit der A-Nut koaxialen, zentrcilen Kolbenkanal 62, in den mindestens ein von der P -Ringnut 51 des Kolbens 12 ausgehender Querkanal 63 und mindestens ein von der T.-Ringnut 59 des Kolbens 12 ausgehender Querkanal 64 münden, kommunizierend verbunden. Desgleichen ist die der B-Nut 54 des Kolbens 12 benachbarte P B-Nut desselben mit der seiner B-Nut 54 benachbarten Tn-Nut 61 über einen mit der B- Nut 54 koaxialen, zentralen Kolbenkanal 66, in den mindestens ein von der P -Nut 52 des Kolbens ausgehender Querkanal 67 und mindestens ein von der T -Nut 61 des Kolbens aus- gehender Querkanal 68 münden, kommunizierend verbunden.
Die axialen Weiten der A-Nut 46 des Gehäuses 11 sowie der A- Nut 53 des Kolbens 12, einerseits sowie die axialen Weiten der B-Nut 47 des Gehäuses 11 und der B-Nut 54 des Gehäuses 11, andererseits, sind dahingehend aufeinander abgestimmt, daß die A-Nuten 47 und 53 und die B-Nuten 49 und 54 innerhalb des möglichen Auslenkungsbereiches des Kolbens 12 in ständig kommunizierender Verbindung stehen.
Entsprechend der 4/3-Wege-Ventilfunktion des Schieberventils 10 sind in den dessen verschiedenen Funktionsstellungen 0, I und II entsprechenden Kolbenpositionen die folgenden hydraulisch-kommunikativen Verbindungen gegeben:
In der Grundstellung 0 des Schieberventils 10, d.h. in der federzentrierten Mittelstellung seines Kolbens 12 sind die A-Nut 46 und die B-Nut 47 des Kolbens 12 sowohl gegen dessen P-Nut 44 als auch gegen die T A-Nut 48 und die TΓJ-Nut 49 des
Gehäuses 11 und die im genannten Fall mit diesen jeweils einzeln kommunizierenden T A- und T-B-Nuten 59 und 61 des Kol- bens 12 abgesperrt, wogegen die P A-Nut 51 und die PJD-Nut 52 des Kolbens 12 mit der T A-Nut 48 und der TDB-Nut 49 des Ge- häuses 11 kommunizierend verbunden sind.
In der Funktionsstellung I des Schieberventils 10 sind die A-Nut 46 des Gehäuses 11 und die A-Nut 53 des Kolbens 12 gegen die TA-Nut 59 des Kolbens 12 abgesperrt und mit der P - Nut des Kolbens 12 sowie dem P-Versorgungsanschluß 26 ver- bunden und gegen die P -Nut 52 des Kolbens 12 abgesperrt, die ihrerseits mit der B-Nut 49 des Gehäuses 11 und über diese mit dem T-Versorgungsanschluß 28 kommunizierend verbunden ist;
in der Funktionsstellung II des Schieberventils sind die B-
Nut 47 des Gehäuses 11 und die B-Nut 54 des Kolbens 12 gegen die T aD-Nut 61 des Kolbens abgesperrt und mit der PB-Nut 52 sowie dem P-Versorgungsanschluß 26 verbunden und gegen die P -Nut 51 des Kolbens abgesperrt, die ihrerseits mit der A- Nut 46 und über diese mit dem T-Versorgungsanschluß 28 des Gehäuses 11 kommunizierend verbunden ist.
Abweichend von der schematisch vereinfachten Darstelluncr der Fig. 1 ist der Kolben 12 aus insgesamt fünf entlang einer gemeinsamen Längsachse 69 angeordneten Kolbensegmenteα 71 bis 75, deren Gestaltung am besten der auseinandergezogenen Darstellung der Fig. 3 sowie den Schnittdarstellungen gemäß den Fig. 3a, 3b und 3c entnehmbar ist, auf deren Einzelheiten Bezug genommen wird, zusammengesetzt. Demgemäß umfaßt der Kolben ein zentrales P-Segment 71, das symmetrisch bezüglich seiner zur zentralen Längsachse 69 rechtwinklig verlaufenden Quermittelebene 77 ausgebildet ist. Es bildet mit dem radial äußeren Bereich eines ringscheibenförmigen zentralen Abschnitts 78 den zentralen Kolbenflansch 56, der die P AΑ-Nut 51 des Kolbens 12 gegen dessen
Figure imgf000014_0001
52 jeweils in- nenseitig abgrenzt. Bei dem Kolben 12 gemäß Fig. 3 ist das zentrale P-Segment 71 auch, wie in der Fig. 3c dargestellt, symmetrisch zu einer radialen, die zentrale Längsachse 69 des Kolbens 12 enthaltenden Längsmittelebene 79 ausgebildet.
