DE3313154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckhydraulikventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einem aus der CH-PS 3 09 289 bekannten Hochdruckhy­ draulikventil verläuft der Nebenströmungsweg über eine Vorsteuerkammer, in der ein Hohlkolben gegen Federkraft verschiebbar ist. Radiale Durchgänge in der Wand des Hohlkolbens bilden Drosselbohrungen im Nebenströmungs­ weg, deren Druckdifferenz zur Steuerung der Hohlkolben­ bewegung verwendet wird. In dem Umfangsbereich des Hohl­ kolbens, in dem die Mündungen der Drosselbohrungen lie­ gen, ist der Außendurchmesser des Hohlkolbens gegenüber dem Innendurchmesser der Vorsteuerkammer verkleinert, so daß eine ringspaltförmige Engstelle entsteht, die sich in axialer Richtung bis zu einer Nut im Umfang des Hohl­ kolbens erstreckt, die zum Auffangen durchgedrungener Verunreinigungen dient. Nachteilig ist dabei, daß durch die Spielbewegung des Hohlkolbens die Spaltwände der Engstelle ständig relativ zueinander bewegt werden, was zur Folge hat, daß sich am Beginn der Engstelle und im Bereich der Umfangsnut ablagernde Verschmutzungen in die Engstelle hineingewalkt oder gezogen werden, vor allem wenn sie sich an der feststehenden Innenwand der Steuer­ kammer festgesetzt haben. Speziell in den Endbereichen des Kolbenhubs setzen sich Verschmutzungen an der Innen­ wand der Steuerkammer ab, so daß in der Endstellung des Hohlkolbens der Einlaß in die Engstelle durch einen Wulst an der Innenwand der Steuerkammer versperrt wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß im Nebenströmungsweg häufig kleine Mengen strömen, bei denen eine Störung durch Verunreinigungen sofort zu einer Veränderung des Druckgefälles führt, was die Funktionssicherheit des Hochdruckhydraulikventils in Frage stellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruck­ hydraulikventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß seine Steuerfunktion durch Verunrei­ nigungen im Nebenströmungsweg nicht beeinträchtigt wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dank dieser Ausbildung hindert die Engstelle Verunreini­ gungen in einer für die Drosseldurchgänge schädlichen Größe am Vordringen zu den Drosseldurchgängen. Der Strö­ mungsdruck kann gegebenenfalls die Verunreinigung bis in den Anfangsbereich der Engstelle drücken; da die Spalt­ wände feststehend sind, bleiben die so weit vorgedrunge­ nen Verunreinigungen dann aber hängen. Trotzdem benötigt die Engstelle kaum nennenswerten Platz zur Unterbringung und auch keine zusätzlichen Bauteile zum Abfangen der Verunreinigungen. Da die Länge der Spaltwände ein Viel­ faches der Durchgangsweite des Drosseldurchganges be­ trägt, ist der Durchsatz durch die Engstelle so groß, daß im Vergleich zum Druckgefälle über die Drosseldurch­ gänge kein nennenswertes Druckgefälle in Kauf zu nehmen ist. Selbst wenn ein Teil der Länge der Engstelle durch Verunreinigungen passiv bleibt, bleibt der verbleibende Teil der Länge der Engstelle immer in der Lage, einen relativ zum Durchsatz durch die nachgeschaltete Steuer- Drosselstelle größeren Durchsatz im Nebenströmungsweg zu verkraften.

Eine zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 2 hervor. Bei dieser labyrinthartigen Ausbildung der Eng­ stellen wird die Schmutz-Fang-Wirkung verstärkt.

Für die Praxis hat sich weiterhin eine Ausführungsform als besonders zweckmäßig erwiesen, wie sie aus Anspruch 3 hervorgeht. Ein Ringspalt läßt sich präzise mit der bestimmten, kleinen Spaltweite ausbilden, wobei die Spaltlänge durch den Ringdurchmesser außerordentlich groß und damit auch der gesamte Durchgangsquerschnitt wünschenswert groß wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, bei der das Element ein Hohlkolben ist, in dem der Steuerdurchgang als Radialbohrung ausgebildet ist, geht aus Anspruch 4 hervor. Die baulichen Maßnahmen zur Unterbringung der Engstelle sind hier besonders einfach und preiswert zu verwirklichen. Die Verschmutzungen werden in der Nut aufgefangen, während die Strömung ungehindert zur Ra­ dialbohrung gelangt.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform, und zwar ein druckvorgesteuertes Magnetventil, insbesondere Senkven­ til, geht aus Anspruch 5 hervor. Bei dieser Vorrichtung ist in eine zwischen einem Zuströmkanal und einem Ab­ strömkanal einen Ventilsitz aufweisende Ventilkammer das Magnetventil eingeschraubt, wobei in diesem eine das Ventilelement enthaltende Vorsteuerkammer vorgesehen ist, die über einen Drosseldurchgang mit der Ventilkam­ mer einerseits und über eine gegenüber dem Drosseldurch­ gang größere Ablaßöffnung im Ventilelement mit dem Ab­ strömkanal andererseits in Verbindung steht, wobei der Ablaßöffnung in der Vorsteuerkammer ein Vorsteuer­ schließelement zugeordnet ist, das durch einen Schalt­ magneten betätigbar ist. Vorteilhaft wird bei dieser Ausbildung der Innenwand der Bohrung eine zusätzliche Funktion beim Auffangen von Verschmutzungen zugewiesen.

