DE10133990A1 - Wegeventil - Google Patents

Abstract

Offenbart ist ein Wegeventil mit einem stirnseitigen Anschluß und zumindest einem Radialanschluß, wobei die Stirnfläche eines Ventilkörpers (Ventilschieber oder Sitzkörper) des Wegeventils etwa vom gleichen Druck beaufschlagt sind, so dass die Stellkräfte zum Verschieben des Ventilkörpers minimal sind. Erfindungsgemäß wird der Druck zum Beaufschlagen einer rückwärtigen Stirnfläche des Ventilkörpers im Axialabstand zum Ventilkörper abgegriffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil mit einem in einem Gehäuse geführten Ventilkörper, über den ein stirnseitiger Anschluß mit einem Radialanschluß verbindbar ist.

Stetig verstellbare Wegeventile werden beispielsweise als proportional verstellbare Drossel eingesetzt. Das Wegeventil ist in zwei Richtungen durchströmbar, d. h. einmal vom stirnseitigen Anschluß zum Radialanschluß und - in Gegenrichtung - vom Radialanschluß zum stirnseitigen An­ schluß. Der Ventilkörper kann beispielsweise als tassenförmiger Ventilschieber ausgeführt sein, in dessen Mantel Radialdurchbrüche ausgebildet sind, über die der Radialanschluß auf- bzw. zusteuerbar ist. Die Betätigung des Ventils erfolgt vorzugsweise mittels eines proportional verstellbaren Elektromagneten, über dessen Stößel der Ventilkörper gegen die Kraft einer Druckfeder verschiebbar ist. Um die Stellkräfte zu minimieren, wird der stirnseitig auf den Ventilkörper wirkende Druck über eine Verbindungs­ bohrung in einen rückwärtigen Druckraum geführt, so daß der Ventilkörper im wesentlichen druckausgeglichen ist.

In Fig. 11, auf die bereits jetzt Bezug genommen wird, ist die Volumenstromcharakteristik eines derartigen 2/2- Wegeventils dargestellt, wobei der vom Ventilkörper durch­ geführte Hub über der relativen Eingangsspannung des Elek­ tromagneten, d. h. über der auf die Maximalspannung bezoge­ nen Eingangsspannung dargestellt ist. Die unterschiedlichen Kennlinien kennzeichnen die Volumencharakteristika für verschiedene Druckdifferenzen Δp, wobei die am flachsten­ verlaufende Kennlinie eine geringe Druckdifferenz dar­ stellt, während die Kennlinien mit ansteigender Druckdiffe­ renz Δp steiler werden. Gemäß Fig. 11 entspricht die rechte, flach verlaufende Kennlinie etwa einem stabilen, idealen Verlauf, wie er sich in der Regel bei einer Durch­ strömung vom stirnseitigen Anschluß zum Radialanschluß oder - bei einer Durchströmung in umgekehrter Richtung - bei niedrigen Druckdifferenzen einstellt. Bei höheren Druckdif­ ferenzen und Volumenströmen (linke Kennlinie in Fig. 11) kann es zu einem schlagartigen Aufreißen des Ventilkörpers kommen. Dieses schlagartige Aufreißen ist durch die Stufe in der linken Kennlinie gemäß Fig. 11 gekennzeichnet, gemäß der der Hub bei konstanter Eingangsspannung sprung­ haft ansteigt. Des weiteren ist Fig. 11 entnehmbar, daß es bei einer Durchströmung vom Radialanschluß zum stirnseiti­ gen Anschluß bei hohen Volumenströmen zu Unstetigkeiten kommen kann, die durch die Schwankungen der Kennlinie gekennzeichnet sind.

Die vorbeschriebenen Unstetigkeiten, d. h. das sprung­ hafte Aufreißen des Ventilkörpers und die Schwankungen im Endbereich des Hubes resultieren aus den bei hohen Volumen­ strömen auf den Ventilkörper wirkenden Strömungskräften, die derart auf den Ventilkolben wirken, dass der Ist- Drosselquerschnitt nicht demjenigen Wert entspricht, der bei idealen Verhältnissen momentan durch die Eingangs­ spannung vorgegeben ist. Besonders nachteilig ist, daß die Kennlinien bei Ventilen mit der in Fig. 10 dargestellten Volumenstromcharakteristik für die beiden Durch­ strömungsrichtungen, d. h. die Durchströmung vom stirnsei­ tigen Anschluß zum Radialanschluß und in umgekehrter Rich­ tung unterschiedlich sind, so daß die Ansteuerung von Verbrauchern nicht in der vorbestimmten Weise erfolgen kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil zu schaffen, bei dem in beiden Durchströ­ mungsrichtungen bei hohen Druckdifferenzen auftretende Unstetigkeiten minimiert sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Wegeventil mit den Merkma­ len des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der rückseitig auf den Ventilkör­ per wirkende Druck nicht - wie bei der eingangs beschriebe­ nen Lösung - direkt am Ventilkörper abgegriffen, sondern im Bereich des stirnseitigen Anschlusses, d. h. in Durch­ strömungsrichtung vom Radialanschluß zum stirnseitigen Anschluß gesehen, stromabwärts des Ventilkörpers. Durch diese Maßnahme läßt sich der Einfluß der Strömungskräfte auf den Ventilkörper minimieren, so daß ein sprunghaftes Aufreißen des Ventilkörpers oder das Auftreten von Unste­ tigkeiten im Endhubbereich beseitigt oder zumindest stark verringert werden kann.