Beidseits der Symmetrieebenen 77 und 79 des zentralen P-Segments 71 gehen von dessen zentralem, ringscheibenförmigen Abschnitt 78 mit der zentralen Längsachse 69 koaxiale, sek- torförmige Mantelelemente 81 aus, die durch Querschlitze 82 gegeneinander abgesetzt sind.
Diese Mantelelemente 81 haben über ihre gesamte axiale Ausdehnung hinweg denselben Innenradius r., auf Abschnitten 81' und 81'' jedoch, die über eine radiale Schulter 86 aneinander anschließen, unterschiedliche Außenradien r A„ bzw ra ha- ben, wobei der unmittelbar an den ringscheibenförmigen zentralen Abschnitt 78 des P-Segments 71 anschließende, innere Abschnitt 81' des jeweiligen Mantelelements 81 den größeren Außenradius (r.) hat als der axial äußere Abschnitt 81'', der den Außenradius r hat. Die freien Endstirnflächen 87 der äußeren Mantelabschnitte 81'' verlaufen, beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel paarweise - kopla- nar in zur Quermittelebene 77 des P-Segments 71 parallelen Ebenen 87'. Der Radius R des ringscheibenförmigen zentralen Abschnitts 78 des P-Segments entspricht, abgesehen von einem im Bereich einiger μm liegenden Untermaßes, das für eine leichtgängige Verschiebbarkeit des Kolbens 12 in der Bohrung 43 des Ventilgehäuses 11 erforderlich ist, deren Bohrungsra- dius . Entsprechend verlaufen die radialen Schultern 86 der Mantelelemente 81 paarweise koplanar in der zur zentralen Quermittelebene 77 parallelen Ebenen 86'.
An das zentrale P-Segment 12 ist von der einen - gemäß Fig. 3 linken - Seite her das A-Kolbensegment 72 und von der anderen Seite das B-Kolbensegment 73 ansetzbar.
Das A-Segment 72 und das B-Segment 73 sind hinsichtlich ihrer Form und ihrer Abmessungen identisch. Sie sind als Rohrstücke mit radialen Endflanschen 88 und 89 ausgebildet, die denselben Außendurchmesser D haben, der dem Durchmesser D (D = 2R) des ringscheibenförmigen zentralen Abschnitts 78 des P-Segments 71 anspricht. Sie haben eine axial durchgehende, insgesamt mit 91 bezeichnete Stufenbohrung mit von den radialen Endflanschen 88 und 89 jeweils koaxial umciebe- nen Bohrungsstufen 92 und 93, zwischen denen sich eine mittlere Bohrungsstufe 94 erstreckt, deren Durchmesser d. gleich dem doppelten Wert des Innenradius r. der Mantelelemente 81 des P-Segments 71 ist. Der Durchmesser da der jeweils dem zentralen P-Segment 71 zugewandten Bohrungsstufen 92 entspricht, abgesehen von einem kleinen, für das Anfügen der A- und B-Segmente 72 und 73 an das zentrale P-Segment erforderlichen Übermaß, dem doppelten Wert des Außenradius r der a jeweils äußeren Abschnitte 81'' der Mantelelemente 81 des P- Segments 71. Die äußere Mantelfläche des sich zwischen den Endflanschen 88 und 89 des A-Segments 72 bzw. des B-Segments 73 erstreckenden Rohrmantels 96 hat einen zylindrischen Abschnitt 97 der von dem dem zentralen P-Segment zugewandten Endflansch 88 ausgeht und sich über etwas mehr als die Hälfte des axialen Abstandes der Endflansche 88 und 89 des jeweiligen A- bzw. B-Segments 72 bzw. 73 erstreckt und einen an diesen zylindrischen Abschnitt 97 anschließenden, flach- konischen Abschnitt 98, dessen Radius bis zu dem Endflansch 89 hin geringfügig zunimmt, wobei der größte Durchmesser des konischen Abschnitts 98 noch signifikant kleiner ist als der Durchmesser D des anschließenden Endflansches 89 ist.
