DE3348155C2 - Control valve device - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerventilvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der DE-PS 29 10 029 ist ein Steuerventil für eine Steuerventilvorrichtung aus mehreren aneinandergesetzten Steuerventilen bekannt, bei dem in der Ebene des druck­ losen Durchlaufes der Druckkanalmündung die Ablaufkanal­ mündung in der Gehäusebohrung diametral gegenüberliegt. In der Gehäusebohrung sind ferner an der der Druckkanal­ mündung und auch an der der Ablaufkanalmündung gegen­ überliegenden Wand seitlich symmetrisch versetzt jeweils zwei zur Gehäusebohrung offene Ausnehmungen vorgesehen, die jeweils halb so groß sind wie die Mündung des Druck­ kanals bzw. des Ablaufkanals. Ferner sind im Kolben­ schieber drei in der Ebene des drucklosen Durchlaufes verlaufende Bohrungen angeordnet, die in der Neutral­ stellung des Kolbenschiebers, d. h. bei drucklosem Durch­ lauf, den Druckkanal mit dem Ablaufkanal und die sich jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen miteinander ver­ binden. Auf diese Weise wird erreicht, daß in der Neu­ tralstellung an beiden Seiten des Kolbenschiebers glei­ che Drücke herrschen. Da der Druckkanal über im Gehäuse die Gehäusebohrung umgehende Kanäle mit den gegenüber­ liegenden Ausnehmungen verbunden ist, wird auch in den Steuerstellungen des Kolbenschiebers erreicht, daß der im Druckkanal anstehende und auf den Umfang des Kolben­ schiebers wirkende Druck in den gegenüberliegenden Aus­ nehmungen wirkt, um eine einseitige Anpressung des Kol­ benschiebers zu vermeiden. Da jedoch die Druckkräfte der beiden Ausnehmungen mit seitlichen Abständen zur Druck­ kraft in der Druckkanalmündung wirken, wird der Kolben­ schieber unzweckmäßig gebogen. Ferner läßt es sich bei der Bewegung des Kolbenschiebers in eine Steuerstellung nicht vermeiden, daß auch in den an der Seite der Druck­ kanalmündung liegenden Ausnehmungen unter Druck gesetz­ tes Druckmittel gefangen wird, so daß insgesamt wiederum eine einseitige Anpressung des Kolbenschiebers entsteht, weil der Ablaufkanal drucklos ist. Schließlich hat es sich in der Praxis erwiesen, daß der angestrebte voll­ ständige Druckausgleich für den Kolbenschieber kaum je­ mals erreicht wird, vermutlich wegen des im Bereich der Druckkanalmündung zwischen dem Kolbenschieberumfang und der Gehäusebohrungswand einkriechenden Druckmittels, das im Bereich der Ausnehmungen nicht im selben Maß ein­ kriecht. Selbst bei sorgfältigster Oberflächenbearbei­ tung des Kolbenschiebers und der Gehäusebohrungswand läßt sich dieser zu einer einseitigen Anpressung des Kolbenschiebers führende Effekt nicht vermeiden, vor al­ lem bei hohem Arbeitsdruck und größerer Fördermenge. Ein besonders schwerwiegender Nachteil des bekannten Steuer­ ventils besteht schließlich darin, daß bei großen Durchfluß­ strömen, d. h. 200 l/min und mehr ein hoher Strömungswi­ derstand entsteht, der zu einer hohen mechanischen Bela­ stung des Druckmittels in der Stellung für drucklosen Durchlauf führt und bei der Bewegung des Kolbenschiebers in die Steuerstellung wegen der abrupten Drosselung so­ gar schädliche Kavitation und störende Geräusche er­ zeugt. In einer Steuerventilvorrichtung mit mehreren hintereinandergesetzten Steuerventilen ist schließlich der Druckausgleich bei einem Kolbenschieber eines in Strömungsrichtung vorderen Steuerventils nicht mehr ge­ geben, wenn ein in Strömungsrichtung hinten liegendes Steuerventil voreilend zum vorderen Steuerventil in die Steuerstellung verstellt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer­ ventilvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, die im besonderen für große Durchflußströme geeignet ist und dabei die Forderung nach einem vollständigen Druckausgleich des Kolbenschiebers in allen seinen Stel­ lungen zu erfüllen vermag.