Das Wegeventil kann als Schieberventil oder als Sitz­ ventil und stromlos geöffnet oder geschlossen ausgeführt sein. Es lässt sich desweiteren als Schaltventil oder stetig verstellbares Ventil ausbilden.

Zum stirnseitigen Abgreifen des Druckes bieten sich mehrere alternative Lösungen an. Bei einer erfindungsgemä­ ßen Lösung ist im Ventilkörper eine Axialbohrung ausgebil­ det, die einerseits in einer Innenstirnfläche des Ventil­ körpers, und andererseits in einer rückwärtigen, den Druck­ raum begrenzenden Stirnfläche des Ventilkörpers mündet. In diese Axialbohrung ist ein Röhrchen eingesetzt, das sich aus dem Ventilkörper heraus in Richtung zum stirnseitigen Anschluß - oder ggf. darüber hinaus - erstreckt.

Bei einer zweiten, alternativen Lösung ist die Verbin­ dungsbohrung als Gehäusekanal ausgebildet, der einerseits im Bereich des stirnseitigen Anschlusses und andererseits im Druckraum mündet. Diese Lösung ist wesentlich robuster als die vorbeschriebene Variante, bei der das zum Anschluß hin vorstehende Röhrchen bei starken Beanspruchungen abbre­ chen oder abvibrieren kann, so daß ein hoher Aufwand zur Befestigung des Röhrchens erforderlich ist.

Eine Schwierigkeit bei der Ausbildung des Gehäusekanals besteht darin, daß dieser so gelegt werden muß, daß er den Radialanschluß nicht anschneidet, so daß insbesondere bei der Ausbildung des Radialanschlusses durch Radialbohrungss­ terne eine vergleichsweise komplexe und exakte Kanalführung erforderlich ist. Der Aufwand zur Ausbildung des Gehäuseka­ nals läßt sich verringern, wenn diese Bohrung die Radial­ bohrung bzw. Radialbohrungen des Radialanschlusses an­ schneidet und dann durch ein vorzugsweise von der Stirn­ seite her eingeschobenes Dichtrohr abgedichtet wird.

Der Gehäusekanal wird vorzugsweise als Winkelbohrung ausgeführt, wobei ein axial verlaufender Abschnitt vom stirnseitigen Anschluß her und ein dazu schräg angestellter Schenkel als Schrägbohrung vom Druckraum her gebohrt wird. Eventuell vorhandene Unstetigkeiten bei großen Druck­ differenzen lassen sich insbesondere bei Wegeventilen, die in eine Öffnungsstellung vorgespannt sind, weiter verrin­ gern, wenn parallel zu einem Gehäusekanal ein zweiter, den Ventilkörper durchsetzender Verbindungskanal vorgesehen ist, über die der stirnseitig auf den Ventilkörper wirkende Druck als Steuerdruck abgegriffen wird.

Der den Ventilkörper durchsetzende Verbindungskanal wird vorzugsweise mit einem Axialabschnitt ausgeführt, der in Radialabschnitte übergeht, die in dem rückwärtigen Druckraum münden.

Bei einer Variante dieser Lösung ist in dem den Ventil­ körper durchsetzenden Verbindungskanal zwischen der vorde­ ren Stirnfläche des Ventilkörpers und den Radialabschnitten zumindest eine Querbohrung vorgesehen, über die ein weite­ rer Steuerölquerschnitt aufsteuerbar ist, über den Druck­ mittel in den rückwärtigen Druckraum gelangen kann. Dieser Steuerölquerschnitt wird nach einer vorgestimmten Axialver­ schiebung des Ventilkörpers geöffnet.

Bei einem besonders einfach herstellbaren Ausführungs­ beispiel mündet der Radialanschluß des Wegeventils direkt, d. h. ohne Umfangsnut in der den Ventilkörper aufnehmenden Ventilbohrung. Es zeigte sich überraschenderweise, daß sich die Unstetigkeiten bei großen Druckdifferenzen durch diese direkte Einmündung des den Radialanschluß ausbildenden Bohrungssterns weiter verringern lassen.

Die Volumenstromcharakteristik des Wegeventils läßt sich weiter verbessern, wenn dem Ventilkörper ein gehäuse­ fester Innenkolben zugeordnet wird, der im Innenraum des Ventilkörpers angeordnet ist. Ein mit dem Druckraum verbun­ dener Dämpfungsraum ist bei dieser Variante durch die Stirnfläche des Innenkolbens einerseits und die Innenstirn­ fläche des Ventilkörpers andererseits begrenzt. Die auftre­ tenden Strömungskräfte werden über den Innenkolben in das Gehäuse eingeleitet, so daß keine Wechselwirkungen mit dem Ventilkörper erfolgen. Die Volumencharakteristik eines derartigen Wegeventils ist gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen nochmals deutlich verbessert. Schwankungen des Druckes lassen sich ausgleichen, indem der Dämpfungsraum über eine Drosselbohrung mit dem Druckraum verbunden ist.

Die Lagerung des Innenkolbens ist besonders einfach, wenn dieser über einen den Mantel des Ventilkörpers durch­ setzenden Paßstift im Ventilgehäuse gelagert ist.