Der Durchmesser d ' der äußeren Bohrungs-Endstufe 93 der A- und B-Segmente 72 und 73 ist etwas größer als der Durchmesser d 3. der dem zentralen P-Segment 71 zugewandten Bohrungs-
Endstufe 92 der Stufenbohrung 91 des jeweiligen A- oder B- Kolbensegments 72 bzw. 73.
Die axiale Tiefe der dem zentralen P-Segment 71 zugewandten Bohrungsstufen 92 der A- und B-Segmente 72 und 73 entsprechen den axialen Ausdehnungen der äußeren Abschnitte 81'' der Mantelelemente 81 des P-Segments 71, so daß dieses mit den koplanaren Endstirnflächen 87 der Mantelelemente 81 an den inneren Ringschultern 99 abstützbar ist, die die dem zentralen P-Segment 71 zugewandten Bohrungsstufen 92 der A- und B-Segmente 72 und 73 gegen deren mittlere Bohrungsstufen 94 absetzen.
Die an die A- und B-Segmente 72 und 73 jeweils als Endstücke des Kolbens 12 ansetzbaren Endsegmente 74 und 75 bilden mit einem kreiszylindrischen Grundkörper jeweils einen der Endflansche 57 und 58 des Ventilkolbens 12, die die A-Steuerkammer 18 bzw. die B-Steuerkammer 19 des Schieberventils 10 gegen dessen T.-Ringnut 48 bzw. dessen TR-Ringnut 49 abgrenzen. Von dem Grundkörper des jeweiligen Endsegments 74 bzw. 75 gehen, zum benachbarten A- oder B-Segment 72 bzw. 73 hinweisend, Mantelelemente 101 aus, deren geometrische Form derjenigen der Mantelelemente 81 des zentralen P-Segments 71 analog ist. Ein Unterschied gegenüber diesem besteht lediglich insoweit als der Außenradius ra ' ihrer dem jeweils be- nachbarten A-Segment 72 bzw. dem B-Segment 73 zugewandten äußeren Abschnitte 101'', die gegenüber den inneren Abschnitten 101' durch eine radiale Ringschulter 102 abgesetzt sind, dem halben Wert des Durchmessers da ' der jeweils zuge- wandten Bohrungsstufe 93 des benachbarten A- bzw. B-Segments 72 bzw. 73 entspricht. Die axiale Ausdehnung der äußeren Abschnitte 101'' der Mantelelemente 101 entspricht der axialen Tiefe der äußeren Bohrungsstufe 93 des benachbarten A- bzw. B-Segments 72 bzw. 73, die durch eine radiale Ringschulter 103 gegen die mittlere Bohrungsstufe 94 abgesetzt ist. Der Außenradius r der inneren Abschnitte 101'' der Mantelelemente 101, die durch eine in radialer Richtung schmale Ring- schulter 104 gegen den Endflansch 57 bzw. 58 des jeweiligen Endsegments 74 bzw. 75 abgesetzt sind, entspricht dem Außenradius r der inneren Abschnitte 81' der Mantelelemente 81 des zentralen P-Segments 71.
Den Querschlitzen 82 des zentralen P-Segments 71 entsprechende Querschlitze 106, die sich, in axialer Richtung gesehen, zwischen den koplanaren Endstirnflächen 107 und der Ebene der schmalen Ringschulter 104 erstrecken, die den jeweiligen Kolbenflansch 57 bzw. 58 gegen die Mantelelemente 101 der Endsegmente 74 bzw. 75 absetzt, haben dieselbe Gestaltung und lichten Dimensionen wie die Querschlitze 82 des zentralen P-Segments 71.
Der Innenradius r., der die Querschlitze 106 der Endsegmente 74 und 75 sektorförmig umgebenden Mantelelemente 101 ist durch den Radius einer der Sackbohrung 108 des jeweiligen Endsegments 74 bzw. 75 bestimmt, deren Bohrungsgrund 109 innerhalb des Endflansches 57 bzw. 58 des jeweiligen Endsegments 74 bzw. 75 liegt, was herstellungstechnisch vorteilhaft ist.
