DE3813727A1 - Sitzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sitzventil gemäß dem Ober­ begriff der Patentansprüche 1 bzw. 6.

Derartige Sitzventile sind bekannt. Als Sitzelemente dienen oft Ventilkugeln, die von den Betätigungsstiften zwischen ihren Endlagen an den gehäuseseitigen Ventil­ sitzen hin- und hergeschoben werden, wobei ein Ver­ braucheranschluß wahlweise mit einer Druckmittelquelle oder einem Tank verbindbar ist. Derartige Sitzventile sind beispielsweise aus der DE-OS 33 10 785 oder der DE-PS 35 09 479 bekannt.

Gemeinsam ist den bekannten Sitzventilen, daß in der Schaltphase, also während des Hubes der Sitzelemente der Verbraucheranschluß zeitweilig gleichzeitig mit den beiden anderen Anschlüssen in Verbindung steht. Damit ergibt sich eine Leckage während der Schaltphase.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das Sitzventil so auszubilden, daß die während der Schalt­ phase auftretende kurzzeitige Verbindung aller drei Anschlüsse miteinander vermieden und die Leckage so­ weit wie möglich verringert wird.

In einer ersten Ausführungsform, die ein Sitzventil mit einem Ventilelement betrifft, ist die genannte Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

In einer zweiten Ausführungsform, die ein Sitzventil mit zwei Sitzelementen betrifft, ist die Aufgabe erfindungs­ gemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 6 gelöst.

In einer dritten Ausführungsform ist die genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 12 gelöst.

Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Kanal­ verbindungen des Ventils während der Schaltphase von wenigstens einem Element gesteuert sind, mit dem es mög­ lich ist, eine positive Überdeckung der Steuerkanäle zu ermöglichen, so daß beim Umschalten des Ventils stets der eine Steuerkanal geschlossen wird, bevor der andere Steuerkanal geöffnet wird. Auf diese Weise sind in der Schaltphase die Kanalverbindungen kurzzeitig unterbrochen.

In der Ausführungsform mit einem Ventilelement ist dieses selbst als Kolben ausgebildet, das aus seinen Dicht­ flächen zur Anlage an die Ventilsitze Steuerkanten auf­ weist, die gegenüber den gehäuseseitigen Steuerkanäle so angeordnet sind, daß sich die gewünschte positive Überdeckung ergibt.

In der anderen Ausführungsform mit zwei Ventilelementen ist der zwischen den Sitzelementen angeordnete Stift als Kolben ausgebildet, in dem zu den gehäuseseitigen Steuerkanäle führende Bohrungen oder Ringnuten so ange­ ordnet sind, daß sich die positive Überdeckung ergibt.

In einer weiteren Ausführungsform ist zu beiden Seiten des Sitzelementes jeweils ein Kolben vorgesehen, der den Durchlaßquerschnitt zwischen den jeweiligen Anschluß­ kanälen und dem Sitzelement derart steuert, daß sich ebenfalls die positive Schaltüberdeckung ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen. Insbesondere kann der Kolben jeweils mit Feinsteuernuten versehen werden, so daß in der Schalt­ phase des Ventils eine progressive Durchflußcharakteri­ stik erzielt werden kann.

Ferner kann an das Sitzventil auch ein Proportionalmagnet angebaut werden und die Position des Kolbens wird von einem induktiven Wegaufnehmer erfaßt. Damit kann die Ansteuerung des Proportionalmagneten in einem Lageregel­ kreis überwacht werden und eine einem Wegeventil ähn­ liche Funktion erzielt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Sitzventil mit einem Sitzelement,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Sitzventil mit zwei Sitzelementen und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungs­ form eines Sitzventils.

