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Die
Erfindung betrifft eine Ventilanordnung durch Adaption von Zusatzventilen
auf Grundventilen, insbesondere hydraulischen Wegeventilen, die Zusatzfunktionen
ergeben die in den Grundventilen nicht enthalten sind, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Der
Stand der Technik kann beispielhaft an den hydraulischen Wegeventilen
mit der Typbezeichnung SD5 der Firma Walvoil S. P. A. beschrieben werden.
In der Walvoil-Katalogbroschüre,
mit der Bezeichnung DAT003E (2st edition
February 2001), ist auf S.5 ein zweifaches Grundventil dargestellt,
mit den Grundfunktionen sogenannter 6/3–Wegeventile (open-center-Schaltung),
mit seitlichen Ein- und Auslassanschlüssen – mit P für den Pumpenanschluss und mit
T für den
Tankanschluss. Sowie weitere vier, oben angeordnete, Anschlüsse für zwei doppeltwirkende
Verbraucher. Die Arbeitsanschlüsse
für die Verbraucher
sind in diesem Beispiel mit A1/B1 bzw. A2/B2 bezeichnet. Die Arbeitanschlüsse sind
als Gewindebohrungen mit Ansenkungen zum druckdichten Anschließen der
Verbraucherleitungen mit Hilfe üblicher
Rohr- oder Schlauchverschraubungen ausgeführt. Der Abstand der Anschluss-Gewindebohrungen
A1 zu B1 bzw. A2 zu B2 beträgt
im Fall der SD5-Baureihe 34 mm, wie aus dem Katalogblatt ersichtlich.
Für diese
Ventilbaureihe existieren Zusatzventile, wie auf S.42 mit dem Titel „Service
valves" derselben
Broschüre
dargestellt und mit den Positionen 1. bis 6. bezeichnet. Zum Anschluss
an die Verbraucheranschlüsse,
A1/B1 bzw. A2/B2, sind dabei speziell die mit 3. und 4. bezeichneten
Zusatzventile (service valves) vorgesehen. Wie weiterhin aus diesem
Katalogblatt ersichtlich, werden für den Anbau der Zusatzventile
(service valves) speziell ausgeführte
Gehäuse
(special body) der Grundventile benötigt – ein Anbau der Zusatzventile
an ein Standard-Wegeventilgehäuse
gemäß der Darstellung
auf S.5 der Walvoil-Katalogbroschüre ist demnach nicht möglich.
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Die
dafür zusätzlich notwendige
mechanische Bearbeitung der Gehäuse
der Grundventile ist auf Katalogseite 48 derselben Broschüre dargestellt und
bemaßt,
es ist demnach eine durchgehende, plane Flanschfläche auf
der Oberseite der Grundventile und jeweils vier Gewindebohrungen
M5 pro Wegeventilsektion erforderlich zum Anbau der Zusatzventile.
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Dieses
Beispiel zeigt die feste Zuordnung der Zusatzventile zu den Grundventilen
einer Baureihe eines Herstellers und umgekehrt. Die Grundventile
müssen,
allein durch die Variante Zusatzventil, in einer weiteren Gehäusevariante
gefertigt und bevorratet werden. Für andere Baureihen der Grundventile desselben
oder aber auch anderer Hersteller mit anderen Gewindebohrungsabständen der
Arbeits- oder Verbraucheranschlüsse
A.. oder B.. sind zusätzlich zu
den Gehäusevarianten
der Grundventile auch andere Zusatzventilgehäuse mit darauf abgestimmten Maßen erforderlich.
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Ein
Nachrüsten
bereits in Anlagen oder Maschinen eingebauter Standard-Grundventile
mit Zusatzventilen ist demnach nicht möglich, d. h. in diesem Fall
müsste
die komplette Grundventilbaugruppe gegen eine neue, für den Anbau
von Zusatzventilen geeigneten, Grundventilbaugruppe in der Gesamtanlage
bzw. Maschine ausgetauscht werden. Die feste Zuordnung spezieller
Zusatzventile zu speziellen Grundventilen verringert die jeweiligen
Losgrößen in der
Herstellung, was die Gestehungs-, Lager- und Verwaltungskosten erhöht. Im Falle
der Nachrüstung
sind erhebliche, zusätzliche
Gestehungs- und Montagekosten aufzuwenden.