Bei der Herstellung der Endsegmente 74 wird von zylindrischen Stahl-Rohlingen ausgegangen, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der größte Durchmesser D der Kolbensegmente 74 und 75. Auch in axialer Richtung ist ein kleines Längen-Übermaß vorhanden, damit die axiale Ausdehnung der äußeren Abschnitte 101'' der sektorförmigen Mantelelemente 101 abschließend exakt auf die axiale Tiefe der dem Endsegment 74 oder 75 jeweils zugewandten Bohrungsstufe 92 des benachbarten A- oder B-Segments 72 bzw. 73 durch Abdrehen und/oder Überfräsen oder Abschleifen eingestellt werden kann. Der Rohling des jeweiligen Endsegments 74 oder 75 wird zunächst auf einem Abschnitt seiner Länge auf den Durchmesser eines Zentrierzapfens 111 für die jeweilige Ventilfeder 16 bzw. 17 abgedreht, die sich gehäuseseitig an einem Stopfen 112 abstützt, der die gehäuseseitige axiale druckdichte Begrenzung der jeweiligen Steuerkammer 18 bzw. 20 bildet. Nach dem Andrehen des Zentrierzapfens 111 wird von der diesem gegenüberliegenden Stirnseite des Rohlings her die axiale Sackbohrung 108 eingebracht, die mit einem kurzen axialen Abschnitt ihres zylindrischen Bereichs noch in den Endflansch 57 des Kolbensegments 74 bzw. 75 hineinragt. Sodann wird der zur Bildung der sektorförmigen Mantelelemente 101 vorgesehene - noch - ringzylindrische Abschnitt des insoweit bearbeiteten Endsegments 74 bzw. 75 außenseitig auf Abschnitte der Durchmesser D (D = 2r.) und zum anderen des Durchmessers d 3. ' abgedreht, wobei auch die Ringschultern 104 und 102 gebildet werden, die diese Abschnitte 101' und 101'' gegen den Kolbenflansch 57 bzw. den mittleren Mantelabschnitt 101' absetzen. Anschließend werden mittels eines Scheibenfräsers mit parallel zur zentralen Längsachse 69 verlaufender Rotationsachse oder mittels eines Schaftfräsers mit rechtwinklig zur zentralen Längsachse 69 verlaufender Rotationsachse die Querschlitze 106 gefräst, deren Schlitzwangen 106' parallel zueinander verlaufen und paarweise miteinander fluchten. Hiernach erfolgt die Feinbearbeitung der freien Enden der verbleibenden sektorförmigen Mantelelemente 101, durch die die möglichst exakte Koplanarität ihrer End- stirnflächen 107 und die Sollänge der äußeren Abschnitte 101'' der Mantelemente 101 erreicht wird.
Auf analoge Weise erfolgt die Fertigung des zentralen P-Segments 71, das beidseits seines zentralen, kreisscheibenför- migen Flansches 56 mit der Form nach den Mantelelementen 101 entsprechenden Mantelelementen 81 gefertigt wird.
Da hierbei den Sackbohrungen 108 der Endsegmente 74 und 75 analoge Sackbohrungen 108' des P-Segments 71 nicht so tief eingebracht werden können, wie dies bei den Endsegmenten 74 und 75 möglich ist, können außerhalb der Querschlitze 82 in der Fig. 3 gestrichelt eingezeichnete konische Stufenbereiche 113 verbleiben, die erforderlichenfalls durch Einsenken der Bohrungen 108' bis auf die Ebenen entfernt werden, die durch die radial äußeren Ringstirnflächen 114 und 116 des zentralen Flansches 56 des P-Segments 71 markiert sind.
Die Fertigung der A- und B-Segmente 72 und 73 des Kolbens 12 aus kreiszylindrischen Rohlingen erfordert lediglich das Einbringen einer axial durchgehenden Bohrung 94 des Durchmessers d 1. , das Ausdrehen der Endabschnitte 92 und 93 dieser
Bohrung auf die Durchmesser da bzw. da ' und die radial äuße- re Drehbearbeitung für die Formgebung der Segmentflansche 88 und 89 und des sich dazwischen erstreckenden Außenmantels 97,98 des Segments 72 bzw. 73.
