DE2300306B2 - Mehrwege-Drehventil für ein Druckmedium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwege-Drehventil für ein unter Speisedruck stehendes Druckmedium, mit einem eine ebene Mündungsfläche aufweisenden Verteilerblock und einer drehbeweglich zu diesem in einem Gehäuse angeordneten, die Mündungen steuernden Verteilerscheibe, welche mit der Mündungsfläche des Verteilerblocks eine Dichtspaltebene bildet und mit Abstand von der der Mündungsfläche abgekehrten Innenfläche des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Druck in dem Zwischendruckraum zwischen der Vertellerscheibe und dem Gehäuse sich durch das Zusammenspiel einer Zulaufdrossel und einer Ablaufdrossel ergibt.

Bei einem aus der DT-OS 17 50 933 bekannten Drehventil dieser Art ist der Zwischendruckraum einerseits durch zwei in einer zweiten Ebene liegende, als Zulaufdrossel wirkende Dichtspalte mit dem die Verteilerscheibe umgebenden Ringraum im Gehäuse und andererseits über die in der Verteilerscheibe ausgebildete Ablaufdrossel mit der oben genannten Dichtspaltebene verbunden. Es sind also in einer anderen Ebene liegende, die anderen Dichtspalte in nachteiliger Weise beeinflussende und von diesen ebenso beeinflußte Dichtspalte vorhanden, die eine sorgfältige Bearbeitung der dem Gehäuse zugewandten Rückseite der Verteiler- <*> scheibe erfordern. Außerdem werden die am Verteilerblock befindlichen Dichtspalte nur für die Drehbewegung der Verteilerscheibe hergestellt, während diese vor und nach dem Drehen auf dem Verteilerblcck sitzt, weshalb die Ventilwirkung nicht stetig veränderbar ist. ^ft5 Das bekannte Drehventil ist daher lediglich als Schaltventil (sogenanntes Digitalventil) brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehr-306

wege-Drehventil der eingangs genannten Art in Form eines möglichst einfach herstellbaren, kontinuierlich verstellbaren Servoventils (eines sogenannten Proportionalventils) zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nu.· eine Dichtspaltebene vorhanden ist und daß der äußerste, ringförmige Dichtspalt unmittelbar mit dem Zwischendruckraum verbunden ist und die Zulaufdrossel bildet. Dadurch sind enge Bearbeitungstoleranzen auf der Rückseite der Verteilerscheibe und eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung von in verschiedenen Ebenen liegenden Dichtspalten vermieden. Darüber hinaus ermöglicht die dauernd vorhandene einzige Dichtspaltebene ein Schweben der Verteilerscheibe über dem Verteilerblock und damit eine stetig verstellbare Veniilwirkung, aber auch ein Durchspülen der Dichtspaltebene.

Nachstehend wird ein Ausführur.gsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein hebelbetätigtes Vier-Wege-Ventil im Aufrif* nach der Linie I-I der F i g. 2 und

F i 3. 2 einen waagrechten Schnitt nach Linie 11-11 der F i g. 1 von oben gesehen.

Das dargestellte Ventil besteht aus zwei Hauptteilen, nämlich einem Verteilerblock 1 mi' einem deckelartigen Gehäuse Γ und einer Vertcilerscheibe 2 mit vier zylindrischen Sackbohrungen 3 und 3', die in gegenseitigen Abständen von 90° verteilt sind und alle den gleichen Abstand vom Zentrum der Verteile .cheibe 2 haben. Das Gehäuse Γ ist mit dem Verteilerblock 1 durch Schrauben 4 verschraubt. Der Verteilerblock 1 und die Verteilerscheibe 2 weisen einander zugekehrte Planflächen auf.