Schließlich ist auch eine Ausführungsform zweckmäßig, wie sie in Anspruch 6 erwähnt ist. Die ringförmige Ein­ drehung definiert nicht nur einen Teil des Nebenströ­ mungsweges zum Steuerdurchgang, sondern bildet gleich­ zeitig auch die Begrenzung der Ringschulter in der Eng­ stelle.

Nachstehend werden Ausführungsformen des Erfindungsge­ genstandes anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Vorrichtung,

Fig. 2 ein vergrößertes Detail aus Fig. 1,

Fig. 3 ein vorgesteuertes Hochdruckhy­ draulik-Ventil, und

Fig. 4 ein druckvorgesteuertes Magnet­ ventil, jeweils im Schnitt.

Bei einem nur schematisch angedeuteten Hochdruckhydrau­ likventil 1 gemäß Fig. 1 wird ein Hauptströmungsweg in Richtung der Pfeile durch einen Zuströmkanal 2 und einen Abströmkanal 3 definiert, in dessen Vorlauf ein strich­ liert angedeutetes Element 4 vorgesehen ist. Das Ventil 1 kann ein Steuer- oder Regelventil, ein Wegeventil, ei­ ne hydraulische Arbeitsvorrichtung, eine Betätigungsvor­ richtung oder eine Vorrichtung sein, in der das strömen­ de Hydraulikmedium Arbeit leistet oder zum Arbeiten ver­ anlaßt wird, und zwar beispielsweise durch das Element 4. Die Hauptströmung über den Zuströmkanal 2 und den Ab­ strömkanal 3 erfolgt dabei mit großem Durchsatz bzw. mit großer Fördermenge, wofür entsprechend große Durchgangs­ querschnitte vorgesehen sind.

Vom Hauptströmungsweg zweigt aus dem Zuströmkanal 2 ein Abzweigkanal 5 als Nebenströmungsweg ab, über den Hy­ draulikmedium zu einem Drosseldurchgang 6 mit im Ver­ hältnis zum Querschnitt des Zuströmkanals 2 kleinem Durchmesser d strömt. Der Drosseldurchgang 6 ist ein Steuer- oder Pilotdurchgang, mit dem eine Regel-, Steu­ er oder Kontrollfunktion des Ventils 1 bewirkt wird. Im Nebenströmungsweg über den Abzweigkanal 5 ist vor dem Drosseldurchgang 6 eine spaltförmige Engstelle 7 vorge­ sehen, deren Spaltweite W gleich oder kleiner ist als der Durchmesser d des Drosseldurchganges 6, und die von relativ zueinander feststehenden Spaltwänden begrenzt ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist im Bereich der Engstelle 7 ein länglicher Spalt 8 ausgebildet, so daß trotz der Spalt­ weite w der Gesamtdurchgangsquerschnitt im Spalt 8 we­ sentlich größer ist als der Durchgangsquerschnitt im Durchgang 6. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß über die Engstelle 7 kein nennenswertes Druckgefälle aufge­ nommen werden muß, sondern daß in der Engstelle 7 Verun­ reinigungen des Hydraulikmediums festgehalten werden, die eine die Spaltweite w übersteigende Größe besitzen. Dabei spielt es keine Rolle, wenn nach längerer Ge­ brauchsdauer ein Teil des Spaltes 8 durch Verunreinigun­ gen zugelegt ist, da immer noch ein größerer Durchgangs­ querschnitt frei bleibt, als der Durchgangsquerschnitt durch den Durchgang 6.

