DE4000360C2 - Drehkolben-Steuerventil, insbesondere für Hochdruck-Hydraulikanlagen - Google Patents
Drehkolben-Steuerventil, insbesondere für Hochdruck-HydraulikanlagenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehkolben-Steuerventil
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der US 3 905 582 ist ein Steuerventil mit Druckkolben
bekannt, das mit seinen drei Steuerpositionen bei der Herstel
lung von geschäumten Kunststoffen verwendet wird und der Steue
rung der Zufuhr von Komponenten für die Schaumerzeugung dient.
Demgegenüber soll mit der Erfindung die Aufgabe gelöst werden
ein für Hochdruck geeignetes Drehkolben-Steuerventil zu schaf
fen, mit dem wahlweise eine von zwei Druckquellen oder beide
zusammen mit einem Verbraucher zu verbinden oder die Druckquel
len direkt an einem Rücklaufkanal angeschlossen werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen den Anspruches
genannten Merkmale gelöst.
Durch die Ausbildung des Drehkolben-Steuerventiles als Bypass-
Ventil mit vier Steuerpositionen lassen sich wahlweise in Ab
hängigkeit der Lage der Drehkolben eine von zwei Druckquellen
oder beide zusammen an einen Verbraucher hydraulischer Energie
anschließen oder die Druckquellen lassen sich mit einem druck
losen Rücklaufkanal verbinden. Je nach Leistungsbedarf des
oder der Verbraucher kann es sinnvoll sein, nicht in jedem
Fall diesem Verbraucher die volle mögliche hydraulische Förder
menge zuzuleiten. In Fällen, wo die Leistung einer Pumpe ge
nügt, kann einerseits Antriebsenergie eingespart und die Ab
nützung der Hochdruckpumpe und der zugeordneten Aggregate ver
mindert werden. Anderseits ist man in der Lage durch wahlweises
Zuschalten einer zweiten Pumpe auch Ansprüchen zu genügen
bei denen eine große hydraulische Leistung benötigt wird.
Konventionelle Steuerventile sind für hydraulische Hochdruck
anlagen nicht geeignet; da sie schwierig abzudichten sind.
Die Verwendung gummiartiger Dichtungsringe halten hohen Drücken
bei relativ zueinander beweglichen Teilen erfahrungsgemäß
nur kurze Zeit stand. Anderseits haben hochpräzise ineinander
greifende Steuerteile mit sehr engen Toleranzen den Nachteil
hoher Herstellungskosten. Zudem können Bewegungsstörungen bei
geringen Verunreinigungen der Hydraulikflüssigkeit auftreten.
Dadurch daß die Drehkolben in ihren Gehäusebohrungen gemäß
Anspruch 2 ein geringes radiales Spiel haben können, bewirkt
der hydraulische Anpressdruck auf der der Auslaßöffnung des
Drehkolbens gegenüberliegenden drucklosen Seite die Abdichtungs
funktion. Dadurch kann auf eine hochpräzise Bearbeitung der
ineinandergreifenden Steuerungsteile verzichtet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs
gegenstandes dargestellt: Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch das Drehkolben-Steuerventil,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse des Drehkolben-Steuer
schiebers, mit Teilschnitt im Bereich der Rastvorrich
tung,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Drehkolben in derjenigen
Position, in welcher der Rückfluß beider Drehkolben
abgesperrt ist,
Fig. 4 ein Schema der Leitungsführung.
Das Drehkolben-Steuerventil dient zur wahlweisen Verbindung
von zwei Druckquellen mit einem Verbraucher oder mit einem
drucklosen Rücklaufkanal. Das Steuerventil 1 hat eine Bypass-
Funktion bezüglich der beiden Druckleitungen 68, 70. Diese
Druckleitungen sind mit Hochdruck-Hydraulikquellen 62, 64
mit unterschiedlichen Förderleistungen oder unterschiedlichen
Drücken verbunden.