Im Verteilerblock 1 sind mehrere Nuten und Bohrungen vorgesehen. Eine erste Ringnut weist Nutabschnitte 5 und 6 auf, wobei die Nutabschnitte 6 über Sackbohrungen 7 und radiale Nuten 8 mit einer zweiten, konzentrischen Ringnut 9 von größerem Durchmesser in Verbindung stehen. Zwischen den Nutabschnitten 5 und 6. sind in durchgehende Bohrungen 10 insgesamt vier auf der der Verteilerscheibe 2 abgekehrten Seite geschlossene Büchsen U, 11' eingeschraubt, die ebenfall: in gegenseitigen Abständen von 90° verteilt sind. Die beiden Nutabschnitte 5 stehen über radiale Nuten 12 mit einer zentralen Bohrung 13 in Verbindung. Ein Hebe! 14 ist an einem mittels eines Kugellagers 15 in der zentralen Bohrung 13 radial gelagerten Bolzen 16 befestigt, welcher Bolzen in die Verteilerscheibe 2 geschraubt ist. Der Bolzen 16 weist eine Querbohrung 17 und eine Längsbohrung 17' auf, so daß der den Bolzen 16 umgebende Raum der Bohrung 13 über die Querbohrung 17, die Längsbohi uiig 17' und eine als koaxial zur Längsbohrung 17' angeordnete scheibenförmige Blende ausgebildete Ablaufdrossel 18 mit dem zwischen der Verteilerscheibe 2 und der Innenseite des Gehäuses Γ befindlichen Zwischendruckraum 19 verbunden ist.

In Verteilerblock 1 ist ferner eine dritte, konzentrische Ringnut 20 vorhanden, welche sich gegenüber dem durch die Peripherie der Verteilerscheibe 2 und die Innenwand des Gehäuses Γ begrenzten, zylindrischen Spalt befindet und die von der nächstinneren Rinjmut 9 durch einen ringförmigen Steg 21 getrennt ist. Der Steg 21 bildet zusammen mit dem gegenüberliegenden Teil der Stirnfläche der Verteilerscheibe 2 einen schmalen Dichtspalt 22, welcher als Zulaufdrossel wirkt.

Die äußerste Ringnut 20 ist ferner über ein in den

Verteilerblock I geschraubtes, drehbares Ventil 23 und eine in F i g. 1 teilweise dargestellte Querbohrung 24 mit der Bohrung 13 verbunden. Das Ventil 23 und die Bohrung 24 sind hierbei längs einer Schnittlinie dargestellt, die in einem Abstand von der in F i g. 2 eingezeichneten Schnittlinie l-l liegt, vas, auch aus der in F i g. 2 dargestellten Lage des Ventils 23 ersichtlich ist. Die Querbohrung 24 liegt hierbei unterhalb er Ringnuten 9 und 10, der Nutabschnitte 5 und 6 und der Sackbohrungeu 7.

Ein in F i g. 2 schematisch dargestellter Vorratstank 25 enthält ein Druckmedium, z. B. öl. An den als Ablaufraum dienender, Tank 25 ist eine Pumpe 26 angeschlossen, welche in der schematisch dargestellter. Leitung 27 einen Speisedruck perzeugt. Die Speiseseite der Pumpe 26 ist ferner über ein Überdruck- entil 28 r.iit dem Tank 25 verbunden.

Die Leitung 27 weist zwei im Innen des Verteilerblocks 2 verlaufende, schcnatisch gestricheli daigestell ^ Leitungszweige auf, welche in die beiden Sackbohrungen 7 münden. Eine weitere, im Verteilerblock 2 angeordnete und ebenfalls schematisch gestrichelt dargestellte Leitung 29 verbindet die Bohrung 13 mit dem Tank 25.

Ein durch das dargestellte Drehventil zu steuernder, in F i g. 2 schematisch dargestellter Verbraucher 30, 7.. B. ein hydraulischer Motor, ist an seiner einen Steuerseite über eine weitere, in gleicher Weise vorgesehene Leitung 3ü mit dem Innenraum des en.an Paares 11 einander diametral gegenüberliegender Büchsen verbunden. Die andere Steuerseite des Verbrauches 30 ist über weitere Leitungen 32 mit dem Innenraum des anderen Büchsenpaares 11' verbunden. Aus Fi g. 1 ist ersichtlich, daß der zapfenförmige, in den Verteilerblock 2 geschraubte Teil 33 der Füchsen 11, 13' eine Querbohrung 34 aufweist, an welche die Leitung 31 bzw. 32 angeschlossen ist.