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

Mit dieser Ausbildung werden auch bei großen Durchfluß­ strömen beim Verstellen eine schonende Abdrosselung und ein nahezu idealer Druckausgleich für den Kolbenschieber er­ reicht, weil die vom Druckmittel auf den Kolbenschieber ausgeübten Kräfte nicht nur in an beiden Kolbenschieber­ seiten gleich großen Flächen wirken, sondern weil sich diese Flächen auch direkt diametral gegenüberligen. Selbst wenn Druckmittel zwischen den Kolbenschieberum­ fang und die Gehäusebohrungswand einkriecht, geschieht dies an beiden Kolbenschieberseiten in gleichem Ausmaß, so daß auch dann der Druckausgleich für den Kolbenschie­ ber erhalten bleibt. Die beim Verstellen des Kolben­ schiebers beim bekannten Steuerventil einseitigen Kräfte werden vermieden, da hier der Druckmittelstrom an gegen­ überliegenden Seiten des Kolbenschiebers jeweils in gleichem Maß gedrosselt wird und gleich große, einander entgegengesetzt wirkende und sich somit aufhebende dyna­ mische Kräfte erzeugt. Besonders wichtig ist, daß dank dieser Ausbildung auch für Steuerventilvorrichtungen mit mehreren aneinandergesetzten Steuerventilen ein großer Durchflußstrom, wie er für die Arbeitsversorgung aller Steuerventile gebraucht wird, verkraftet werden kann, und daß der Druckausgleich bei jedem Kolbenschieber je­ des Steuerventils unabhängig davon erreicht wird, wel­ ches der Steuerventile in der Steuerventilvorrichtung zuerst und welches erst später betätigt wird.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Merkmal von Anspruch 2 vorliegt, da sich diese relativ kleinen Durchgangsboh­ rungen problemlos in dem Längsbereich des Kolbenschie­ bers unterbringen lassen, der durch den Abstand zwischen den in den anderen Arbeitsebene liegenden Verbraucheran­ schlüssen zur Verfügung steht.

Da der drucklose Durchlauf in der Neutralstellung des Kolbenschiebers über den Kanal zwischen den Taschen läuft und es wichtig ist, dann einen geringen Strömungs­ widerstand zu haben, ist das Merkmal von Anspruch 3 wichtig. Die Strömung wird hierbei nicht scharf umge­ lenkt.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform einer Steuer­ ventilvorrichtung mit wenigstens zwei mit ihren Gehäusen aneinandergesetzten Steuerventilen mit einem durchgehen­ den drucklosen Durchlauf geht schließlich aus Anspruch 4 hervor. Da aus strömungstechnischen Gründen der Druckka­ nal und der Ablaufkanal gerade zur Gehäusebohrung und gerade aus der Gehäusebohrung verlaufen, werden die Ge­ häuse von mehreren in einer Steuerventilvorrichtung zu­ sammenfassenden Steuerventilen jeweils paarweise aufein­ ander abgestimmt, indem der Druckkanal im einen Gehäuse zur einen Seite relativ zum Ablaufkanal versetzt ist, während er im anderen dazu passenden Gehäuse zur anderen Seite versetzt ist. Mit diesem Paar aus zusammenpassen­ den Gehäusen können dann wahlweise weitere Paare oder auch einzelne Gehäuse kombiniert werden. Wenn es keine Rolle spielt, ob der Pumpenanschluß bzw. die Verbrau­ cheranschlüsse bei nebeneinandergesetzten Steuerventilen in einer Steuerventilvorrichtung jeweils an den gleichen Gehäuseseiten liegen, ist es auch möglich, die Verset­ zung der Anschlußöffnungen an beiden Gehäuseaußenseiten dadurch auszugleichen, daß das jeweils zweite Gehäuse um 180° um die Gehäusebohrungslängsachse gedreht mit dem ersten Gehäuse verbunden wird.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsbei­ spiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Steuer­ ventilvorrichtung mit zwei an­ einandergesetzten Steuerventi­ len in der Stellung für druck­ losen Durchlauf,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Steuerventilvorrichtung von Fig. 6 in der Ebene VII-VII, und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Steuerventil der Steuerventil­ vorrichtung von Fig. 6 in einer Zwischenstellung zwischen der Neutralstellung und einer Steu­ erstellung.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht eine Steuerventilvorrich­ tung aus zwei Steuerventilen 30, 30′, deren Gehäuse 31, 31′ aneinandergesetzt sind. Das Gehäuse 31 besitzt eine Gehäusebohrung 32, in der ein Kolbenschieber 33 längs­ verschieblich zwischen einer Neutralstellung N und zwei Steuerleitungen I und II geführt wird. Zur Gehäuseboh­ rung 32 führt ein Druckkanal 34, während aus der Gehäu­ sebohrung 32 gegenüber dem Druckkanal 34 in Bohrungs­ längsrichtung versetzt ein Ablaufkanal 35 zur anderen Gehäuseseite führt. Dem Druckkanal 34 in der Gehäuseboh­ rung gegenüberliegend ist eine Ausnehmung 36 angeordnet, die zur Gehäusebohrung 32 hin offen ist, während dem Ab­ laufkanal 35 diametral gegenüberliegend eine Ausnehmung 37 zugeordnet ist, die ebenfalls zur Gehäusebohrung 32 hin offen ist. Die Mündungsgröße des Druck- und Ablauf­ kanals 34, 35 und der Ausnehmungen 36, 37 ist jeweils gleich.