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Aufgabe
der Erfindung ist, unter Vermeidung der genannten Nachteile, einen
variablen Anbau ein und desselben Zusatzventiles an Grundventile
verschiedener Baureihen und verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen
Mittenabständen
der Verbraucheranschlüsse
zu ermöglichen,
so dass ein Standard-Zusatzventil unverändert an die beschriebenen, unterschiedlichen
Grundventile in der Grundversion angebaut werden können – im Neuzustand
wie bei der Nachrüstung.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass eine Adapterplatte einerseits über Hohlschrauben mit den Arbeitsanschluss-Gewindebohrungen
des Grundventils auf dem Grundventil druckdicht befestigt ist, wobei
sich der offene Innenquerschnitt der Hohlschrauben andererseits,
außerhalb
des Gewindebereichs, bis zum Hohlschraubenkopfende und darüber hinaus
bis zur Auflagefläche der
Adapterplatte vergrößert und
die Eintrittsquerschnitte der Hydraulikanschlüsse des Zusatzventils innerhalb
der größeren Öffnungsquerschnitte
im Bereich der Auflagefläche
der Adapterplatte oberhalb der Hohlschraubenkopfenden liegen und
das Zusatzventil auf der Adapterplatte, gegenüber dem Grundventil, wiederum
mit zusätzlichen
Schrauben, außerhalb
der Hydraulikanschlüsse,
druckdicht befestigt ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Mittenabstand der Arbeitsanschlüsse
der Grundventile kleiner, gleich oder größer als der Mittenabstand der
Eintrittsöffnungen
des Zusatzventils.
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In
weiteren Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.
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Mit
dieser Erfindung ist es möglich
ein und dasselbe Zusatzventil auf verschiedene Grundventile mit
unterschiedlichen Abständen
der Arbeitsanschlüsse,
sowie von unterschiedlichen Baureihen und Herstellern im Rahmen
der vorgegebenen Variationsbreite der möglichen Abstände der
Anschlüsse innerhalb
der neuen Adapterplatte hydraulisch druckdicht anzubauen und dadurch
die Funktionen von einfachen Grundventilen kostengünstig zu
erweitern. Funktionserweiterungen bereits im Einsatz befindlicher
Grundventile in Maschinensteuerungen ist mit Hilfe der Erfindung,
ohne Austausch der Grundventile, lediglich durch die dafür bemessene
Adapterplatte mit Standardzusatzventilen sehr einfach und ohne großen Montageaufwand
möglich.
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Weitere
Vorteile und Ausführungen
der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen.
Ebenso können
die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils
einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden.
Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als
abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung
der Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 Schnittdarstellung
eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Adapterplatte gemäß der Erfindung.
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2 Adapterplatte
mit erweitertem Toleranzausgleich innerhalb der Adapterplatte.
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3 Adapterplatte
aus 1 mit elastischen Doppeldichtringen, grundventilseitig.
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4 Elastischer
Doppeldichtring, vor Einbau.
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5 Federkennlinie
der Anordnung Grundventil/elastischer Doppeldichtring/Adapterplatte.
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In 1 sind
die zu verbindenden Ventile, Grundventil 1 und Zusatzventil 30 schematisch,
nur in einer beispielhaften Außenkontur
dargestellt. Das Grundventil 1 ist üblicherweise ein Wegeventil
innerhalb eines Gesamt-Wegeventilblockes mit weiteren Wegeventilen
und den üblichen
Grundfunktionen, wie der Gesamtdruckabsicherung, sowie den gemeinsamen
Druckölanschlüssen für den Pumpenzulauf
und den Tankanschluss für
das zurückströmende Öl – dieser
allgemein übliche
Grundaufbau ist dem Fachmann bekannt und braucht deshalb nicht weiter erläutert werden.
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Das
Zusatzventil 30 kann unterschiedliche Zusatzfunktionen,
wie z. B. Sekundärdruckbegrenzung,
Stromregelung, entsperrbare Sitzventile oder Umschaltfunktionen
enthalten, um den Funktionsumfang des damit verbundenen Grundventils 1 innerhalb
eines Gesamtwegeventilblockes zu erweitern. Das Grundventil 1 hat
die Arbeitsanschlüsse
A und B und entspricht in der Darstellung dem Stand der Technik,
wie vorstehend beschrieben. Dabei ist in das Innengewinde 3 des
Grundventils 1 die Hohlschraube 20 eingeschraubt.