Gemäß Fig. 1 sind in einer Längsbohrung 1 des Gehäuses 2 eines 3/2-Wege-Sitzventils 3 mehrere Ventilbauteile 4, 5, 6 und 8 angeordnet die von einer in das Gehäuse 2 eingeschraubten Schraube 9 gehalten sind. Die Ventilbauteile dienen zum Lagern und Führen eines von einer äußeren Kraft in nicht näher erläuterten Weise betätigten Betätigungsstiftes 12, eines Sitzelementes 14 und eines gegen eine Feder 15 abgestützten Betätigungs­ stiftes 16. An dem Ventilbauteil 8 sind zwei einander zugekehrte Ventilsitzflächen 17 und 18 vorgesehen, die dichtend mit konischen bzw. balligen Sitzflächen des Sitzelementes 14 zusammenwirken.

In der dargestellten Schaltlage des Ventils ist der Arbeitsanschluß A mit einem Druckmittelanschluß P in noch zu erläuternder Weise verbunden, während der zu einem Tank T führende Anschluß abgesperrt ist. Wird auf den Betätigungsstift 12 eine Kraft aufgebracht, so wird die Feder 15 zurückgedrückt, das Sitzelement 14 schaltet um, so daß der Arbeitsanschluß A gegenüber dem Druck­ mittelanschluß P abgesperrt und zum Tankanschluß T hin geöffnet ist.

In der Ventilbuchse 8 sind zwei Steuerkanäle 20 und 21 ausgebildet, die vom Anschluß A in eine Bohrung 22 mün­ den, in der das als Kolben ausgebildete Sitzelement 14 verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 14 weist Stirn­ flächen 24 und 25 auf, die als Steuerkanten dienen und mit den Steuerkanälen 20 und 21 zusammenwirken. Dabei sind die Steuerkanäle 20, 21 gegenüber den Steuerkanten 24, 25 so angeordnet, daß sich eine positive Überdeckung ergibt, wenn das Ventil umschaltet. Hierzu ist der Ab­ stand "X" zwischen der Steuerkante 24 und dem benach­ barten Steuerkanal 20 größer als der Abstand "Y" zwischen der Steuerkante 25 und dem zugehörigen Steuerkanal 21.

Schaltet somit der Kolben 14 aus der dargestellten Lage in die andere Endlage um, so wird zuerst von der Steuer­ kante 25 der Steuerkanal 21 geschlossen und damit die Verbindung zwischen dem Anschluß A zum Kanal P unter­ brochen, worauf erst dann die Steuerkante 24 den Durch­ laßquerschnitt in den Steuerkanal 20 öffnet und damit die Verbindung vom Anschluß A zum Kanal T hergestellt wird. Es ergibt sich somit eine außerordentlich geringe Leckage während der Schaltphase und ist der Anschluß A zu einem Verbraucher kurzzeitig abgesperrt, ohne daß Druckmittel aus dem Kanal P bzw. aus dem Anschluß A zum Tank hin strömen kann. Die leckölfreie Abdichtung des Sitzventils in den beiden Endlagen wird aber nach wie vor durch Anlage der Ventilsitzfläche des Kolbens 14 an der gehäuseseitigen Dichtkante 17 bzw. 18 vermittelt.

Im Bereich der Steuerkanten 24 und 25 des Kolbens 14 lassen sich Feinsteuernuten vorsehen, so daß sich beim Umschalten eine progressive Durchflußcharakteristik ergibt. Die Verbindungen werden somit nicht schlagartig sondern allmählich hergestellt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Betätigungsstift 12 durch einen Proportionalmagneten betätigt werden. Wird dann die Position des Kolbens 14 von einem ebenfalls nicht dargestellten induktiven Weg­ aufnahmer erfaßt, so läßt sich die tatsächliche Position des Kolbens 14 in einem Lageregelkreis mit einem will­ kürlich eingestellten Sollwert vergleichen und über das sich ergebende Fehlersignal den Proportionalmagneten ansteuern. Es ergibt sich dann eine Volumenstromregelung des Ventils ähnlich einem Wegeventil.