Der Kolbenschieber 33 weist einander diametral gegen­ überliegende, längsverlaufende Taschen 41, 42 auf, die die Versetzung zwischen jeweils dem Druckkanal 34 und der benachbarten Ausnehmung 37 bzw. dem Ablaufkanal 35 und der benachbarten Ausnehmung 36 überbrücken, und zwar in der gezeigten Stellung für drucklosen Durchlauf. Die Taschen 41 und 42 sind über einen schrägen Strömungska­ nal 38 in Strömungsverbindung, wobei die Schräge des Verbindungskanals 38 der Versetzung zwischen dem Druck­ kanal 34 und dem Ablaufkanal 35 entspricht, damit für den drucklosen Durchlauf ein weitgehend kontinuierlicher Strömungsverlauf gegeben ist. In einem Abstand vor und hinter den Taschen sind in der Ebene des drucklosen Durchlaufs Durchgangsbohrungen 39, 40 im Kolbenschieber 33 ausgebildet, wobei die Durchgangsbohrung 39 in der zweiten Steuerstellung II den Druckkanal 34 mit der Aus­ nehmung 36 verbindet, während in der ersten Steuerstel­ lung die Durchgangsbohrung 40 den Ablaufkanal 35 mit der Ausnehmung 37 verbindet. Zwischen den Durchgangsbohrun­ gen 39 und 40 und dem Verbindungskanal 38 verlaufen die Kanäle 16 für die Arbeitsströmungssteuerung.

Das Steuerventil 30′ ist entweder gleich ausgebildet, wie das Steuerventil 30, wobei es um die Bohrungslängs­ achse um 180° gedreht angeordnet ist, so daß der Pumpen­ zulauf zu diesem Steuerventil entgegengesetzt zum Pum­ penzulauf beim Steuerventil 30 liegt, oder es ist sein Gehäuse so ausgebildet, daß die Versetzung zwischen dem Druckkanal 34′ und dem Ablaufkanal 35′ umgekehrt gewählt ist, wie beim Steuerventil 30. Entsprechend ist auch die Schräge des Verbindungskanals 38′ umgekehrt gelegt. Bei den Teilen des Steuerventils 30 gleichen Teilen des Steuerventils 30′ werden dieselben Bezugszeichen ergänzt durch ein Apostroph verwendet.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung für drucklosen Durchlauf gelangt das Druckmittel durch den Druckkanal 34 in die Tasche 41 (und auch in die Ausnehmung 37) und durch den Verbindungskanal 38 in die Tasche 42, aus der es sowohl in die Ausnehmung 36 als auch in den Ablaufka­ nal 35 strömt. Die an beiden Seiten des Kolbenschiebers mit dem geringen Druck beim drucklosen Durchlauf beauf­ schlagten Flächenbereiche sind gleich groß. In den Durchgangsbohrungen 39 und 40 herrscht kein nennenswer­ ter Druck.

Wenn nun der Kolbenschieber 33 aus der in Fig. 1 gezeig­ ten Neutralstellung in Richtung auf seine zweite Steuer­ stellung II verschoben wird (Fig. 3) verengt sich der Durchgangsquerschnitt vom Druckkanal 34 in die Tasche 41 allmählich, so daß eine Drosselstelle D 1 entsteht, wäh­ rend in gleichem Maß auch der Durchtrittsquerschnitt von der Ausnehmung 36 in die Tasche 42 kleiner wird und eine Drosselstelle D 2 bildet, die gleich groß ist, wie die Drosselstelle D 1. Der Druck im Druckkanal 34 steigt all­ mählich an. Die Durchgangsbohrung 39 stellt eine Strö­ mungsverbindung vom Druckkanal 34 zur Aufnehmung 36 her, so daß in beiden Drosselstellen D 1 und D 2 jeweils das gleiche Druckgefälle herrscht und auch die Flächen F 5 und F 6, in denen sich der Druck auf der Oberfläche des Kolbenschiebers auswirkt, gleich groß sind. Aber auch die Flächen F 7 und F 8 sind einander gleich groß, in de­ nen der Druck im Ablaufkanal 35 herrscht, da der Verbin­ dungskanal 38 diesen geringen Druck auch in der Tasche 41 wirken läßt. Sobald der Kolbenschieber die Steuer­ stellung II erreicht hat, haben die Taschen 41, 42 so­ wohl die Mündung des Druckkanals 34 als auch die Ausneh­ mung 36 verlassen, so daß aus dem Druckkanal 34 kein Druckmittel mehr in den Ablaufkanal strömen kann. Über die Durchgangsbohrung 39 sind jedoch weiterhin die vom Druck im Druckkanal beaufschlagten Flächenbereiche am Kolbenschieberumfang einander diametral gegenüberliegend gleich groß. Das Gleiche gilt für die Flächenbereiche, in denen der geringe Druck im Ablaufkanal herrscht. So­ mit ist auch hier der Kolbenschieberdruck ausgeglichen.