Die Funktionsweise des dargestellten Drehventils kann wie folgt beschrieben werden:

Es sei angenommen, daß sich der Hebel 14 in der in F i g. 2 mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage befindet, in welcher jede Sackbohrung 3, 3' der Verteilerscheibe 2 genau über einer zugeordneten Büchse 11 bzw. It' liegt. Der Speisedruck ρ des Druckmediums gelangt über die Leitung 27 zu den Sackbohrungen 7, den Nutabschnitten 6 und über die radialen Nuten 8 in die zweite Ringnut 9. Der den Bolzen 16 umgebende Raum der Bohrung 13 und damit über die radialen Nuten 12 auch die Nutabschnitte 5 weisen den Rücklaufdruck des Druckmediums im Tank 25 auf. In allen Büchsen 11,11', und damit über die Leitungen 31,32 an beiden Steuerseiten des Verbrauchers 30, liegt der gleiche, durch den Leckfluß des Druckmediums von den Nutabschnitten 6 zu den Nutabschnitten 5 bestimmte Druck vor. .'5

Wenn nun der Hebel 14 betätigt wird und beispielsweise in die in F i g. 2 gestrichelt dargestellte Lage 14' gelangt, wird auch die Verteilerscheibe 2 gegenüber dem Verteilerblock 1 verdreht. Damit liegen die Sackbohrungen 3, 3' teilweise über den Nutabschniuen 6 ^⁰ (Sackbohrungen 3) bzw. über den Nutabschnitten 5 (Sackbohi'ungen 3'), wie dies in F i g. 2 aus den gestrichelt dargestellten Sackbohrungen 3, 3' ersichtlich ist. Das Druckmedium kann nun einerseits von den Nutabschnitten 6 über die Büchsen 11 in die Leitung 31 strömen, bzw. aus der Leitung 32 über die Büchsen 11' in die Nutabschnitte 5 und damit in den Tank 25 strömen. Damit steigt der Druck an der mit der Leitung 31 verbundenen Steuerseite des Verbrauchers 30, während er an d?r anderen, mit der Leitung 32 verbundenen Steuerseite sinkt, so daß der Verbraucher 30 betätigt wird- Die Größe der Druck.beaufschlagung bzw. der Druckentlastung des Verbrauchers 30 ist hierbei davon abhängig, wieviel jede Sackbohrung 3,3' der Verteilerscheibe 2 über einem Nutabschnitt 6 bzw. 5 liegt, d. h. abhängig vom eingestellten Verdrehungswinkel der Verteilerscheibe 2. Somit läßt sich durch entsprechendes Drehen des Hebels 14 eine graduelle Druckbeaufschlagung der einen Verbraucherseite und eine graduelle Druckentlastung der anderen Verbraucherseite erzielen. Wenn der Hebel 14 in der anderen als ci?r dargestellten Richtung gedreht wird, stellen sich am Verbraucher 30 die umgekehrten Druckverhältnisse ein, indem dann die Büchsen 11 über die Sackbohrungen 3 mit den Nutabschnitten 5 und die Büchsen 1Γ über die Sackbohrungen 3' mit den Nutabschnitten 6 in Verbindung kommen.

Um die beschriebene Ventilwirkung regeltechnisch ausnutzen zu können, müssen die Betätigungskräfte des Hebels 14 vernachlässigbar klein sein. d. h. die radiale und axiale Lagerung der bewegbaren Teile, nämlich die Lagerung des Bolzens 16 im Verteilerblock 1 und die Dichtung zwischen der Verteilerscheibe 2 und dem Verteilerblock 1, dürfen praktisch keine Reibung aufweisen. Die radiale Lagerung wird, wie bereits erwähnt, vorteilhafterweise durch das Kugellager 15 vorgenommen, das als Radiallager ausgebildet ist und ein Spiel in axialer Richtung zuläßt. Die axiale Lagerung wird durch die nachfolgend beschriebene hydrostatische Selbsteinsiellung gewährleistet.

Aus der unter dem Speisedruck ρ stehenden /weiten Ringnut 9 tritt das Druckmedium radial nach ._:ußen und wird zwischen dem ringförmigen Steg 21 und der gegenüberliegenden Fläche der Verteilerscheibe 2, d. h. im bereits erwähnten Dichtspalt 22, auf einen Zwischendruck pe gedrosselt, der demnach in dem zwischen dem Deckel Γ und der Verieilerscheibe 2 befindlichen Raum 19 vorliegt, der zudem über die feste Drossel 18 mit dem Tank 25 verbunden ist. Der Zwischendruck pe im Raum 19 muß aus Gleichgewichtsgründen denjenigen Wert annehmen, der den Druckbeaufschlagungskräften im Dichtspalt 22 entspricht. Andererseits muß die aus der Ringnut 9 austretende Druckmediummenge aus Kontinuitätsgründen gleich dem durch die Differenz des Zwischendrucks p< und des Drucks im Tank 25 an der festen Drossel 18 hervorgerufenen Druckmediumstrom sein. Somit wird durch den Wert der festen Drossel 18 und durch die Druckgeometrie im Dichtspalt 22 die in F i g. ! ;ingczeichnete Spalthöhe h genau vorgesehen, was der gewünschte Axiallagerung gleichkommt.