Der Ventilkörper des Wegeventils ist vorzugsweise als Ventilschieber ausgeführt, der über einen Proportional­ magneten verstellbar ist.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 2/2-Wegeventils;

Fig. 2 eine Variante des Wegeventils aus Fig. 1;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wegeven­ tils, bei dem der Druck zur Kompensation der Strömungskräf­ te über ein Röhrchen abgegriffen wird;

Fig. 4, 5 Schnitte durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel eines Wegeventils mit Innenkolben;

Fig. 6 Kennlinien eines erfindungsgemäßen 2/2-Wegeven­ tils gemäß den Fig. 4, 5;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbei­ spiels eines Wegeventils, das in seiner Grundposition geöffnet ist (stromlos offen);

Fig. 8 eine Variante des in Fig. 7 dargestellten Aus­ führungsbeispiels mit verbessertem Durchflußverhalten;

Fig. 9 eine weitere verbesserte Variante des Ausfüh­ rungsbeispiels aus Fig. 7;

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil und

Fig. 11 die Sollwerthubkennlinen eines herkömmlichen 2/2-Wegeventils.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Wegeventils 1 dargestellt, das als elektrisch betätigtes 2/2-Wege-Einbauventil in Hohlschieberbauweise ausgeführt ist.

Das Wegeventil 1 hat ein zweiteiliges Ventilgehäuse 2, mit einer Hülse 4 und einem Flanschteil 6, an dessen Außen­ umfang ein Gewinde zum Einschrauben des Einbauventils in einen Ventilblock oder eine Platte ausgebildet ist. Hülse 4 und Flanschteil 6 sind von einer Axialbohrung 8 durchsetzt, die im Bereich des Flanschteils 6 stufenförmig erweitert ist. Im flanschteilseitigen Mündungsbereich der Axialboh­ rung 8 ist ein Innengewinde vorgesehen, in das ein als Proportionalmagnet ausgeführter Elektromagnet 10 einge­ schraubt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Elektromagnet 10 einen Einschraubbund 12, der in die Axialbohrung 8 des Flanschteils 6 eintaucht. Ein mit einem Anker des Elektromagneten 10 verbundener Stößel 14 liegt mit seinem freien Endabschnitt an einem Ventilschieber 16 an, der axial verschiebbar in der Hülse 4 geführt ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Ventilschieber 16 einen rückwärtigen Ringbund 18, an dem eine Druckfeder 20 angreift, die an der benachbarten Stirn­ fläche 22 der Hülse 4 abgestützt ist, so dass der Ventil­ schieber 16 gegen die benachbarte Stirnfläche des Ein­ schraubbundes 12 und gegen den Stößel 14 vorgespannt ist.

Das Wegeventil 1 hat einen durch die stirnseitige Mün­ dung der Axialbohrung 8 ausgebildeten Anschluß A und einen durch einen Radialbohrungsstern 24 ausgebildeten Radialan­ schluß B, der bei der in Fig. 1 dargestellten Version in der Grundstellung des Wegeventils 1 zugesteuert ist.

Der als Hohlschieber ausgeführte Ventilschieber 16 hat einen einen Innenraum 26 umgreifenden Mantel 28, der mehre­ re am Umfang verteilte Manteldurchbrüche 30 aufweist, die in der dargestellten Grundposition durch eine über eine Umfangskante eines Ringraums des Radialanschlusses B gebil­ dete Steuerkante 32 zugesteuert ist, so dass die Verbindung zwischen den Anschlüssen A und B abgesperrt ist.

In der Ventilhülse 4 ist eine Gehäusebohrung 36 ausge­ bildet, die einerseits in der in Fig. 1 linken Stirnseite des Anschlusses A und andererseits in der rechten, flansch­ teilseitigen Stirnfläche 22 der Hülse 4 mündet, so dass der stirnflächige Bereich der Hülse 4 mit dem durch den radial erweiterten Teil der Axialbohrung 8 des Flanschteils 6 und die Stirnfläche 22 begrenzten, die Druckfeder 20 aufnehmen­ den Federraum 38 verbunden ist. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist die Gehäusebohrung 36 durch eine Winkelbohrung mit einem im Axialabstand zur Ventilachse ausgeführten Schenkel 40 und einem als Schräg­ bohrung ausgeführten, im rückwärtigen Federraum 38 münden­ den Schenkel ausgeführt. Eine derartige Gehäusebohrung 36 läßt sich auf äußerst einfache Weise von den Stirnseiten her durch Bohren fertigen.

Zum Abgreifen des Druckes am Arbeitsanschluß A ist in der Stirnseite 34 eine Radialnut 44 vorgesehen, die sich von der Axialbohrung 8 hin zu dem axial verlaufenden Schen­ kel 40 der Gehäusebohrung 36 erstreckt. Durch die Gehäu­ sebohrung 36 wird der im Mündungsbereich der Axialbohrung 8 herrschende Druck in den rückwärtigen Federraum 38 gemel­ det, in dem der in Fig. 1 rechte Endabschnitt des Ventil­ schiebers 16 angeordnet ist, so dass dessen in Öffnungs- und Schließrichtung wirksame Stirnflächen etwa mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind - die Betätigungskräfte für den Elektromagneten 10 sind somit auf ein Minimum redu­ ziert. Bei Betätigung des Elektromagneten 10 stellt sich eine Axialposition des Ventilschiebers 16 ein, die im wesentlichen von der Druckkraft der Druckfeder 20, der Stellkraft des Elektromagneten, dem Druck an den Anschlüs­ sen A, B und den auf den Ventilschieber 16 wirkenden Strö­ mungskräften abhängt. Diese Strömungskräfte können ins­ besondere bei der Durchströmung des 2/2-Wegeventils 1 vom Radialanschluß B in Richtung zum axialen Anschluß A - wie eingangs erwähnt - eine erhebliche, nicht vernachlässigbare Größenordnung erreichen.

