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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft ein druck ausgeglichenes Ventil für HSA-Flüssigkeiten
mit einem Schieberkolben, der zur wechselweisen Verbindung eines Druckmittelverbrauchers
mit einer Hochdruckleitung in der Offnungsstellung des Ventils und mit einer Rücklaufleitung
in der Nullstellung des Ventils in einer beidseitig verschlossenen Längsbohrung
eines Ventilgehäuses um einen vorgegebenen Verschiebeweg verschiebbar gelagert ist,
dessen eine Längs seite in Öffnungsrichtung des Schieberkolbens nebeneinander liegend
eine vordere Eintrittsöffnung für die Druckflüssigkeit, eine mittlere Anschlußöffnung
für den Verbraucher und eine hintere Austrittsöffnung für den Rücklauf aufweist,
wobei die Öffnungen gegeneinander und nach außen zur Vermeidung von Spalt- und Leckverlusten
zwischen der Gehäuseinnenwandung und der Mantelfläche des Schieberkolbens durch
Dichtungsringe nach außen abgedichtet sind.
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Mit einem Schieberkolben gesteuerte Mehrwegeventile werden größtenteils
zur Druckbeaufschlagung von hydraulischen Arbeitszylindern oder dgl. mit Drucköl
verwendet.
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Die relativ hohe Viskosität des Öls macht eine Abdichtung der Steuerungskanäle
und Bohrungen für das Druckmittel zwischen den Eintritts- und Austrittsöffnungen
überflüssig. Zur Abdichtung sind schon relativ grobe Passungen zwischen dem Außenmantel
des Schieberkolbens und der Innenwandung des Ventilgehäuses ausreichend, so daß
auch ohne Dichtungselemente nur geringe Leckagen entstehen, die die Funktion des
Ventils nicht beeinträchtigen. Dagegen verursachen HSA-Flüssigkeiten aufgrund der
wesentlich geringeren Viskosität bei gleicher Spaltweite so große Leckagen, daß
eine einwandfreie Funktion des Ventils insbesondere bei hohen Drücken nicht mehr
gegeben ist.
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Zur Vermeidung von Spaltverlusten werden daher zwischen dem Schieberkolben
und der Innenwandung des -Ventilgehäuses Abdichtungen vorgesehen, die beim Verschieben
des
Schieberkolbens von den Verbindungsbohrungen oder -kanälen überfahren
werden. Als nachteilig hat sich herausgestellt, daß die Dichtungen beim Überschieben
durch den Seitendruck der im Spalt anstehenden Druckflüssigkeit in die sich öffnenden
Bohrungen hineingepreßt und von den Bohrungskanten beim Weiterschieben teilweise
abgeschert werden. Diesem Nachteil wird dadurch zu begegnen versucht, daß die Passungen
zwischen der Gehäuseinnenwandung und der Mantelfläche des Schieberkolbens sehr eng
gewählt werden, wodurch jedoch insbesondere bei kleinen Gesamtabmessungen des Ventils
erhebliche Kosten in der Fertigung entstehen. In der Praxis werden daher mit HSA-Flüssigkeiten
betriebene Druckmittelverbraucher vorwiegend durch herkömmliche Keqel- oder Kugel-Sitzventile
gesteuert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein druckausgeglichenes
Ventil der eingangs genannten Art für HSA-Flüssigkeiten zu schaffen, bei dem eine
lange Einsatzdauer (Standzeit) der Dichtungen gewährleistet ist und das kostengünstig
herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen
Mitteln gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand der
Unteransprüche.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung eines druckausgeglichenen Ventils
für HSA-Flüssigkeiten wird erreicht, daß beim Verschieben des Schieberkolbens in
die beiden Endstellungen die jeweils den Hochdruck gegenüber dem Rücklauf abdichtenden
Dichtungsringe zwischen den beiden Umlaufkanälen einerseits und zwischen der Austrittsöffnung
und dem hinteren Bereich der Gehäuseinnenwandung andererseits jeweils von druckbeaufschlagten
Radialbohrungen überfahren werden. Die Dichtungsringe werden beim überfahren durch
den in den Radialbohrungen anstehenden Druck in die Ringnutender Gehäuseinnenwandung
hineingedrückt, so daß die Druckflüssigkeit auf den Dichtungsringen einen Schmierfilm
bildet, über den die Bohrungen kontaktlos hinweggleiten. Auf diese Weise wird Verschleiß
an
den besonders beanspruchten Dichtungsringen vermieden.