In Fig. 2 wird schematisch strichliert angedeutet, daß der Abzweigkanal 5 für die Nebenströmung bei 9 so aufge­ weitet ist, daß das Druckmittel die gesamte Spaltlänge L, die im übrigen ein Vielfaches des Durchmessers ist, bestreichen kann. Im übrigen besitzt das Ventil 1 ein Gehäuse 10.

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch ein vorgesteuertes Ventil 1′. Im Gehäuse 10 sind ein Zuströmkanal 2 und ein senkrecht davon wegführender Abströmkanal 3 sowie eine zwischen diesen liegende Ventilkammer 11 vorgesehen, in der sich ein Ventilsitz 12 befindet. In die Kammer 11 mündet ferner eine Steuerkammer 13, in der ein Ventil­ element 14, das als Hohlkolben ausgebildet ist, abge­ dichtet und verschiebbar derart angeordnet ist, daß es mit seiner kegelförmigen Schließfläche 15 mit dem Ven­ tilsitz 12 zusammenarbeitet. Das Ventilelement 14 ist zwischen einer Schließstellung (Fig. 3) und einer nicht dargestellten Öffnungsstellung verschiebbar, in der die Verbindung vom Zuströmkanal 2 zum Abströmkanal 3 über den Ventilsitz 12 offen ist.

Im zylindrischen Teil des Ventilelementes 14 sind bei­ spielsweise zwei diametral gegenüberliegende Radialboh­ rungen 6′ vorgesehen, die den mit der Steuerkammer 13 in Verbindung stehenden Hohlraum 13 a des Ventilelements 14 mit der Kammer 11 verbinden. Der Durchmesser der Radial­ bohrungen 6′ ist d. In der Spitze des Ventilelementes 14 ist eine Ablaßöffnung 16 vorgesehen, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser d der Radialbohrungen 6′. In die Ablaßöffnung 16, an deren innenliegendem Ende ein Ventilsitz 17 gebildet ist, taucht eine als Schließglied wirkende Spitze 18 eines Stößels 19 ein, der durch eine Feder 20 in Schließrichtung belastet wird.

Im Außenumfang des Ventilelementes 14 ist eine umlaufen­ de Nut 8′ vorgesehen, die eine Nutweite w besitzt, die kleiner ist als der Durchmesser d. Die Nut 8′ begrenzt mit ihren Seitenwänden die Engstelle 7′ im Nebenströ­ mungsweg aus der Ventilkammer 11 zu den Radialbohrungen 6′.

Anstelle der umlaufenden Nut 8′ könnten auch Längsnuten 8′′ im Außenumfang des Ventilelementes 14 vorgesehen sein, und zwar derart, daß sie die Radialbohrungen 6′ schneiden. Die Nutweite der Längsnuten 8′′ ist kleiner als der Durchmesser d der Radialbohrungen 6′. Bei der letztgenannten Alternative bilden die Längsnuten 8′′ Eng­ stellen 7′′ im Nebenströmungsweg zu den Radialbohrungen 6′.

Das Ventil 1′ arbeitet wie folgt:

In der dargestellten Schließstellung herrscht im Zu­ strömkanal 2 Druck, während der Abströmkanal 3 drucklos ist. Über die Engstelle 7′ und die Radialbohrungen 6′ ist das Hydraulikmedium in die Steuerkammer 13 einge­ drungen und belastet das Ventilelement 14 auf einer Querschnittsfläche in Schließrichtung, die größer ist als die Kreisringfläche, in der der Druck im Zuströmka­ nal 2 in Öffnungsrichtung am Ventilelement 14 angreift. Damit hält der Druck in der Steuerkammer 13 das Ventil­ element 14. Über den Spalt 8′ der Engstelle 7′ können keine Verunreinigungen in die Radialbohrungen 6′ gelan­ gen, die größer sind als die Spaltweite w, so daß das Zulegen der Radialbohrungen 6′ zuverlässig unterbunden bleibt.

Sobald der Stößel 19 angehoben und die Steuerkammer 13 über die Ablaßöffnung 16 in den Abströmkanal 3 druckent­ lastet wird, drückt der im Zuströmkanal 2 herrschende Druck über die Kreisringfläche zwischen dem Ventilsitz 12 und dem Außendurchmesser des Ventilelements 14 dieses in die Offenstellung, so daß das Druckmittel aus dem Zu­ strömkanal 2 über den großen Querschnitt des Ventilsit­ zes 12 mit hohem Durchsatz abströmt. Da die Radialboh­ rungen 6′ kleiner sind als die Ablaßöffnung 16, strömt aus der Steuerkammer 13 stets mehr Druckmittel ab, als über die Radialbohrungen 6′ nachströmen kann. Es bleibt deshalb das Ventil solange in seiner Offenstellung, bis das Schließglied 18 wieder auf den Ventilsitz 17 aufge­ setzt wird, worauf sich über die Radialbohrungen 6′ in der Steuerkammer 13 ein Druck aufbaut, der das Ventil­ element 14 in die Schließstellung bringt.