Zur Betätigung des Wegeventils 1 wird der Elektromagnet 10 angesteuert, so dass der Ventilschieber 16 über den Stößel 14 gegen die Kraft der Druckfeder 20 gemäß der. Darstellung in Fig. 1 nach links bewegt wird. Während dieser Axialverschiebung des Ventilschiebers 16 werden die Manteldurchbrüche 30 über die Steuerkante 32 aufgesteuert, so dass der stirnseitige Anschluß A mit dem Radialanschluß B hydraulisch verbunden ist. Der im Federraum 38 anliegende Druck wird in einem vergleichsweise großen Axialabstand zu den Mantelbohrungen 30 abgegriffen, so dass der Einfluß der Strömungskräfte gegenüber den herkömmlichen Lösungen, bei denen der Druck einfach durch eine im Innenraum 26 mündende Innenbohrung des Ventilschiebers 16 in den Federraum 38 gemeldet wurde, wesentlich verringert wird. Ein plötzliches Aufreißen des Ventils bei hohen Durchflüssen und Druckdif­ ferenzen über dem Wegeventil 1 kann somit zuverlässig verhindert werden. Auf diese Weise kann der wirksame, die Druckdifferenz bestimmende Drosselquerschnitt des 2/2- Wegeventils 1 sehr exakt über den Elektromagneten 10 vorge­ geben werden, wobei die Volumenstromcharakteristika bei einer Durchströmung vom Arbeitsanschluß A zum Arbeitsan­ schluß B und in umgekehrter Richtung nahezu identisch sind - auf diese Kennlinien wird im Folgenden noch näher einge­ gangen.

Problematisch bei der vorbeschriebenen Lösung ist, dass die Gehäusebohrung 36 den Radialbohrungsstern 24 kreuzt, so dass insbesondere bei kleinen Nenngrößen eine sehr exakte Bohrungsführung erforderlich ist, um ein Schneiden und somit Kurzschließen dieser Kanäle zu verhindern.

Dieses Problem läßt sich mit dem in Fig. 2 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel verringern. Dieses Ausführungsbei­ spiel hat den gleichen Grundaufbau wie das in Fig. 1 dargestellte Wegeventil 1, so dass der Einfachheit halber einander entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind und auf eine nochmalige Beschreibung dieser identischen Bauelemente verzichtet wird. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Radial­ bohrungsstern des Radialanschlusses B durch drei axial versetzte Bohrungssterne 46, 48, 50 ausgebildet, die in einem gemeinsamen Ringraum 52 münden. Die Gehäusebohrung 36 ist im Axialabstand zur Ventilachse ausgeführt und er­ streckt sich als gerade Bohrung von der Stirnseite 34 bis zu der den Federraum 38 begrenzenden Stirnfläche 22 der Hülse 4.

Durch die Vielzahl von Radialbohrungen des Anschlusses B ist es praktisch unvermeidlich, dass die Gehäusebohrung 36 die Bohrungssterne 46, 48, 50 schneidet. Um einen Kurz­ schluß zwischen den Anschlüssen A und B zu verhindern, ist im Kreuzungsbereich zwischen den Bohrungssternen 46, 48, 50 und der Gehäusebohrung 36 von der Stirnseite 34 her ein Dichtrohr 54 eingesetzt, so dass die Gehäusebohrung 36 gegenüber den Bohrungssternen 46, 48, 50 abgedichtet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gehäuse­ bohrung 36 als Stufenbohrung ausgebildet, wobei das Dicht­ rohr 54 in einen radial erweiterten Abschnitt eingeschoben ist und somit an einer Radialschulter anliegt. Das Dicht­ rohr 54 kann mit Preßpassung in der Gehäusebohrung 36 aufgenommen sein, so dass der fertigungstechnische Aufwand minimal ist.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der fertigungstechnische Aufwand gegenüber den vorbe­ schriebenen Lösungen nochmals verringert ist. Der Grundauf­ bau des in Fig. 3 dargestellten Ventils entspricht demje­ nigen aus Fig. 2. Das heißt, in der Hülse 4 sind zueinan­ der versetzte Bohrungssterne 46, 48, 50 ausgebildet, die in dem Ringraum 52 münden. Im Unterschied zu den vorbeschrie­ benen Lösungen wird der im Bereich des Anschlusses A wirk­ same Druck nicht über eine Gehäusebohrung, sondern über eine Innenbohrung 56 des Ventilschiebers 16 in den rückwär­ tigen Federraum 38 gemeldet. Diese Innenbohrung 56 mündet einerseits im Innenraum 26 und andererseits über Radialboh­ rung 58 im Federraum 38. Um den Einfluß der insbesondere im Umlenkungsbereich des Druckmittels großen Strömungskräfte zu minimieren, ist in die Radialbohrung ein Röhrchen 60 eingesetzt, das den Innenraum 26 durchsetzt und sich in Richtung zur Stirnseite 34 der Hülse 4 - oder wie in Fig. 3 gezeigt - darüber hinaus erstreckt, so dass der im Feder­ raum 38 wirksame Druck in großem Axialabstand zu. den Man­ teldurchbrüchen 30 abgegriffen wird.