In der Ansenkung 5 liegt der metallische Dichtkantenring 6 der
einerseits zum Grundventil 1 und andererseits zur Adapterplatte 10 abdichtet.
Die Adapterplatte 10 enthält die Durchgangsbohrungen 11 und
daran anschließend
die erste Ansenkung 12 und eine zweite Ansenkung 13.
Die Hohlschrauben 20 haben ein Außengewinde 21 korrespondierend
mit dem Innengewinde 3 des Grundventils 1, an
einen Gewindefreistich 22 schließt sich der Hohlschraubenkopf 23 an.
Die Hohlschrauben 20 haben eine Eintrittsbohrung 24,
an die sich ein Innensechskant 25 anschließt, der
sich innerhalb des Hohlschraubenkopfes 23 über eine
konische Bohrung 26 zum oberen Ende des Hohlschraubenkopfes 23 hin
zu einer größeren Austrittsöffnung mit
dem Durchmesser 27 erweitert. Im Bereich der Austrittsöffnungen
der Durchmesser 27 der Hohlschrauben 20 befinden
sich die gegenüberliegenden
Eintrittsöffnungen 31 und 32,
für das
Fluid bzw. Hydrauliköl,
des Zusatzventils 30. Der Mittenabstand L1 der Arbeitsanschlüsse A und
B des Grundventils 1 ist in diesem Beispiel größer als
der Mittenabstand L30 der Eintrittsöffnungen 31 und 32 des
Zusatzventils 30: L1 > L30. Die
Verbraucher werden nun an die Verbraucheranschlüsse 33 und 34 des
Zusatzventils 30 angeschlossen. Das Zusatzventil 30 ist
auf der Adapterplatte 10 mit mehreren Schrauben 35 festgeschraubt,
wie in der 1 gezeigt, die Anzahl der Schrauben 35 richtet
sich nach der Druckhöhe
und Größe der druckbeaufschlagten
Flächen.
Die druckdichte Abdichtung zwischen Adapterplatte 10 und
Zusatzventil 30 erfolgt über O-Ringe 14, oder ähnliche
elastische Dichtringe, in den Ansenkungen 13 in der Adapterplatte 10.
Alternativ zu den Dichtkantenringen 6 sind auch Gummi-Metall-Ringe
(sogen. USIT-Ringe)
oder Abdichtungen nach ähnlichem
Prinzip möglich,
solange ein Luftspalt x zwischen der evtl. unbearbeiteten Gussoberfläche 15 des
Grundventils 1 und der Adapterplatte 10 nach dem
Anziehen der Hohlschrauben 20 verbleibt.
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Der
Anbau von Zusatzventilen auf Grundventile mit Hilfe von Adapterplatten 10 gemäß der in 1 beschriebenen
Bauweise ist dann geeignet wenn die Auflageflächen der Ansenkungen 5 untereinander
fluchten, sowie die Funktion der Ventilteile innerhalb der Zusatzventile
gegen eventuelle Verspannungen bei der Montage der Zusatzventile
auf die Grundventile unempfindlich sind.
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Bei
Abweichungen der Parallelität
und Lage der Auflageflächen
der Ansenkungen 5 zueinander ist ein Toleranzausgleich
im Bereich der Dichtungsauflageflächen zwischen den Arbeitsanschlüssen A und
B, sowie der Adapterplatte 10 vorteilhaft.