Zur festen Verbindung der Kolbensegmente 71 bis 75 werden diese in eine Konfiguration zusammengesteckt, in der die freien Endstirnflächen 107 der sektorförmigen äußeren Mantelsegmentabschnitte 101'' der Endsegmente 74 und 75 an den ihnen zugewandten, inneren Ringschultern 103 der A- und B- Segmente 72 und 73 anliegen und die den Endsegmenten zugewandten Endflansche 89 die radialen Ringschultern 102 der Endsegmente 74 und 75 berühren und ebenso die freien Endstirnflächen 87 der sektorförmigen Mantelelemente 81 des P- Segments 71 die radialen Ringschultern 99 der benachbarten A- und B-Segmente 72 und 73 berühren und die radialen Ring- schultern 86 der Mantelelemente 81 des P-Segments an den zugewandten Endflanschen 88 der benachbarten A- und B-Segmente 72 und 73 anliegen, und sodann die Kolbensegmente 71 bis 75 in dieser Konfiguration hart miteinander verlötet. Hierbei wird eine Stoffschlüssig-feste Lötverbindung im Bereich der freien Endstirnflächen 107 und der radialen Schulterflächen 102 sowie der sich zwischen diesen erstreckenden gewölbten Mantelflächen der äußeren Abschnitte 101'' der Mantelelemente 101 der Endsegmente 74 und 75 sowie zwischen den freien Endstirnflächen 87 der äußeren Abschnitte 81'' der Mantelelemente 81 des P-Segments, dessen mit den freien Endstirnflächen 87 koaxialen Schulterflächen 86 und den sich dazwischen erstreckenden äußeren Mantelflächen sowie der diese jeweils berührenden Schulter-Mantel- und Flanschflächen der A- und B-Segmente 72 und 73 erzielt. Der Gesamtquerschnitt der radial verlaufenden Flächen der stoffschlüs- sigen Verbindung entspricht somit der in der Fig. 3c schraffiert eingezeichneten Querschnittsflache der inneren Abschnitte 81' der sektorförmigen Mantelelemente 81 des P-Segments 71 bzw. der Querschnittsfläche der inneren Abschnitte 101' der sektorförmigen Mantelelemente 101 der Endsegmente 74 und 75.
Hinzu kommen als Verbindungsflächen, die zusätzliche Festigkeit der Verbindung der Elemente untereinander vermitteln, die abschnittsweise zylindermantelförmigen Außenflächen der äußeren Abschnitte 81'' bzw. 101'' der sektorförmigen Mantelelemente 81 und 101 des P-Segments 71 bzw. der Endsegmente 74 und 75. Durch diesen "axialen" Beitrag zur wirksamen Fläche der stoffschlüssigen Verbindung wird deren Festigkeit wirksam erhöht, so daß der aus den Segmenten 71 bis 75 zusammengelötete Kolben denselben axialen Belastungen aussetzbar ist, wie ein einstückig ausgebildeter Kolben derselben Grundform.
Das zur Erzielung der stoffschlüssigen Verbindung der Kolbensegmente 71 bis 75 untereinander benutzte Hartlot, vorzugsweise Kupfer- oder Bronze-Lot, wird innerhalb der A- und B-Segmente 72 und 73 in unmittelbarer Nachbarschaf der Ringschultern 99 und 103 ringförmig angeordnet, wobei sowohl Lötpaste, die, wie in der Fig. 3 schematisch für das A- Segment 72 angedeutet, in Form flacher Ringwülste 117 aufgetragen wird, als auch Festlot, das in Form vorgefertigter Ringe aus Draht oder Flachbandmaterial eingebracht und auf geeignete Weise reibungsschlüssig im jeweiligen A- und B-Segment fixiert wird, benutzbar ist. Das geschmolzene Lot wird bei dieser Anordnung durch die Kapillarwirkung der Lötspalte mit hinreichender Sicherheit in diese hineingezogen. Alternativ oder zusätzlich kann es auch zweckmäßig sein, in jedem der Mantelelemente mindestens deren äußere Abschnitte axial durchsetzende Längsbohrungen vorzusehen und in diese stab- förmige Lotstücke einzusetzen, die dann nur zu den die Lotspalte begrenzenden radialen und axialen Flächen hin austreten können, wodurch deren Benetzung durch das Lot zuverlässig gewährleistet ist.