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Die somit erreichte lange Lebensdauer der Dichtungsringe gewährleistet
eine große Betriebssicherheit des Ventils.
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Die Abdichtung erfolgt bei normalen Toleranzen zwischen dem Kolbenschieber
und der Gehäuseinnenwandung, so daß das aus wenigen Einzelteilen bestehende Ventil
auf einfache Weise kostengünstig herzustellen ist. Mit dem gemäß der Erfindung ausgebildeten
Ventil werden verhältnismäßig große Durchflußquerschnitte erreicht, die für die
Druckbeaufschlagung beispielsweise von großflächigen Arbeitszylindern vorteilhaft
sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das druckausgeglichene Ventil von
beiden Seiten durch Druckimpulse auf die Stirnseite des Schieberkolbens ferngesteuert
betätigt werden kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch ein druckausgeglichenes
Steuerventil, wobei der Schieberkolben in der rechten Zeichnungshälfte in der Nullstellung
und in der linken Hälfte in der Öffnungsstellung dargestellt ist.
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Der Schieberkolben 1 des druckausgeglichenen Ventils für HSA-Flüssigkeiten
ist in einer Längsbohrung 2 eines an beiden Stirnseiten verschlossenen Ventilgehäuses
3 verschiebbar gelagert. An einer Längsseite des Ventilgehäuses 3 befindet sich
eine Eintrittsöffnung 4 für eine nicht dargestellte Hochdruckleitung, durch die
die HSA-Flüssigkeit zugeführt wird. Dahinter liegen eine Anschlußöffnung 5 für einen
nicht dargestellten Druckmittelverbraucher sowie eine Austrittsöffnung 6 für die
vom Druckmittelverbraucher drucklos zurückfließende Druckflüssigkeit, die über eine
ebenfalls nicht dargestellte Rücklaufleitung in einen Tank abgeleitet wird. Die
Eintrittsöffnung 4 für die Druckflüssigkeit und die danebenliegende Anschlußöffnung
5 für den Verbraucher gehen in je einen flachen Umlaufkanal 7,8 über, die in der
Breite
des vorgegebenen Verschiebeweges 1 des Schieberkolbens 1 in der Gehäuseinnenwandung
2 umlaufen.
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Der Schieberkolben 1 wird durch einen zylindrischen Hohlkörper gebildet,
von dessen vorderer 9 und hinterer 10 Stirnseite Längsbohrungen ausgehen, die in
der Mitte nicht zusammentreffen und stirnseitig verschlossen sind, so daß im Inneren
des Schieberkolbens 1 eine vordere 11 und davon getrennt eine hintere 12 Druckkammer
vorhanden sind. Zum Verschieben des Schieberkolbens 1 aus der in der rechten Zeichnungshälfte
dargestellten Nullstellung in die in der linken Zeichnungshälfte dargestellten Öffnungsstellung
sind die beiden Stirnseiten 9 und 10 des Schieberkolbens 1 als Steuerflächen ausgebildet,
d.te gegebenenfalls ferngesteuert durch von außen zugeführte Druckimpulse über einen
Anschluß 13 in dem Ventilgehäuse 3 auf die vordere Stirnfläche 9 bzw. über einen
Anschluß 14 auf die gegenüberliegende hintere Stirnfläche 10 einwirken. Gleichzeitig
kann der Schieberkolben 1 auch von Hand über einen aus dem Ventilgehäuse 3 hinausragenden
Stößel 15 im Zusammenwirken mit einer am entgegengesetzten Ende im Ventilgehäuse
3 untergebrachten Rückstellfeder 16 beiätigt werden.
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Von der vorderen Druckkammer 11 zweigen zwei im Abstand des Verschiebeweges
1 voneinander getrennt und über den Umfang der Gehäuseinnenwandung 2 verteilt angeordnete
Radialbohrungen 17 und 18 ab, die in der Nullstellung des Schieberkolbens 1 jeweils
in die beiden äußeren Randbereiche des Um vorderen Laufkanals 7 einmünden. Weitere
Radialbohrungen 19 und 20 sind in der hinteren Druckkammer 12 vorgesehen, wobei
die vorderen Radialbohrungen 19 im Abstand des Verschiebeweges 1 von den benachbarten
hinteren Radialbohrungen 18, die von der vorderen Druckkammer 11 ausgehen und in
den Umlaufkanal 7 für den Hochdruckeintritt einmünden, angeordnet sind. In der Nullstellung
des Schieberkolbens 1 liegen die Radialbohrungen 19 im vorderen Randbereich des
Umlaufkanals 8 für den Verbraucheranschluß, während die hinteren Radialbohrungen
20 unmittelbar in die Austrittsöffnung 6 für den Rücklauf einmünden.