Das Steuerventil 1 enthält ein metallisches Gehäuse 2 von
im wesentlich quaderförmiger Gestalt. In diesem sind zwei
Drehkolben 3, 4 drehbar gelagert, die sich mit Hilfe eines
Handrades 5 durch Zahnräder 7, 8, 9 verdrehen lassen. Die
beiden Zahnräder 7, 8 haben gleiche Zähnezahlen, so daß eine
übereinstimmende Verdrehung der beiden Drehkolben 3, 4 bei
einer Verdrehung des Handrades erfolgt. Das Handrad 5 wird
drehfest von einem zwischen den beiden Drehkolben 3, 4 be
findlichen Drehzapfen 10 getragene der in eine Bohrung 29
des Gehäuses 2 eingreift. Auf der dem Handrad 5 gegenüber
liegenden Seite des Gehäuses 2 sind zwei Druckanschlüsse
11, 12 vorhanden, die durch Schläuche oder Rohrleitungen
an je eine Druckleitung angeschlossen werden. Diese Druckan
schlüsse 11, 12 sind durch Schrauben 13 mit dem Gehäuse 2
starr verbunden. Für den Rückfluß der Hydraulikflüssigkeit
ist ein Flanschkörper 14 vorhanden, in welchem sich ein
Rücklaufkanal 15 in Form einer Gewindebohrung 15 für den
Anschluß einer Rohr- oder Schlauchleitung befindet. Dieser
Flanschkörper 14 ist durch Schrauben 16 mit dem Gehäuse
2 verbunden. Die Achsen der Stutzen der Druckanschlüsse
11, 12 verlaufen quer zur Achse der Bohrung des Rücklauf
kanals 15.
Die zueinander parallelen Drehkolben 3, 4 besitzen je einen
teilzylindrischen Kolbenteil und einen im Durchmesser geringe
ren Schaft 18. Beide Kolbenteile sind im Durchmesser gleich.
Das obere Ende des Schaftes 18 ist je als Vierkant 19 ausge
bildet, welcher mit einer entsprechenden Vierkantöffnung
in den Zahnrädern 7 und 8 übereinstimmt. Die axiale Abstüt
zung dieser beiden Drehkolben 3, 4 erfolgt durch je einen
Kugelkranz 20, der gegen eine gehärtete Metallscheibe 21
anliegt. Beide Drehkolben 3, 4 enthalten je eine sich nach
unten öffnende, zentrale Sacklochbohrung 22, 23, die vor
dem Schaft 18 endigt. Zwischen der Metallscheibe 21 und
den Zahnrädern 7, 8 befindet sich je eine den Schaft
umgebende Dichtung 24. Weitere Dichtungen 26 sind beim Dreh
zapfen 10 und bei den Anschlußflächen zwischen den Druck
anschlüssen 11, 12 und dem Gehäuse 2 vorhanden. Auch zwischen
dem Flanschkörper 14 und dem Gehäuse 2 befindet sich ein
Dichtungsring 25.
Die Sacklochbohrungen 22, 23 verlaufen koaxial zu den Boh
rungen 27 der Druckanschlüsse 11, 12 und stehen mit diesen
in Durchflußverbindung. Die Bohrungen 27, 28 sind beim Über
gang in das Gehäuse konisch erweitert und haben an der Trenn
stelle zwischen den Druckanschlüssen 11, 12 und dem Gehäuse
2 angenähert je den gleichen Innen-Durchmesser wie die Dreh
kolben 3, 4.