Eine günstige Relation der Material-Querschnittsflächen der sektorförmigen Mantelelemente zu den freien Schlitz-Querschnittsflächen läßt sich auch dadurch erzielen, daß, wie in der Fig. 4 in einer der Fig. 3c entsprechenden Schnittdarstellung gezeigt, insgesamt vier paarweise miteinander fluchtende Längsschlitze 82' vorgesehen sind, deren Mittelebenen sich rechtwinklig kreuzen oder eine andere gerade Anzahl solcher Schlitze, die in axialsymmetrischer Gruppierung bezüglich der zentralen Längsachse des P-Segments und der Endsegmente angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilkolben für ein als 4/3-Wege-Ventil ausgebildetes lineares Schieberventil zur Betriebssteuerung eines hydraulischen Verbrauchers, das durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung (18 und 19) und die dadurch bedingte axiale Verschiebung seines in einer Bohrung (43) des Ventilgehäuses (11), die mit ihren Querschnitt abschnittsweise radial erweiternden Druckversorgungs (P) - , Verbraucheranschluß (A- und B-) sowie Tankanschluß (T und T - ) Nuten versehen ist, verschiebbaren, der Grundform nach zylindrischen Kolbens (12), der mit äußeren Ringnuten versehen ist, in eine Funktionsstellung (I) steuerbar ist, in der ein A-Verbraucheranschluß (29) des Ventils (10) mit einem Druck (P) -Versorgungsanschluß (26) und ein B-Verbraucheranschluß (32) mit einem Tank (T) -Versorgungsanschluß (28) verbunden ist, alternativ dazu in eine Funktionsstellung (II), in der der B-Verbraucheranschluß (32) mit dem Druck (P) -Versorgungsanschluß (26) und der A-Verbraucheranschluß (29) mit dem Tank (T) -Versorgungsanschluß (28) verbunden sind und in einer, z.B. die Stillsetzung des Verbrauchers vermittelnden Grundstellung (0), mit der eine Mittelstellung des Kolbens (12) verknüpft ist, die A- und B-Verbrau- cheranschlüsse (29 und 32) gegen die (P)- und (T)-Ver- sorgungsanschlüsse (26 und 28) absperrt sind, wobei
a) der Kolben (12) eine zentrale (P) -Nutanordnung (51,
52) hat, die zwischen einer A-Nut (53) und einer B-
Nut (54) des Kolbens angeordnet ist und eine der A-
Nut (53) benachbarte P -Nut (51), sowie eine der B-
Nut (54) benachbarte P -Nut (52) umfaßt, wobei diese
P - und P -Nuten (51 und 52) durch einen zentralen Kolbenflansch (56) gegeneinander abgesetzt sind,
b) die die A-Nut (53), die P-Nutanordnung (51,52) und die B-Nut (54) des Kolbens (12) umfassende Nutanordnung zwischen Endflanschen (57 und 58) des Kolbens (12) angeordnet ist, die zum einen die axial bewegliche Begrenzung je einer der Steuerkammern (18 bzw. 19) des Ventils (10) und zum anderen die jeweils axial äußere, radiale Begrenzung einer der A-Nut (53) benachbarten TA~ ut (59) bzw. einer der B-Nut (54) des Kolbens benachbarten T -Nut (61) bilden,
c) die der A-Nut (53) benachbarte P -Nut (51) mit der der A-Nut (53) benachbarten T -Nut (59) des Kolbens
(12) über einen mit der A-Nut koaxialen, zentralen
Kolbenkanal (62), in den mindestens ein mit der P -
A
Nut (53) kommunizierender Querkanal (63) des Kolbens (12) und mindestens ein mit der T -Nut (59) desselben kommunizierender Querkanal (64) münden, kommunizierend verbunden ist, und ebenso
d) die der B-Nut (54) des Kolbens benachbarte P -Nut
B
(52), mit der der B-Nut (54) koaxialen zentralen Kolbenkanal (66), in den mindestens ein mit der Pb-Nut
(54) kommunizierender Querkanal (67) des Kolbens (12) und mindestens ein mit der T -Nut (61) desselben kommunizierender Querkanal (68) münden, kommunizierend verbunden ist,
e) die A-Nut (46) des Gehäuses (11) mit der A-Nut (53) des Kolbens (12) und die B-Nut (47) des Gehäuses mit der B-Nut (54) des Kolbens in ständig kommunizierender Verbindung stehen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale
f) der Kolben (12) umfaßt ein zentrales P-Segment (71), das beidseits des mittig angeordneten, zentralen
Flansches (56) angeordnete, topfförmige Abschnitte umfaßt, die die P Ά- und P Ü-nutseitigen Endabschnitte der zentralen Kolbenkanäle (62,66) bilden, wobei die Kanalabschnitte mit den P A- und P^ o-Nuten verbindende