Fig. 4 verdeutlicht ein druckvorgesteuertes Einschraub- Magnetventil 1′′, beispielsweise ein Senkventil. Dieses ist in eine Innengewindebohrung 21 des Gehäuses 10 ein­ geschraubt. Die Innengewindebohrung 21 ist mit ihrem Kerndurchmesser bei 22 verlängert bis zu einer umlaufen­ den Anlageschulter 23. Diese Verlängerung 22 bildet gleichzeitig die Ventilkammer 11′ zwischen dem Zuström­ kanal 2 und dem Abströmkanal 3.

Am unteren Ende eines Schaltmagneten 24 ist ein Hülsen­ teil 26 festgelegt, z. B. verstemmt, der durch den Schaltmagneten 24 in Anlage an der Schulter 23 gehalten wird. Dichtungen 28 verhindern den unerwünschten Durch­ tritt des Hydraulikmediums. Die Wand des Hülsenteils 26 enthält radiale Einlaßöffnungen 27, über die der Zu­ strömkanal 2 über eine ringförmige Eindrehung mit dem Inneren des Hülsenteils 26 in Verbindung steht. In der Innenwand des Hülsenteils 26 ist der Ventilsitz 12′ vor­ gesehen, von dem eine Auslaßöffnung 25 zum Abströmkanal 3 führt. Im Hülsenteil 26 ist das kolbenartig ausgebil­ dete Ventilelement 14′ geführt, das die im Schaltmagne­ ten 24 ausgeformte Steuerkammer 13′ mit seiner Endfläche begrenzt. In dieser Endfläche ist die Ablaßöffnung 16′ ausgebildet, die den Ventilsitz 17′ für das Schließglied 18′ am Stößel 19′ bildet.

Am Ventilelement 14′ lassen sich die Ablaßöffnung 16′ und der Ventilsitz 17′ einfach ausbilden, da die Endflä­ che des Ventilelementes 14′ plan geschliffen und gehär­ tet ist. Unten am Ventilelement 14′ ist die Schließflä­ che 15′ angeformt, die mit dem Ventilsitz 12′ zusammen­ arbeitet. Das Ventilelement 14′ bildet mit dem Ventil­ sitz 12′ das aktive Element 4′′ des Ventils 1′′.

Eine die Begrenzung der ringförmigen Eindrehung im Hül­ senteil 26 darstellende Ringschulter 29 ist so ausge­ bildet und bemessen, daß sie mit der Innenwand der Ver­ längerung 22 die Engstelle 7′′′ im Nebenströmungsweg zu der im Hülsenteil 26 ausgebildeten Bohrung 6′′ darstellt, und zwar in Form eines Ringspaltes 8′′′, dessen Spaltwei­ te w kleiner ist als der Durchmesser d der Bohrung 6′′. Die Ablaßöffnung 16′ ist größer als die Bohrung 6′′.

Das Einschraub-Magnetventil 1′′ arbeitet wie folgt:

In der dargestellten Schließstellung steht der Druck im Zuströmkanal über die Bohrung 6′′ auch in der Steuerkam­ mer 13′ an. Da das Schließglied 18′ auf dem Ventilsitz 17′ aufsitzt, bewirkt der Druck in der Steuerkammer 13′, daß das Ventilelement 14′ mit seiner Schließfläche 15′ auf den Ventilsitz 12′ aufgepreßt wird.

Sobald der Schaltmagnet 24 den Stößel 19′ anhebt, wird der Druck in der Steuerkammer 13′ durch die Ablaßöffnung 16′ in den Abströmkanal 3 abgebaut. Der Druck, der in der Ringfläche zwischen dem Ventilsitz 12′ und dem Au­ ßendurchmesser des Ventilelementes 14′ in Öffnungsrich­ tung wirkt, hebt das Ventilelement 14′ ab, so daß eine durchgehende großdurchmeßrige Strömungsverbindung vom Zuströmkanal 2 zum Abströmkanal 3 geöffnet wird.

Obwohl bei jeglicher Strömung durch die Bohrung 6′′ die Engstelle 7′′′ Verunreinigungen zurückhält, die ein Zule­ gen der Bohrung 6′′ bewirken könnten, stellt die Engstel­ le 7′′′ kein spürbares Strömungshindernis dar.