Die Gehäusebohrungen 30, 31 weisen im Gehäuse je eine schlitz
förmige Auslaßöffnung 32, 33 auf. Diese münden in eine gemein
same Verbindungsleitung 34 des Flanschkörpers 14, welche
mit dem Rücklaufkanal 15 kommuniziert. Die beiden Drehkolben
3, 4 sind mit unterschiedlich ausgebildeten mantelseitigen
Öffnungen versehen. Der Drehkolben 3 enthält einen Aus
schnitt 38 (Fig. 3) der sich über den halben Umfang er
streckt, so daß ein Halbzylinderring 47 verbleibt. Oberhalb
und unterhalb dieses halbzylinderförmigen Ausschnittes 38
befinden sich am Drehkolben 3 umfangsgeschlossene Ringteile
40, 41. Bei einer Verdrehung des Drehkolbens 3 kann dieser
Ausschnitt 38 in Durchflußverbindung mit der Auslaßöffnung
32 des Gehäuses 2 gelangen, so daß eine Durchflußverbindung
mit dem Druckanschluß 11 gebildet wird.
Der Drehkolben 4 enthält an zwei sich diametral gegenüber
liegenden Stellen längliche Ausschnitt 39, wobei der verblei
bende Steg 46 breiter ist als die Breite der Auslaßöffnung
33 im Gehäuse. Auch hier sind oberhalb und unterhalb des
Ausschnittes 39 umfangsgeschlossene Ringteile 40, 41 vorhan
den. Diese Ausschnitte 39 ermöglichen eine Durchfluß-Ver
bindung zwischen dem Druckanschluß 12 und der Auslaßöffnung
33 im Gehäuse bei entsprechender Verdrehung des Drehkolbens
4.
Im Gegensatz zu der sonst üblichen Bauweise von Steuerven
tilen, bei denen eine hochpräzise Passung zwischen Gehäuse-
Bohrung und Drehkolben notwendig ist, haben die Drehkolben
3, 4 in den Gehäuse-Bohrungen 30, 31 ein geringes radiales
Spiel, vorzugsweise von etwa 3-8 Hundertstelmillimetern.
Bei geschlossenen Auslaßöffnungen 32, 33 wird der Dichtungs
druck durch die Hydraulikflüssigkeit selbst erzeugt, wodurch
sich eine metallische Dichtung ergibt.
Mit dem Drehzapfen 10 wirkt ein Rastkörper 50 zusammen,
bei dem vier je um 90° versetzte Raststellen vorgesehen
sind. Zu diesem Zweck sind im Drehzapfen 10 vier am Umfang
gleichmäßig verteilte Rastenvertiefungen 52 vorhanden,
in welche wahlweise eine Kugel 54 eingreifen kann. Diese
Kugel ist hinten durch eine elastische Füllung 56 oder Feder
abgestützt, die in einer Bohrung von einer Druckschraube
57 gehalten ist. Bei einer Drehung des Handrades 5 rastet
somit die Kugel jeweils in eine der vier vorbestimmten Stel
lungen ein.
Die Wirkungsweise dieses Drehkolbensteuerventiles ist fol
gende:
Es sind vier Steuerstellungen vorgesehen, die nachfolgend mit I, II, III, IV bezeichnet werden. Bei der in Fig. 3 darge stellten Stellung I der beiden Drehkolben 3, 4 hat das Steuer ventil auf die beiden Druckleitungen 68, 70, die zwischen den Hochdruck-Hydraulikquellen 62, 64 und einem Verbraucher 66 angeordnet sind, keine Wirkung, da über dieses Steuerven til 1 keine Druckflüssigkeit abgeleitet wird. Die Druckflüs sigkeit gelangt zwar über die Druckanschlüsse 11, 12 in die Sacklochbohrungen, da der Mantel der beiden Drehkolben 3, 4 die Auslaßöffnungen 32, 33 überdeckt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Da die Auslaßöffnungen 32, 33 mit dem drucklosen Rücklaufkanal 15 und einer Rücklaufleitung 61 in den Vorratstank 60 in Verbindung stehen, bewirkt der Hydraulikdruck, daß die beiden Drehkolben 3, 4 gegen ihre Auslaßöffnungen 32, 33 gedrückt werden und somit eine Dich tung Metall gegen Metall bewirken, welche ohne Gummidichtun gen od. dgl. auskommt. Beim Drehkolben 4 bewirkt das geringe Spiel zwischen Kolbenmantel und Gehäusebohrung 30, daß sich an der der Auslaßöffnung 33 gegenüberliegenden Fläche ein geringer radialer Spalt 48 bildet, der ausreicht um diesen Drehkolben kräftig gegen die Auslaßöffnung 33 an zudrücken.