Kanäle (64,68) durch in axialer Richtung randoffene
Mantelschlitze (82) des zentralen Segments (71) begrenzt sind, zwischen denen ringsektorförmige Stege mit koplanaren Endstirnflächen (87) angeordnet sind,
g) des weiteren zwei an das zentrale P-Segment (71) eingesetzte A- und B-Segmente (72 und 73), die mit radialen Endflauschen (88 und 89) die Nutwangen der A- und B-Nut (53 und 54) bilden und zentral durchgehende Stufenbohrungen (91) mit radial erweiterten Endabschnitten (92,93) haben,
h) sowie zwei Endsegmente (74,75) die die Endflansche (57 und 58) des Kolbens (12) bilden, sowie von diesen ausgehende, zu dem A- bzw. dem B-Segment (72 bzw. 73) hinweisende, durch randoffene Längsschlitze gegeneinander abgesetzte, ringsektorförmige Mantelelemente (101) bilden, die innerhalb flanschseitiger, innerer Mittelabschnitte (101'), die die mit den T.- und den T -Nuten kommunizierenden Querkanäle (64 bzw. 68) be- randen und auf die A- und B-Segmente zuweisende Endabschnitte haben, die mit koplanaren Endstirnflachen (107) enden und eine der axialen Tiefe der benachbarten erweiterten Bohrungs-Endabschnitte der A- und B- Segmente entsprechende axiale Länge haben,*
i) das zentrale P-Segment (71) und die Endsegmente mit den koplanaren Endstirnflächen ihrer sektorförmigen Mantelelemente mit radialen Stufenflächen (99,103) der Stufenbohrungen (91) der A- und B-Segmente, des weiteren mit den äußeren Mantelflächen der Endabschnitte (81 '',101'') ihrer Mantelsegmente (81,101) mit den inneren Mantelflächen der erweiterten Bohrungsstufen (92, 93) der A- und B-Segmente (72,73), sowie im Bereich radialer äußerer Stufenflächen (102) der Mantelelemente (101) mit inneren Bereichen der Ringstirnflachen der Endflansche der A- und B-Segmente durch Hartlöten Stoffschlüssig verbunden.
2. Ventilkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (82) des P-Segments (71) und/ oder die Schlitze (106) der Endsegmente (74,75) mit ebenen Längsbegrenzungsflächen rechtwinklig an ihre jeweils flansch- seitigen, ihrerseits ebenen, rechtwinklig zur zentralen Längsachse (69) verlaufenden Querbegrenzungen rechtwinklig anschließen.
3. Ventilkolben nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (82,106) paarweise einander diametral gegenüberliegend und vorzugsweise azimutal äquidistant angeordnet sind.
4. Ventilkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad.urch gekennzeichnet, daß die Längsbegrenzungsfläche der Schlitze (82) des P-Segments (71) und/oder der Endsegmente (74,75) parallel zu einer die zentrale Längsachse
(69) des Kolbens (12) enthaltenden Radialebene (79) ver- laufen, die auch Mittelebene der Schlitze ist.
Ventilkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Querkanäle des P-Segments (71) des Kolbens (12) und/oder die Querkanäle der Endsegmente (74, 75) durch jeweils ein Schlitzpaar gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis w/r der Schlitzweite w zum Außenra- dius r der Mantelelemente (81; 101) einen Wert um 0,8 und das Verhältnis w/ri der Schlitzweite zum Innenradius r. der Mantelelemente (81; 101) einen Wert um 1,2 hat.
Ventilkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Querkanäle des P-Segments (71) des Kolbens (12) und/oder die Querkanäle der Endsegmente (74, 75) durch jeweils zwei Schlitzpaare gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis w/r •3- der Schlitzweite w zum Außenra- dius r 3. der Mantelelemente einen Wert um 2,2 und das
Verhältnis w/r 1. der Schlitzweite zum Innenradius r1. der
Mantelelemente einen Wert um 0,8 hat.
Ventilkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelelemente (81) des zentralen P-Segments (71) des Kolbens (12) und/ oder dessen Endsegmente (74,75) mit von ihren Endstirnflächen her eingebrachten Sackbohrungen für die Aufnahme von Festlot-Stücken versehen sind.
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