In den Fig. 4 und 5 ist eine weiteres Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen 2/2-Wegeventils darge­ stellt, bei dem der Einfluß der Strömungskräfte gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen nochmals verringert werden ist. Fig. 4 und 5 zeigen Schnittdarstellungen des Wege­ ventils 1, dessen Grundaufbau wieder demjenigen aus Fig. 1 entspricht. In der Hülse 4 ist eine als Winkelbohrung ausgeführte Gehäusebohrung 36 vorgesehen, über die der Druck am axialen Anschluß A in den rückwärtigen Federraum 38 gemeldet wird. Im Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Innenraum 26 des Ventilschie­ bers 16 in Richtung zum Ringbund 18 axial verlängert, so dass der Bereich zwischen den Manteldurchbrüchen 30 und einer Innenstirnfläche 62 des Innenraums 26 eine größere Axiallänge als bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispie­ len hat. In diesem Bereich ist ein gehäusefester Innenkol­ ben 64 vorgesehen, auf dessen Außenumfang der Ventilschie­ ber 16 dichtend geführt ist. Ein von der Stirnfläche des Innenkolbens 64 und der Innenstirnfläche 62 begrenzter Dämpfungsraum 66 ist bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel über eine Drosselbohrung 67 im Mantel des Ventil­ schiebers 16 mit dem Federraum 38 verbunden, so dass in diesem und im Dämpfungsraum 66 im wesentlichen der gleiche Druck, d. h. der Druck am Arbeitsanschluß A vorliegt.

Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Innen­ kolben 64 über einen Stift 68 in der Hülse 4 verankert. Dieser Stift 68 durchsetzt den Innenkolben 64 und den Mantel des Ventilschiebers 16 in Radialrichtung, wobei die beiden Endabschnitte in radial verlaufenden Lagerbohrungen 70 der Hülse 4 aufgenommen sind. Um die Axialverschiebung des Ventilschiebers 16 gegenüber dem gehäusefesten Innen­ kolben 64 zu ermöglichen, sind im Mantel des Ventilschie­ bers 16 zwei Langlöcher 72, 74 ausgebildet, die vom Stift 68 durchsetzt sind. Durch diese Konstruktion ist der Innen­ kolben 64 an der Hülse 4 und somit am Ventilgehäuse abge­ stützt, während der Ventilschieber 16 weiter axial ver­ schiebbar in der Axialbohrung 8 und dichtend am Außenumfang des Innenkolbens 64 geführt ist. Der Druck am stirnseitigen Anschluß A wird über die Gehäusebohrung 36, den Federraum 38 und die Drosselbohrung 67 in den Drosselraum 66 geführt, so dass auch die Innenstirnfläche 62 mit dem am stirnseiti­ gen Anschluß A herrschenden Druck beaufschlagt ist.

Die insbesondere im Bereich der Manteldurchbrüche 30 durch die Umlenkung und die Druckdifferenz über dem Dros­ selquerschnitt verursachten Strömungs- und Strahlkräfte werden über den Innenkolben 64 und den Stift 68 in die Hülse 4 eingeleitet, so dass die Wechselwirkungen mit dem Ventilschieber 16 minimal sind. Durch die Drosselbohrung 67 läßt sich der Einfluß hochfrequenter Druckschwankungen im Drosselraum 66 dämpfen, so dass ein optimales Ansprechverhalten des Wegeventils 1 gewährleistet ist.

In Fig. 6 sind die Kennlinien eines derartigen, opti­ mierten 2/2-Wegeventils dargestellt. Den Sollwerthubkennli­ nien ist entnehmbar, dass die bei den herkömmlichen Lösun­ gen (Fig. 11) erkennbaren Unstetigkeiten praktisch nicht mehr auftreten. Die Kennlinien haben einen nahezu idealen, linearen Verlauf, wobei keinerlei Aufreißtendenz zu beob­ achten ist. In der Darstellung gemäß Fig. 6 steigen die Druckdifferenzen Δp über dem Wegeventil in Pfeilrichtung an. Bei höheren Druckdifferenzen Δp ergibt sich - wie aus der Abflachung der Kennlinien entnehmbar - eher eine Ten­ denz zu einem Zuziehen des Ventils, so dass die Strömungs­ kräfte den Ventilschieber in Schließrichtung beaufschlagen. Ein derartiges Verhalten ist wesentlich besser beherrschbar als die Aufreißtendenz bei herkömmlichen Lösungen. Die in Fig. 6 dargestellten Kennlinien sind bei den erfindungsge­ mäßen Lösungen praktisch für eine Durchströmung von vom Anschluß A zum Anschluß B und in umgekehrter Richtung identisch, so dass der Verbraucher in optimaler Weise ansteuerbar ist.

Die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele sind in einer Bauweise ausgeführt, bei der das Wegeventil bei unbestrom­ tem Elektromagneten geschlossen ist (stromlos geschlossen). Das erfindungsgemäße Konzept mit dem Abgreifen des Steuer­ öls (Druckmittel) im Abstand zur Stirnfläche des Ventil­ schiebers 16 läßt sich selbstverständlich auch bei Wegeven­ tilen 1 realisieren, die bei unbestromtem Elektromagneten geöffnet sind (stromlos offen). Derartige Ausführungsbei­ spiele werden anhand der Fig. 7 bis 9 erläutert.