Es sind vier Steuerstellungen vorgesehen, die nachfolgend mit I, II, III, IV bezeichnet werden. Bei der in Fig. 3 darge stellten Stellung I der beiden Drehkolben 3, 4 hat das Steuer ventil auf die beiden Druckleitungen 68, 70, die zwischen den Hochdruck-Hydraulikquellen 62, 64 und einem Verbraucher 66 angeordnet sind, keine Wirkung, da über dieses Steuerven til 1 keine Druckflüssigkeit abgeleitet wird. Die Druckflüs sigkeit gelangt zwar über die Druckanschlüsse 11, 12 in die Sacklochbohrungen, da der Mantel der beiden Drehkolben 3, 4 die Auslaßöffnungen 32, 33 überdeckt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Da die Auslaßöffnungen 32, 33 mit dem drucklosen Rücklaufkanal 15 und einer Rücklaufleitung 61 in den Vorratstank 60 in Verbindung stehen, bewirkt der Hydraulikdruck, daß die beiden Drehkolben 3, 4 gegen ihre Auslaßöffnungen 32, 33 gedrückt werden und somit eine Dich tung Metall gegen Metall bewirken, welche ohne Gummidichtun gen od. dgl. auskommt. Beim Drehkolben 4 bewirkt das geringe Spiel zwischen Kolbenmantel und Gehäusebohrung 30, daß sich an der der Auslaßöffnung 33 gegenüberliegenden Fläche ein geringer radialer Spalt 48 bildet, der ausreicht um diesen Drehkolben kräftig gegen die Auslaßöffnung 33 an zudrücken.
Bei einer Vierteldrehung des Handrades 5 in Richtung des
Pfeiles A in die Stellung II, verdreht sich der Drehkolben
3 in Richtung des Pfeiles B und der Drehkolben 4 dreht sich
um den gleichen Winkel in Richtung des Pfeiles C. Dies be
wirkt, daß nach dieser Vierteldrehung der Mantel des Dreh
kolbens 3 die Auslaßöffnung 32 immer noch überdeckt. Hinge
gen gibt der Drehkolben 4 nun die Auslaßöffnung 33 frei,
so daß ein Durchfluß der Druckflüssigkeit von der Sackloch
bohrung 23 über den einen Ausschnitt 39 zur Auslaßöffnung
33 erfolgen kann. Die von der Hydraulik-Hochdruckquelle
62 geförderte Flüssigkeit gelangt als Bypass direkt in den
drucklosen Rücklaufkanal 15, so daß beim Verbraucher 66
kein entsprechender Druck bzw. Flüssigkeitsmenge zur Verfü
gung steht.
Bei einer weiteren Verdrehung um 90° entsteht die Stellung
III. Beim Drehkolben 3 gibt der halbkreisförmige Ausschnitt
38 nun die Auslaßöffnung 32 frei. Hingegen wird beim Dreh
kolben 4 die Auslaßöffnung 33 durch den Steg 46 überdeckt.
Somit wird die andere Druckleitung 70 drucklos, während
die ersterwähnte Druckleitung 68 einem Verbraucher 66 mit
Druckflüssigkeit zur Verfügung steht.
Bei einer weiteren Verdrehung um 90°, welche der Stelle
IV entspricht, ist sowohl die Auslaßöffnung 32 als auch
die Auslaßöffnung 33 nicht überdeckt, so daß beide Drucklei
tungen 68, 70 als offener Bypass direkt in den Rücklaufkanal
15 und in die drucklose Rücklaufleitung 61 fördern und für
Verbraucher 66 keine Druckflüssigkeit zur Verfügung steht.
Diese Position wird gewählt, wenn dem Verbraucher 66 keine
Druckflüssigkeit zugeleitet werden soll.