Bei einer Bewegung des Kolbenschiebers aus der Neutral­ stellung in die andere Steuerstellung I sorgen der Ver­ bindungskanal 38 und die Durchgangsbohrung 40 wiederum für eine gleichmäßige Verteilung der an beiden Umfangs­ seiten des Kolbenschiebers wirkenden Drücke auf einander gleich große Flächenbereiche.

Claims (4)

1. Steuerventilvorrichtung mit wenigstens einem Steuerventil, insbesondere für Hochdruck-Hydrauliksysteme, in dessen Gehäuse in wenigstens einer Gehäusebohrung ein Kolbenschieber aus einer Neutralstellung mit drucklosem Durchlauf zur Arbeitsströmungssteuerung in zwei Steuerstellungen verschiebbar ist, in denen der drucklose Durchlauf gesperrt ist, mit einem Druckkanal zur und einem Ablaufkanal aus der Gehäusebohrung, die in der Neutralstellung über einen im Kolbenschieber in der die Bohrungslängsachse enthaltenden Ebene des drucklosen Durchlaufes vorgesehenen Strömungskanal miteinander verbindbar sind, mit in der Gehäusebohrungswand angeordneten und zur Gehäusebohrung offenen Ausnehmungen auf der jeweils der Druckkanal- und der Ablaufkanalmündung gegenüberliegenden Seite der Bohrungslängsachse, und mit zwei zum Strömungskanal axial beabstandeten Durchgangsbohrungen im Kolbenschieber und in der Ebene des drucklosen Durchlaufs, die bei der Verstellung des Kolbenschiebers auf die Ausnehmungen ausrichtbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (34) relativ zum Ablaufkanal (35) in Bohrungslängsrichtung versetzt in die Gehäusebohrung (32) mündet, daß der Druck- und der Ablaufkanalmündung mit gleicher Mündungsgröße je eine Ausnehmung (36, 37) direkt diametral gegenüberliegt, daß vor der Druckkanal- und der Ablaufkanalmündung im Kolbenschieberumfang zwei längsverlaufende, in der Neutralstellung die Versetzung zwischen dem Druckkanal (34) und dem Ablaufkanal (35) überbrückende Taschen (41, 42) angeordnet sind, die der Strömungskanal (38) miteinander verbindet, und daß die Durchgangsbohrungen (39, 40) von den Taschen (41, 42) jeweils einen derart bemessenen axialen Abstand haben, daß in jeder Steuerstellung (I oder II) eine Ausnehmung (36 oder 37) über die Taschen (41, 42) und den Strömungskanal (38) mit dem einen Kanal (Druck- oder Ablaufkanal 35, 34) und die andere Ausnehmung (36 oder 37) über die Durchgangsbohrung (39, 40) mit dem anderen Kanal (Ablauf- oder Druckkanal 34, 35) verbunden ist.

2. Steuerventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Durchgangsbohrung (39, 40) annä­ hernd halb so groß ist wie der Strömungskanal (38).

3. Steuerventilvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (38) zwi­ schen den Taschen (41, 42) schräg in der Richtung ver­ läuft, in der die Druckkanalmündung gegenüber der Ab­ laufkanalmündung versetzt ist.

4. Steuerventilvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit wenigstens zwei mit ihren Gehäuseaußenseiten anein­ andergesetzten Steuerventilen mit einen durchgehenden drucklosen Durchlauf in der Neutralstellung der Kolben­ schieber, dadurch gekennzeichnet, daß die an gegenüber­ liegenden Gehäuseaußenseiten liegenden Anschlußöffnungen des Druckkanals (34, 34′) und des Ablaufkanals (35, 35′) bei jedem Gehäuse (31, 31′) zueinander spiegelbildlich angeordnet sind, derart, daß die Gehäuse (31, 31′) jeweils paarweise zu­ einander passen und mit weiteren gleichen Gehäusen oder Gehäusepaaren wahlweise zusammenbaubar sind.