Ein feiner Verteilerspalt wie der dargestellte Spalt 22 verursacht bei allen Servoventiltypen große Schwierigkeiten, da mit der Zeit durch Schmutzpartikclansammlungen eine unerwünschte Reibkraft entstehen kann. Bei normalen Schiebeventilen muß dementsprechend das ganze Ventil auseinandergenommen und gereinigt werden. Beim vorliegenden Ventil genügt eine Vergrößerung des Leitwertes der Drossel 18, um den Dichtspalt 22 derart zu öffnen, daß alle störenden Partikeln weggewischt werden, womit eine Betriebsunterbrechung vermieden wird. Die erforderliche Leitwertvergrößerung wird zweckmäßig durch das der Drossel 18 parallelgeschaltete Ventil 23 vorgenommen, das nur für die Reinigung geöffnet wird. Durch öffnen des Ventils 23 vergrößert sich der Leitwert vom Zwischendruck-

raum 19 zum Tank 25, so daß aus Kontinuitätsgründen auch der Leitwert des Dichtspaltes 22 größer wird, d. h. die Spalthöhe h größer wird, und Schmutzpartikeln durch das Druckmedium weggeschwemmt werden.

Servorventile neigen aus verschiedenen Gründen zum Schwingen. Der Dämpfwert ihrer Übertragungsfunktion wird praktisch nur durch die viskose Reibung im Dichtspalt gegeben. Deswegen schwingen die meisten Servoventile ab einer gewissen Druckgrenze infolge höherer Störkräfte und ab einer gewissen Öitemperatur infolge verkleinertem Dämpfungsfaktor.

Von dieser ungünstigen Eigenschaft kann man sich beim vorliegenden Drehventil befreien, indem man streng darauf achtet, daß der Druckmediumstrom im Dichtspalt 22 laminar bleibt, was sich durch eine entsprechende Sirömungsquerschnittsgröße und radiale Länge des Spaltes erzielen läßt, und bei der festen Drossel 18 stets turbulenten Charakter aufweist, was durch die dargestellte Ausbildung der Drossel 18 als scheibenförmige Blende erzielbar ist. Dadurch erreicht man, daß bei steigender Öltemperatur oder bei steigendem Druck sich die Dichtspalthöhe h verkleinert und die Schwinggrenze infolge erhöhter Dämpfung nicht berührt wird.

ίο Das beschriebene Ventil kann natürlich auch in anderer als der beschriebenen Weise betätigt werden, beispielsweise durch direkte hydraulische, pneumatische oder elekt.rohydraulische Steuerung des Bolzens 16, wobei dann der äußere Hebel 14 wegfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 23 OO

1. Mehrwege-Drehventil für ein unter Speisedruck stehendes Druckmedium, mit einem eine ehene Mündungsfläche aufweisenden Verteilerblock und einer drehbeweglich zu diesem in einem Gehäuse angeordneten die Mündungen steuernden Verteilerscheibe, welche mit der Mündungsfläche des Verteilerblocks eine Dichtspaltebene bildet und mit Abstand von der der Mündungsfläche abgekehrten Innenfläche des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Druck in dem Zwischendruckraum zwischen der Verteilerscheibe und dem Gehäuse sich durch das Zusammenspiel einer Zulaufdrossel und einer Ablaufdrossel ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Dichtspaitebene vorhanden ist und daß der äußerste, ringförmige Dichtspalt (22) unmittelbar mit dem Zwischendruckraum (19) verbunden ist und die Zulaufdrossel bildet.

2. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufdrossel (18) zur Erzeugung einer turbulenten Strömung des Druckmediums, z. B. blendenförmig, ausgebildet ist.

3. Drehventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Ablaufdrossel (18) ein Ventil (23) angeordnet ist, das bei öffnung zur Reinigung des Dichtspaltes (22) durch Erhöhung des Druckmediumflusses vom genannten Zwischendruckraum (19) zum Ablaufraum (25) eine zeitweilige Vergrößerung der Dichtspalthöhe (h) erlaubt.