In Fig. 2 ist ebenfalls ein 3/2-Wege-Sitzventil 30 dar­ gestellt, bei dem ebenfalls in einer Längsbohrung 31 des Gehäuses 32 mehrere Ventilbauteile 34, 35 angeordnet sind, die von einer Schraube 36 gehalten sind. Die Schalt­ funktion erfolgt hier durch zwei Sitzelemente 38 und 39, zwischen denen ein mittlerer Stift 40 nach Art eines Kolbens in dem als Ventilbuchse 35 ausgebildeten Bauteil geführt ist. Auf einen Betätigungsstift 42 kann von außen eine Kraft aufgebracht werden und ein anderer Be­ tätigungsstift 43 stützt sich auf einer Feder 44 ab.

An den einander abgekehrten Stirnseiten der Ventilbuchse 35 ist jeweils eine Ventilsitzfläche 47 und 48 vorge­ sehen. Kommt das als Kugel ausgebildete Sitzelement 38, 39 in Anlage an den Ventilsitz, so ergibt sich eine leck­ ölfreie Abdichtung. In der dargestellten Lage ist der Anschluß A mit dem Anschluß T zu einem Tank verbunden und der Anschluß P zu einer Druckmittelquelle abgesperrt. Der Kolben 40 ist zur Verbindung mit dem Kanal T mit einer zum Sitzelement 38 hin ausmündenden Längsbohrung 50 versehen, der über eine radiale Bohrung 51 oder Ringnut mit einem Steuerkanal 52 in Verbindung steht, der in den Anschluß A mündet.

Andererseits ist der Kolben 40 mit einer zum Sitzelement 39 hin und damit zum Kanal P offenen Längsbohrung 54 versehen, die über eine radiale Bohrung 53 bzw. Ringnut mit einem zweiten Steuerkanal 55 verbindbar ist, die ebenfalls in den Anschluß A mündet.

In der dargestellten Schaltlage erfolgt die Verbindung vom Anschluß A über den Steuerkanal 52, die Bohrung 51 und 50 zum Kanal T. In der umgeschalteten nicht darge­ stellten Lage erfolgt die Verbindung vom Kanal P über die Längsbohrung 54, die radiale Bohrung 53 in den Steuer­ kanal 55 und zum Anschluß A.

Die Steuerkanäle 52 und 55 sind gegenüber den radialen Bohrungen 51 bzw. 53 bzw. Ringnuten so angeordnet, daß sich eine positive Überdeckung ergibt, d.h. der Abstand "X" ist wiederum größer als "Y", so daß beim Umschalten aus der dargestellten Lage in die nicht dargestellten Lage zuerst die Verbindung zum Steuerkanal 52 und damit zwischen dem Anschluß A und dem Kanal T unterbrochen wird und erst anschließend die Verbindung zwischen dem Steuerkanal 55 zur Ringnut 53 und so zum Kanal P herge­ stellt wird.

Auch in dieser Ausführungsform können die Ringnuten 51, 53 mit Feinsteuernuten versehen sein und kann ein Wege­ ventilverhalten erzielt werden, wenn die Position des Kolbens 40 als Istwert von einem Wegaufnehmer gemessen und in einen Lageregelkreis eingegeben wird, von dem ein Proportionalmagnet angesteuert wird, der den Betätigungs­ stift 42 betätigt.

In Fig. 3 ist ein 3/2-Wege-Sitzventil 60 dargestellt, bei dem ebenfalls in einer Längsbohrung 61 des Gehäuses 62 mehrere Ventilbauteile 64, 65 angeordnet sind, die von einer Schraube 66 gehalten sind. Ein Sitzelement 68 ist kugelförmig ausgebildet, das jeweils in Anlage mit einem Ventilsitz 69 bzw. 70 gerät. Auf einen Betätigungs­ stift 72 kann von außen eine Kraft aufgebracht werden und ein anderer Betätigungsstift 73 stützt sich auf einer Feder 74 ab.