Der Grundaufbau der in den Fig. 7 bis 9 dargestell­ ten Ausführungsbeispiele entspricht dem in Fig. 1 darge­ stellten Ventil, so daß hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.

Im Prinzip läßt sich die Konstruktion eines stromlos geschlossenen Ventils auf ein stromlos geöffnetes Ventil übertragen, in dem die Manteldurchbrüche 30 im Ventilschie­ ber 16 axial so weit verschoben werden, daß sie in der Grundposition hydraulisch mit dem Radialbohrungsstern 24 verbunden sind und bei Axialverschiebung diese Verbindung zugesteuert werden. D. h., ähnlich wie bei dem in. Fig. 7 angedeuteten Ausführungsbeispiel, sind die Manteldurchbrü­ che 30 gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 nach links verschoben.

Vorversuche zeigten, daß eine derartige Lösung bei gro­ ßen Druckdifferenzen noch gewisse Unstetigkeiten im Durch­ flußverhalten zeigt. Zur Beseitigung dieser Unstetigkeiten wird bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Verbindungsbohrung 36 im Ventilgehäuse 2 im Ventilschieber 16 ein Verbindungskanal 76 ausgebildet, der einerseits im Innenraum 26 des Ventilschiebers 16 und andererseits im Federraum 38 mündet. Der Durchmesser dieses Verbindungskanals 76 ist größer als derjenige der Gehäuse­ bohrung 36 gewählt.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Verbindungskanal 76 einen Axialabschnitt 78, der in zumindest einem im Federraum 38 mündenden Radialabschnitt (senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 7) 80 übergeht. Ein derartiger Verbindungskanal 76 läßt sich somit ohne weite­ res durch Axial- und Radialbohrungen ausbilden. Der Durch­ messer des Radialabschnittes 80 ist vergleichsweise gering gewählt, so daß dieser als Düse wirkt.

Ähnlich wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbei­ spielen mündet der Radialbohrungsstern 24 in einer Ringnut 82, die an der Innenumfangswandung der Axialbohrung 8 ausgebildet ist. Die Axialposition der Manteldurchbrüche 30 ist so gewählt, daß diese bei einer Axialverschiebung des Ventilschiebers 16 durch eine Steuerkante 84 der Ringnut 82 zugesteuert werden, so daß die Verbindung vom Anschluß A zum Anschluß B geschlossen wird.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Variante hat der Ven­ tilschieber 16 ebenfalls einen Verbindungskanal 76, über den der Innenraum 26 des Ventilschiebers 16 mit dem rück­ wärtigen Druckraum, d. h. dem Federraum 38, verbunden ist.

Im Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist die den Innenraum 26 ausbildende Kolbenbohrung 86 in Axialrichtung verlängert, so daß entsprechend der Axialab­ schnitt 78 verkürzt ist.

Ähnlich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel mündet die Verbindungsbohrung 36 in einer Stirnfläche 22 der Hülse 4. Diese Mündung liegt in demjeni­ gen Bereich, in dem die Stirnfläche 22 vom Ventilschieber 16 durchsetzt wird. Im Ventilschieber sind Querbohrungen 90 ausgebildet, die einerseits in der Kolbenbohrung 86 und andererseits am Außenumfang des Ventilschiebers 16 münden.

Bei einer Axialverschiebung des Ventilschiebers 16 in Richtung vom Magneten weg werden die Querbohrungen 90 durch eine Steuerkante 92 zugesteuert, die durch eine Umfangsnut 94 der Hülse 4 im Mündungsbereich ausgebildet ist. Bei einer Axialverschiebung um das Maß T ist der Steuerquerschnitt vollständig zugesteuert. D. h., in der Grundposition (stromlos offen) ist ein zusätzlicher Steuerquerschnitt aufgesteuert, der einen wesentlich größeren Durchmesser als derjenige des Radialabschnittes 80 und der Verbindungsbohrung 36 hat.

Wie desweiteren in Fig. 8 angedeutet ist können an­ stelle der kreisförmigen Manteldurchbrüche 30 dreieckförmi­ ge Steuerfenster ausgebildet werden, so daß der aufgesteu­ erte Steuerquerschnitt mit zunehmender Axialverschiebung rasch zunimmt.

Mit der in Fig. 8 dargestellten Variante lassen sich die Unstetigkeiten im Durchflußverhalten gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen weiter verringern.

Fig. 9 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ventils in Stromlos-offen-Bauweise, das sich durch einen äußerst einfachen Aufbau und optimales Durchflußverhalten auszeichnet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Ven­ tilschieber 16 eine Kolbenbohrung 86, die etwa die gleiche Länge aufweist wie die Kolbenbohrung 86 und der Axialab­ schnitt 76 zusammen aus den in den Fig. 7 und 8 darge­ stellten Ausführungsbeispielen.

Im Bereich des Endabschnittes der axial verlaufenden Kolbenbohrung 86 sind eine oder mehrere Radialabschnitte 80 ausgebildet, über die der von der Kolbenbohrung 86 be­ grenzte Innenraum 26 mit dem Federraum 38 verbunden ist.

Ähnlich wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Gehäusebohrung 36 achsparallel ausge­ bildet und mündet in der Stirnfläche 22 der Hülse.