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Eine
Erweiterung der Erfindung zur Beherrschung eines größeren Toleranzbereichs
ist in 2 gezeigt. Die grundsätzliche Anordnung Zusatzventil 30,
Adapterplatte 10 und Grundventil 1 bleiben gleich.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist in diesem Beispiel ein Grundventil 1.1 mit
kleinerem Mittenabstand L2 der Arbeitsanschlüsse A und B dargestellt: L2 < L1 und somit auch
L2 < L30. Das Zusatzventil 30 jedoch
ist dasselbe wie in 1, mit unverändertem Mittenabstand L30 der
Eintrittsöffnungen 31 und 32,
dies ist möglich
durch die auf das Grundventil 1.1 mit dem Bohrungsabstand
L2 angepasste Adapterplatte 10.1 zusammen mit der Querschnittserweiterung
der Strömungsführung gemäß der Erfindung. Die
Befestigung des Zusatzventils 30 auf der Adapterplatte 10.1 mit
den Schrauben 35 ist unverändert, wie in 1,
und ist deshalb nicht nochmals dargestellt. Die innere Gestaltung
der Hohlschraube 20.1 entspricht prinzipiell der bereits
in 1 beschriebenen Hohlschraube 20 ist aber
in der Eingangsbohrung 24.1 etwas länger und in der Abdichtung
gegenüber
dem Grundventil 1.1 sowie der Adapterplatte 10.1 anders
gestaltet. Die Hohlschrauben 20.1 sind in dem Grundventil 1.1 in
den Arbeitsanschlüssen
A und B mit dem metallischen Anschlag 41 gegen die Ansenkung 5 fest
eingeschraubt und über
die Weichdichtungen 40 gegenüber dem Grundventil 1.1 druckdicht
abgedichtet. Gegenüber
dem Anschlag 41 ist eine Auflage 42 für die Adapterplatte 10.1 am
Außendurchmesser 43 der
Hohlschraube 20.1 gebildet. Der Außendurchmesser 43 kann
auch mit Schlüsselflächen oder
als Sechskant ausgeführt
sein. Die Adapterplatte 10.1 enthält wieder die Durchgangsbohrungen 11 und
daran anschließend
die erste Ansenkung 12 und eine zweite Ansenkung 13.
Die druckdichte Abdichtung nach außen zwischen Adapterplatte 10.1 und
Hohlschraube 20.1 erfolgt über eine statische Dichtung 44 in
einem Ringeinstich in der Hohlschraube 20.1 im Bereich
der Bohrung 11. Ein formschlüssiger Sicherungsring 45 in
der Hohlschraube 20.1 hält
diese in Axialrichtung fest. Dazu dient ebenfalls der Zwischenring 46 zwischen
Sicherungsring 45 und den durch die Senkung 12 gebildeten
Anschlag 47 einerseits und andererseits durch die Schulter 48 in
der Hohlschraube 20.1. Der vergrößerte Toleranzausgleich ist
nun dadurch möglich, dass
erstens ein definiertes Spiel zwischen Bohrung 11 und dem
damit korrespondierenden Außendurchmesser
der Hohlschraube besteht und zweitens der Abstand zwischen Anschlag 47 und
der Unterseite der Adapterplatte 10.1 kleiner ist als der
Abstand zwischen der Auflage 42 und der Schulter 48 an
der Hohlschraube 20.1. Die innere Erweiterung der Austrittsöffnung wird
anschließend
an die Hohlschraube 20.1 durch den Ring 50 erreicht
der die konische Bohrung 26 der Hohlschraube 20.1 mit
demselben Öffnungswinkel α bis zum
Ende der Austrittsöffnung weiterführt. Die
Summe der Bauhöhen
des Ringes 50, des Sicherungsringes 45 und des
Zwischenringes 46 ist mindestens um das Differenzmaß des Toleranzausgleiches
kleiner als die Tiefe der Ansenkung 12, so dass der festgelegte
Bereich des Toleranzausgleichs nicht behindert wird. Die Anordnung nach 2 bietet
den weiteren Vorteil, besonders beim Nachrüsten bereits in Betrieb befindlicher Grundventilblöcke, dass
die komplette Baueinheit bestehend aus Zusatzventil (30),
Adapterplatte (10.1) sowie die Hohlschrauben (20.1)
einschließlich aller
internen Befestigungs-, Dichtungs- und Ausgleichsteile (13, 35, 44, 45, 46, 50)
fertig montiert vom Hersteller ausgeliefert werden kann und vor
Ort lediglich die komplette Zusatzventil-Baueinheit durch Einschrauben
der Hohlschrauben (20.1) in das dafür vorgesehene Grundventil (1)
montiert wird.
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Eine
alternative Anordnung zum Toleranzausgleich zeigt 3.
Hierbei sind anstelle der Dichtkantenringe 6 der 1 zwei
elastische Doppeldichtringe 60 zur Abdichtung der Arbeitsanschlüsse A und
B vorgeschlagen Die anderen Teile, wie Zusatzventil 30,
Adapterplatte 10 sowie Grundventil 1 bzw. alternative
Grundventile mit dem Arbeitsanschlussabstand bis zur Version 1.1 bleiben
unverändert.
Lediglich die Hohlschrauben 20.1 sind im Bereich der elastischen
Dichtringe 60 etwas länger
als die Hohlschrauben 20, ansonsten aber in ihrer Innenkontur prinzipiell
gleich ausgeführt.