Da über die Ablaßöffnung 16′ stets mehr Hydraulikmedium abströmt als über die Bohrung 6′′ zuströmt, bleibt das Ventilelement 14′ selbsttätig in seiner Offenstellung.

Sobald der Stößel 19′ wieder abgesenkt wird, schließt das Schließglied 18′ die Ablaßöffnung 16′. Es baut sich in der Steuerkammer 13′ ein Druck auf, der das Ventil­ element 14′ nach unten verfährt, bis es mit seiner Schließfläche 15′ auf dem Ventilsitz 12′ aufsitzt und den Zuströmkanal 2 vom Abströmkanal 3 trennt.

Die Engstellen im Nebenströmungsweg können bei allen vorgeschriebenen Ausführungsformen auch nach Art eines Labyrinthes ausgebildet werden, d. h., daß dann mehrere Spalte in Serie hintereinanderliegen.

Claims (6)

1. Hochdruckhydraulikventil, mit einem Gehäuse, in dem in einem Hauptströmungsweg mit vorbestimmtem Durchsatz mittels eines beweglichen Ventilelementes eine Hauptströ­ mung steuerbar ist, mit einem Nebenströmungsweg, der zu­ mindestens einen Drosseldurchgang für einen gegenüber dem Durchsatz im Hauptströmungsweg erheblich kleineren Durch­ satz führt, und mit wenigstens einer im Nebenströmungsweg vor dem Drosseldurchgang angeordneten spaltförmigen Eng­ stelle zwischen zwei Spaltwänden, deren Abstand der Durch­ gangsweite des Drosseldurchgangs gleich oder kleiner als diese und deren quer zur Strömungsrichtung gesehene Länge ein Vielfaches der Durchgangsweite ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltwände der Engstelle (7, 7′, 7′′, 7′′′) relativ zueinander feststehend an­ geordnet sind.

2. Hochdruckhydraulikventil nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Engstellen (7, 7′, 7′′, 7′′′) nach Art eines Labyrinths hinter­ einanderliegend angeordnet sind.

3. Hochdruckhydraulikventil nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch eine ringspaltförmi­ ge Engstelle (7′, 7′′′).

4. Hochdruckhydraulikventil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ventilelement ein Hohlkolben ist, in dem der Drosseldurchgang als Radialbohrung ausge­ bildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltwände von den Seitenwänden einer die Radial­ bohrung (6′) schneidenden Nut (8′, 8′′) im Hohlkolbenumfang gebildet werden, die entweder in Kolbenlängsrichtung oder in Umfangsrichtung des Hohlkolbens verläuft.

5. Hochdruckhydraulikventil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, das als druckvorgesteuertes Magnetven­ til, insbesondere Senkventil, ausgebildet und in einen einen Zuströmkanal und einen Abströmkanal verbindende, einen Ventilsitz enthaltende Ventilkammer für die Haupt­ strömung eingeschraubt ist, wobei eine das Ventilelement enthaltende Vorsteuerkammer über einen Drosseldurchgang mit der Ventilkammer einerseits und über eine gegenüber dem Drosseldurchgang größere Ablaßöffnung im Ventilelement mit dem Abströmkanal andererseits in Verbindung steht, und mit einem der Ablaßöffnung zugeordneten Vorsteuerschließelement in der Vorsteuerkammer, das durch einen Schaltmagneten be­ tätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (12′) in einem das Ventilelement (14′) enthaltenden und durch den Schaltmagneten (24) in der Ventilkam­ mer (11′) festgelegten Hülsenteil (26) angeordnet ist, der radiale Einlässe (27) zum Ventilsitz (12′) und einen axia­ len Auslaß (25) zum Abströmkanal (3) aufweist, daß der Drosseldurchgang (6′′) im Hülsenteil (26) angeordnet ist, und daß am Hülsenteil (26) außenseitig zumindest eine ring­ förmige Schulter (29) vorgesehen ist, deren Oberfläche zu­ sammen mit der Innenwand (22) der Ventilkammer (11′) die Spalt­ wände einer Engstelle (7′′′) zwischen dem Zuströmkanal (2) und dem Drosseldurchgang (6′′) bildet.

6. Hochdruckhydraulikventil nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Hülsen­ teil (26) im Außenumfang eine ringförmige Eindrehung vor­ gesehen ist, deren eine Flanke die innere Spaltwand der Engstelle (7′′′) in deren axialer Länge begrenzt.