Desweiteren mündet bei dieser bevorzugten Ausführungs­ form der Radialbohrungsstern 24, der aus zueinander ver­ setzten Einzelbohrungen ausgebildet sein kann, direkt in der Axialbohrung 8 und nicht - wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen - in einer Ringnut 82 der Hülse 4. D. h., der Radialbohrungsstern 24 wird direkt durch die als Steuerkante wirkende Umfangskante 96 des Ventilschiebers 16 auf- bzw. zugesteuert.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist besonders ein­ fach herstellbar, da die Axialbohrung 8 im wesentlichen durchgehend ohne Ringnut 82 ausgeführt werden kann und die Gehäusebohrung 36 auch ebenfalls in einem einzigen Arbeits­ gang herstellbar ist. Auch der Ventilschieber 16 ist äu­ ßerst einfach aufgebaut, da in seinem Inneren keine Stufen­ bohrungen wie bei den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen vorgesehen werden müssen.

Selbstverständlich können bei dem in Fig. 9 darge­ stellten Ausführungsbeispiel anstelle des Radialbohrungs­ sterns 24 mit kreisförmigen Mantelbohrungen auch eine andere Geometrie, bspw. die dreieckförmigen Steuerfenster gemäß Fig. 8 gewählt werden.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Wegeventil als 2/2-Wegeventil ausgeführt. Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei Konstruktionen mit mehreren Anschlüssen anwendbar. Fig. 10 zeigt eine Variante, bei der das Wegeventil mit 3 Anschlüssen ausgebildet ist. Bei der dargestellten Variante sind in der in das Ventilgehäuse 6 eingesetzten Hülse 4 ein Axialanschluss A, ein durch zwei Radialbohrungssterne 98, 100 und eine umlaufende Ringnut 102 gebildeter Radialanschluss B sowie einen durch Mantelbohrungen 104 des Gehäuses 6 und dazu fluchtende Durchbrüche 106 der Hülse 4 gebildeten weiteren Radialanschluss C. Der Ventilschieber 16 hat - wie die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele - einen durch eine Sacklochbohrung gebildeten Innenraum 26, in dem Manteldurchbrüche 30 des Ventilschiebers 16 münden. Der dargestellte Ventilschieber hat in dem in der Axialbohrung 8 geführten Abschnitt zwei Ringbünde 108, 110. Die Ringstirnflächen dieser beiden Ringbünde 108, 110 sind derart ausgebildet, dass in der Grundstellung des Ventilschiebers 16, in der dieser durch die Druckfeder 20 gegen eine Anschlag vorgespannt ist, die beiden Anschlüsse B und C über einen Ringraum 112 miteinander verbunden sind. Der die Druckfeder 20 aufnehmende Federraum 38 ist über eine Gehäusebohrung 36 mit demjenigen Bereich verbunden, der an die Stirnseite 34 der Hülse 4 angrenzt. Die Betätigung des in Fig. 10 dargestellten Ventils erfolgt über einen proportional verstellbaren Magneten oder über einen Schaltmagneten dessen Stößel 14 an der in Fig. 10 rechten Stirnfläche des Ventilschiebers 16 anliegt. In der dargestellten Grundposition sind die Manteldurchbrüche 30 des Ventilschiebers 16 durch den Steg zwischen den beiden Radialbohrungssternen 98, 100 verschlossen, so daß keine Verbindung zwischen dem stirnseitigen Anschluss A und einem der Radialanschlüsse B, C vorliegt.

Bei Ansteuerung des Elektromagneten wird der Ventilschieber 16 gegen die Kraft der Druckfeder 20 nach links verschoben, so daß eine durch die Ringstirnfläche des Ringbundes 110 ausgebildete Steuerkante 114 den Anschluß C zusteuert, während eine durch die Umfangskante des Manteldurchbruchs 30 gebildete Steuerkante 116 den Radialbohrungsstern 98 aufsteuert, so daß die Verbindung vom stirnseitigen Anschluss A zum Radialanschluss B geöffnet wird. Im Federraum 38 der Druckfeder 20 wirkt dabei immer derjenige Druck, der im Abstand Ventilschieber 16 über die Gehäusebohrung 36 abgegriffen wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gehäusebohrung 36 als gerade Durchgangsbohrung ausgebildet, selbstverständlich können - je nach Aufbau des Ventilgehäuses - auch die vorbeschriebenen Varianten zum Abgreifen des Drucks im Federraum verwendet werden.

Die beschriebenen Varianten sind als stromlos offen- oder stromlos-geschlossen-Ventile ausführbar. Selbstver­ ständlich können die vorbeschriebenen Wegeventile 1 auch als Sitz-Ventile ausgeführt sein.

Offenbart ist ein Wegeventil mit einem stirnseitigen Anschluß und zumindest einem Radialanschluß, wobei die Stirnflächen eines Ventilkörpers (Ventilschieber oder Sitzkörper) des Wegeventils etwa vom gleichen Druck beaufschlagt sind, so dass die Stellkräfte zum Verschieben des Ventilkörpers minimal sind. Erfindungsgemäß wird der Druck zum Beaufschlagen einer rückwärtigen Stirnfläche des Ventilkörpers im Axialabstand zum Ventilkörper abgegriffen.