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Zur Abdichtung der Druckbereiche zum Rücklauf sind in Ringnuten (ohne
Bezugszeichen) auf der Gehäuseinnenwandung 2 Dichtungsringe 21 - 25 gelagert, von
denen der den Umlaufkanal 7 zur vorderen Stirnseite 9 abdichtende Ring mit 21, der
zwischen den Umlaufkanälen 7 und 8 liegende Ring mit 22, der zwischen dem Umlaufkanal
8 und der Austrittsöffnung 6 für den Rücklauf lieder gende Ring mit 23, der in noch
zu beschreibenden Endstellung des Schieberkolbens zwischen der Austrittsöffnung
6 und den hinteren Radialkanälen 20 liegende Ring mit 24 sowie der diese zur hinteren
Stirnseite 10 abdichtende Ring mit 25 bezeichnet sind.
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In der Nullstellung des Schieberkolbens 1 ist die im vorderen Druckraum
des Ventils in der Eintrittsöffnung 4, dem Umlaufkanal 7, den Radialbohrungen 17
und 18 sowie in der vorderen Druckkammer 11 anstehende Druckflüssigkeit vom Verbraucher
und vom Rücklauf getrennt, wobei die Abdichtung zu dem hinteren Druckraum über den
Dichtring 22 erfolgt. Dort ist die Anschlußöffnung 5 für den Verbraucher über den
Umlaufkanal 8, die Radialbohrungen 19, die Druckkammer 12 und die Radialbohrungen
20 mit der Austrittsöffnung 6 zum Rücklauf geöffnet.
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Durch Druckbeaufschlagung der Steuerfläche auf der Stirnseite 9 oder
über einen Druck auf den Stößel 15 wird der Schieberkolben aus der Nullstellung
um den Verschiebeweg 1 in die in der linken Zeichnungshälfte daraestellte Offnungsstellung
verschoben. Dabei überfahren die druckbeauf schlagten Radialbohrungen 18 den Dichtunasring
22 sowie die nicht mit Hochdruck beaufschlagten Radialbohrungen 20 den Dichtungsring
24. In der Öffnungsstellung befinden sich die äußeren Radialbohrungen 17 der vorderen
Druckkammer 11 über dem inneren Randbereich des Umlaufkanals 7 und deren inneren
Radialbohrungen 18 im inneren Randbereich des Umlaufkanals 8, so daß die Druckflüssigkeit
von der Eintrittsöffnung 4 über die Druckkammer 11 in die Austrittsöffnunq 6 zum
Verbraucher abströmt. Gleichzeitig ist durch die in den äußeren Randbereich des
Umlaufkanals 8 verschobenen Radialbohrungen 19 auch die hintere Druckkammer 12 beaufschlaqt,
wobei
die äußeren Radialbohrungen 20 der hinteren Druckkammer 12 zwischen den Dichtungsringen
24 und 25 an der Gehäuseinnenwandung 2 anlieqen.
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Beim Zurückschieben des Schieberkolbens 1 in die Nullstellung überfahren
die mit Druckflüssigkeit beaufschlaqten inneren Radialbohrungen 18 der vorderen
Druckkammer 11 den Dichtungsring 22 und die ebenfalls druckbeaufschlagten äußeren
Radialbohrungen 20 der hinteren Druckkammer 12 den Dichtungsring 24.
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Beim Verschieben des Schieberkolbens 1 in die beiden Arbeitsstellungen
wird die Druckflüssigkeit infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung
der Bohrungen und Kanäle auf dem Schieberkolgen 1 und in dem Ventilgehäuse 3 stets
so geleitet, daß sie beim Überfahren der Dichtungsringe 22 und 24 stets auf diese
drückt und auf deren Oberfläche einen Schmierfilm bildet, über den die Bohrungen
18 und 20 kontaktlos hinweggleiten.