Somit ist das Sitzelement 68 zwischen zwei Schaltstellun­ gen umschaltbar und durch Anlage an den jeweiligen Ventil­ sitz 69, 70 ergibt sich eine leckölfreie Abdichtung. In der dargestellten Lage ist der zu einem Verbraucher füh­ rende Anschluß A mit einem zu einer Druckmittelquelle führenden Kanal P verbunden und gegenüber einem mit einem Tank T verbundenen Kanal abgesperrt.

Zwischen dem Betätigungsstift 72 und dem Sitzelement 68 befindet sich ein Kolben 78 und zwischen dem Sitzelement 68 und dem Betätigungsstift 73 ein weiterer Kolben 79. Beide Kolben 78, 79 sind in einer Bohrung 80 bzw. 81 ge­ führt. Ein mit axialen Durchgangsnuten 83 versehener Kolbenabschnitt 84 erstreckt sich in dem dem Sitzelement 68 zugekehrten Abschnitt der Bohrung 80 bzw. 81. Jeder Kolben weist einen weiteren Kolbenabschnitt 86 auf, der den Durchlaßquerschnitt zwischen einer Gehäuseausnehmung 88 bzw. 89 und den Anschluß T bzw. den Anschluß P steuert.

In der dargestellten Lage taucht der Kolbenabschnitt 86 des Kolbens 78 in die Bohrung 80 ein, so daß der Durch­ laß vom Tankanschluß T zur Ausnehmung 88 abgesperrt ist. Andererseits ist der Durchlaß zwischen dem Anschluß P der Druckmittelquelle zur Ausnehmung 89 durch den Kol­ benabschnitt 86 geöffnet, der aus der Bohrung 81 ausge­ treten ist. Über die Nuten 83 und das von der Sitzfläche 70 abgehobene Ventilelement 68 erfolgt die Verbindung zum Arbeitsanschluß A.

Dabei befindet sich der Kolben 78 mit seinem Abschnitt 86 um eine Erstreckung "X" innerhalb der Bohrung 80. Die Erstreckung "X" ist größer als der den Durchlaß­ querschnitt bestimmende Abstand zwischen dem Kolben­ abschnitt 86 und der Bohrung 81 des gegenüberliegenden Kolbens 79. Dieser Abstand ist mit "Y" bezeichnet.

Damit ist gewährleistet, daß bei einem Schaltvorgang in die andere Richtung, die Verbindung zwischen dem Arbeits­ anschluß A und dem Kanal P zur Druckmittelquelle von dem Kolbenabschnitt 86 des Kolbens 79 geschlossen wird, be­ vor der Kolbenabschnitt 86 die Verbindung zwischen dem Tankanschluß T zum Arbeitsanschluß A freigibt. Damit ist eine positive Schaltüberdeckung gewährleistet.

Claims (16)

1. Ventil mit einem Sitzelement, das von je einem Betätigungsstift wechselweise in dichtende Anlage an je eine Ventilsitzfläche verschiebbar ist, wobei in der jeweiligen Endstellung ein zwischen den einander zuge­ kehrten Ventilsitzen mündender erster Anschluß jeweils über das von seinem Ventilsitz abgehobene Sitzelement mit je einem zweiten Kanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzelement als Kolben (14) ausgebildet ist und von dem Kolben der Durch­ laßquerschnitt zwischen je einem mit dem ersten Anschluß (A) verbundenen Steuerkanal (20, 21) und einem der zwei­ ten Anschlußkanäle (P, T) steuerbar ist.

2. Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (14) stirnseitige Steuerkanten (24, 25) aufweist, die mit den Steuerkanä­ len (20, 21) zusammenwirken.

3. Sitzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerkanäle (20, 21) gegenüber den Steuerkanten des Kolbens (14) so angeordnet sind, daß beide Steuerkanäle zeitweilig abgesperrt sind.

4. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuer­ kanäle (20, 21) in einer Ventilbuchse (8) vorgesehen sind, die zwischen zwei jeweils eine Ventilsitzfläche (17, 18) aufweisenden Ventilbauteil (5, 6) in einer Gehäusebohrung (1) angeordnet ist.

5. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) innerhalb der Stirnkanten kegelige bzw. ballige (kugelförmige) Dichtflächen zur Anlage an die Ventilsitzflächen aufweist.

6. Sitzventil mit zwei sich über einen mittleren Stift aufeinander abstützenden Sitzelementen, die von je einem Betätigungsstift wechselweise in dichtende Anlage an je eine Ventilsitzfläche verschiebbar sind, wobei in der jeweiligen Endstellung ein zwischen den einander abgekehrten Ventilsitzen in eine den Stift aufnehmende Bohrung mündender erster Anschluß jeweils über das von seinem Ventilsitz abgehobene Sitzelement mit je einem zweiten Kanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Stift als Kolben (40) ausgebildet ist und von dem Kolben der Durchlaßquerschnitt zwischen je einem mit dem ersten Anschluß (A) verbundenen Steuerkanal (52, 55) und je einem in dem Kolben vorgesehenen, in einen der zweiten Kanäle (P, T) mündenden Kanal (50, 51, 53, 54) steuer­ bar ist.

7. Sitzventil nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerkanäle in einer Ventil­ buchse (35) vorgesehen sind, an deren Stirnseiten die Ventilsitzflächen (47, 48) ausgebildet sind.

8. Sitzventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ zeichnet, daß die Kanäle im Kolben axiale stirn­ seitig ausmündende Sackbohrungen (50, 54) sind, die mit Ringnuten (51, 53) im Kolben (40) in Verbindung stehen.

9. Sitzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuer­ kanäle (52, 55) gegenüber den Ringnuten (51, 53) im Kolben so angeordnet sind, daß beide Steuerkanäle zeit­ weilig absperrbar sind.

10. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14, 40) mit Feinsteuernuten versehen ist.

11. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Position des Kolbens von einem induktiven Wegaufnehmer meßbar ist, dessen Ausgangssignal in einem Lageregelkreis mit einem Sollwert verglichen wird und von dem Fehlersignal ein das Ventil betätigender Proportionalmagnet ansteuerbar ist.

12. Ventil mit einem Sitzelement, das von je einem Betätigungsstift wechselweise in dichtende Anlage an je einen Ventilsitz verschiebbar ist, wobei in der jeweili­ gen Endstellung ein zwischen der einander zugekehrten Ventilsitzen mündender erster Anschluß jeweils über das von seinem Ventilsitz abgehobenen Sitzelement mit je einem zweiten Kanal verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchlaßquerschnitt von je einem der zweiten Kanäle (T, P) zu den Ventilsitzen des Sitzelementes (68) von je einem zwischen dem Sitzelement und einem Betätigungsstift (72, 73) angeordneten Element steuerbar ist, das mit Steuerkanten zum Erzielen einer positiven Schaltüberdeckung versehen ist.

13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elemente Kolben (78, 79) sind, an denen jeweils ein mit einer Bohrung (80, 81) und einer Ventilsitzausnehmung zusammenwirkender Kolbenabschnitt (86) zur Steuerung des Durchlaßquerschnit­ tes angeformt ist.

14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Gehäuseausnehmung (88, 89) und dem zugeordneten Ventilsitz (69, 70) der Kolben (78, 79) in der Bohrung (80, 81) geführt ist und mit Durchlaßbohrungen bzw. Durchlaßnuten (83) versehen ist.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzelement eine Kugel (68) ist.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß (A) mit einem Verbraucher und einer der zweiten Kanäle (P) mit einer Druckmittelquelle und der andere Kanal (T) mit einem Tank verbunden ist.