Bezugszeichenliste

1

Wegeventil

2

Ventilgehäuse

4

Hülse

6

Flanschteil

8

Axialbohrung

10

Elektromagnet

12

Einschraubbund

14

Stößel

16

Ventilschieber

18

Ringbund

20

Druckfeder

22

Stirnfläche

24

Radialbohrungsstern

26

Innenraum

28

Mantel

30

Manteldurchbruch

32

Steuerkante

34

Stirnseite

36

Gehäusebohrung

38

Federraum

40

Schenkel (axial)

42

Schenkel (schräg)

44

Radialnut

46

Bohrungsstern (B)

48

Bohrungsstern (B)

50

Bohrungsstern (B)

52

Ringraum

54

Dichtrohr

56

Innenbohrung

58

Radialbohrung

60

Röhrchen

62

Innenstirnfläche

64

Innenkolben

66

Dämpfungsraum

67

Drosselbohrung

68

Stift

70

Aufnahmebohrung

72

,

74

Langloch

76

Verbindungskanal

78

Axialabschnitt

80

Radialabschnitt

82

Ringnut

84

Steuerkante

86

Kolbenbohrung

90

Querbohrung

92

Steuerkante

94

Umfangsnut

96

Steuerkante

98

Radialbohrungsstern

100

Radialbohrungsstern

102

Ringbund

104

Mantelbohrung

106

Durchbruch

108

Ringbund

110

Ringbund

110

Ringraum

114

Steuerkante

116

Steuerkante

Claims (15)

1. Wegeventil, insbesondere stetig verstellbares Wegeventil mit einem in einer Ventilbohrung (8) eines Gehäuses (4, 6) geführten Ventilkörper (16), über den eine Verbindung zwischen einem stirnseitigen Anschluß (A) und zumindest einem Radialanschluß (B) auf- und zusteuerbar sind, wobei der an einem Anschluß (A) wirksame Druck über eine Verbindungsbohrung zur Ventilkörperrückseite geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Abstand zum Ventilkörper (16) im Bereich des stirnseitigen Anschlusses (A) abgegriffen ist.

2. Wegeventil nach Patentanspruch 1, wobei der Ventilkör­ per (16) tassenförmig ausgeführt ist und in dessen Mantel (28) Manteldurchbrüche (30) zur Verbindung des stirnseiti­ gen Anschlusses (A) mit dem Radialanschluss (B) ausgebildet sind.

3. Wegeventil nach Patentanspruch 2, wobei der Ventilkör­ per (16) eine Innenbohrung (56) hat, die einerseits in einem rückseitigen Druckraum (38) mündet, und in die ein Röhrchen (60) eingesetzt ist, das sich von der Innenbohrung (56) weg aus dem Ventilkörper (16) heraus in Richtung zum stirnseitigen Anschluß (A) erstreckt.

4. Wegeventil nach Patentanspruch 1 oder 2, mit einem Gehäusekanal (36), der einerseits im Bereich des stirnsei­ tigen Anschlusses (A) und andererseits im rückwärtigen Druckraum (38) mündet.

5. Wegeventil nach Patentanspruch 4, wobei der Gehäuseka­ nal (36) als Winkelbohrung ausgeführt ist und ein in der Stirnfläche (34) des Axialanschlusses (A) mündender Schen = kel (40) als achsparallele Bohrung und ein im Druckraum (38) mündender Schenkel (42) als Schrägbohrung ausgeführt ist.

6. Wegeventil nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei der Gehäusekanal (36) zumindest eine Radialbohrung des Ra­ dialanschlusses (B) schneidet und im Schnittbereich ein Dichtrohr (54) eingesetzt ist.

7. Wegeventil nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei der Ventilkörper (16) einen Verbindungskanal (76) hat, der einerseits in der anschlußseitigen Stirnseite des Ventilkörpers (16) und andererseits im rückwärtigen Druck­ raum (38) mündet.

8. Wegeventil nach Patentanspruch 7, wobei der Verbin­ dungskanal (76) einen Axialabschnitt (78) hat, der in im rückwärtigen Druckraum (38) mündende Radialabschnitte (80) übergeht.

9. Wegeventil nach Patentanspruch 8, mit Querbohrungen (90), über die nach einer Axialverschiebung des Ventilkör­ pers (16) ein zusätzlicher Durchflußquerschnitt zum Druck­ raum (38) auf- bzw. zusteuerbar ist.

10. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, wobei der Radialanschluß (B) über einen Radialboh­ rungsstern (24) in der Ventilbohrung (8) des Gehäuses (4, 6) mündet.

11. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, wobei dieses stromlos offen oder stromlos geschlossen ausgeführt ist.

12. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, wobei in einem Innenraum (26) des Ventilkörpers (16) ein gehäusefester Innenkolben (64) geführt ist, der im Bereich zwischen den Manteldurchbrüchen (30) und einer Innenstirnfläche (62) des Ventilkörpers angeordnet ist, und der mit dem Ventilkörper (16) einen Dämpfungsraum (66) begrenzt, der mit dem rückwärtigen Druckraum (38) verbunden ist.

13. Wegeventil nach Patentanspruch 12, wobei im Mantel (28) des Ventilkörpers (16) eine Drosselbohrung (67) ausge­ bildet ist, die einerseits im rückwärtigen Druckraum (68), andererseits im Dämpfungsraum (66) mündet.

14. Wegeventil nach Patentanspruch 12 oder 13, wobei der Innenkolben (64) über einen zumindest ein Langloch (72, 74) des Ventilkörpers (16) durchsetzenden Stift (68) im Gehäuse (4, 6) befestigt ist.

15. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, wobei der Ventilkörper ein vorzugsweise über einen Elektromagneten (10) betätigter Ventilschieber (16) ist.