In Fig. 4 ist ein Schema der Leitungsführung dargestellt.
Es sind als Hochdruck-Hydraulikquellen zwei Pumpen 62, 64
mit unterschiedlicher Förderleistung vorhanden, die über
Druckleitungen 68, 70 mit einem Verbraucher, vorzugsweise
einem Hydraulikmotor 66 in Verbindung stehen. Von der Druck
leitung zweigt eine Zweigleitung 69 zum Druckanschluß 12
des Steuerventils 1 ab. Von der Druckleitung 70 führt eine
Zweigleitung 71 zum Druckanschluß 11. Vom Rücklaufkanal
15 führt eine drucklose Rücklaufleitung 61 zum Vorratstank
60. Vom Verbraucher 66 führt ebenfalls eine Rücklaufleitung
74 zum Vorratstank 60.
Als Ausführungsvariante könnten auch mehr als zwei Drehkol
ben vorhanden sein, die zur Beeinflussung von mehr als zwei
Druckleitungen verwendbar sind.
Dieses Drehkolben-Steuerventil eignet sich bevorzugt für
Hochdruck-Hydraulikanlagen, z. B. bis etwa 250 bar; es kann
indessen auch für niedrigere Drücke verwendet werden. Die
Hydraulikflüssigkeit ist vorzugsweise Öl; bei nichtrostender
Materialwahl kann auch Wasser oder eine Emulsion verwendet
werden.
Claims (4)
1. Drehkolben-Steuerventil mit mehreren Steuerpositionen,
mit zwei in einem Gehäuse angeordneten Drehkolben mit zuein
ander parallelen Achsen und mit je einer zentralen Sackloch
bohrung mit mantelseitigen Öffnungen die in Abhängigkeit
der Drehlage der Drehkolben Auslaßöffnungen im Gehäuse
öffnen oder überdecken und daß die beiden Drehkolben durch
gleich große Zahnräder gemeinsam verdrehbar sind, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Bypass-Ventil ist,
dessen Auslaßöffnungen (32, 33) je mit einem drucklosen
Rücklaufkanal (15) und dessen Druckanschlüsse (11, 12)
je mit einer Hochdruck-Hydraulikquelle (62, 64) verbunden
sind, die beiden Drehkolben (3, 4) vier Steuerpositionen
aufweisen, von denen die eine beide Anschlüsse abschließt,
eine zweite Steuerposition den einen Druckanschluß mit
der Rücklaufleitung verbindet und eine dritte Steuerposition
den andern Druckanschluß mit der Rücklaufleitung verbindet
und eine vierte Steuerposition beide Druckanschlüsse (11, 12)
mit der Rücklaufleitung (61) verbindet.
2. Drehkolben-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Drehkolben (3, 4) in ihren Gehäusebohrungen (30,
31) je ein geringes radiales Spiel haben und eine Druckbeauf
schlagung der Drehkolben (3, 4) in der Dichtungsposition je auf
der der Auslaßöffnung (32, 33) gegenüberliegenden Seite durch
das Druckmittel erfolgt.
3. Drehkolben-Steuerventil nach Anspruch oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der eine Drehkolben (3) an seinem halben
Kreisumfang geschlossen und der andere Drehkolben (4) an zwei
sich diametral gegenüberliegenden Stellen des Mantels geschlos
sen ist.
4. Drehkolben-Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-3, da
durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) zwischen den Dreh
kolben (3, 4) ein Drehzapfen (10) mit einem Handrad (5) vorhan
den ist, mit dem Drehzapfen (10) ein Zahnrad (9) drehfest ver
bunden ist, das in die Zahnräder (7, 8) der beiden Drehkolben
(3, 4) eingreift und daß am Umfang des Drehzapfens (10) den
Steuerpositionen zugeordnete Rastenvertiefungen (52) vorhanden
sind, die mit federnden Rastkörpern (50) im Gehäuse (2) zusam
menwirken.
Applications Claiming Priority (1)
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