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Der
elastische Doppeldichtring 60 ist maßlich auf die Ansenkung 5 abgestimmt
und ist über den,
im Einbauzustand, gekammerten Dichtring 61 zum Arbeitsanschluss
A oder B hin druckdicht abgedichtet. Auf der gegenüberliegenden
Seite liegt die Adapterplatte 10 auf und ist ebenfalls über einen zweiten,
im Einbauzustand, gekammerten Dichtring 62 druckdicht abgedichtet.
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Die
Besonderheiten des elastischen Doppeldichtringes 60 ist
aus der vergrößerten Zeichnung
in 4 erkennbar, wobei der Zustand vor Einbau dargestellt
ist. Ein Zwischenring 63 begrenzt den max. möglichen
Federweg s1 des elastischen Doppeldichtrings 60. Dabei
ist der Zwischenring 63 vorzugsweise ein geschlitzter Federring, ähnlich einem
Sprengring, um den Einbau zwischen die Federschenkel 64 bzw. 65 des
elastischen Doppeldichtringes 60 zu ermöglichen. Das Maß s1 ist
der vorbestimmte Federweg um den der elastische Doppeldichtring 60 in
Axialrichtung unter Belastung im elastischen Materialbereich verformbar
ist. Die Belastung wirkt beim Anziehen der Hohlschraube 20 mit
einem Anzugsmoment Md über
die Adapterplatte 10 in axialer Richtung auf den elastischen
Doppeldichtring. Der elastische Doppeldichtring 60 ist
in seinem, von einer U-Form abgeleiteten, Querschnitt als Federelement
so gestaltet, dass er sich im Verformungsweg s1 wie eine Feder mit
einer vorbestimmten Federrate gemäß dem Bereich I, wie in der 5 vereinfacht
als lineare Kennlinie dargestellt, verhält. Es ist für die Wirkungsweise des
Toleranzausgleiches dabei unerheblich, ob die Kennlinie von der
Linearität
degressiv oder progressiv etwas abweicht. Der zweite Kennlinienbereich
II stellt die Federrate der Adapterplatte 10 bei einseitiger
Belastung durch das Anziehen einer Hohlschraube mit dem dann höheren Drehmoment
Md dar, wenn z. B. auf der Seite A der Adapterplatte 10 der
elastische Doppeldichtring 60 bereits auf Anschlag, d.
h. s1 gleich 0, festgeschraubt wäre
und auf der Seite B s1 noch größer 0 ist.
In diesem Fall ist beim Anziehen der Hohlschraube 20.1 auf
der B-Seite der Übergang vom
Kennlinienbereich 1 auf den Kennlinienbereich II durch
entsprechenden Anstieg des Anzugsmomentes Md beim Anziehen der Hohlschraube
bei B spürbar.
Ein weiteres Anziehen über
diesen Punkt hinaus würde
die Adapterplatte 10 entsprechend der Toleranzabweichungen
des Grundventils 1 verformen und eventuell zu den vorstehend
beschriebenen Funktionsstörungen
beim anschließend
auf der Adapterplatte 10.1 fest aufgeschraubten Zusatzventil 30 führen. Das
Grundventil (1) kann hierbei als starres Bauteil angenommen
werden, also ohne Federwirkung beim Anziehen der Hohlschrauben (20, 20.1). Der
Montageablauf beim Montieren der Adapterplatte 10 wird
so ablaufen, dass beide Hohlschrauben 20.1 abwechselnd
angezogen werden, im ersten Schritt bis zur ersten, spürbaren Anlage
der zu montierenden Teile und dann jeweils, je nach Toleranzlage,
bis zum Anschlag innerhalb des Doppeldichtringes 60 mit
s1 = 0 oder dem erkennbaren Kennlinienwechsels von I auf II. Es
ist vorteilhaft den Federweg s1 etwa auf den doppelten Wert der
zu erwartenden Toleranzabweichungen der Lageabweichungen der Auflageflächen der
Einsenkungen 5 zu bemessen. Ein selbsttätiges Lösen der montierten Hohlschrauben 20.1 beim
Betrieb der Ventilgruppe, bestehend aus Grundventil 1,
Adapterplatte 10 und Zusatzventil 30, ist dadurch
zusätzlich
verhindert, dass der Restspalt zwischen Hohlschraubenkopf 23 und
dem Zusatzventil 30 durch entsprechende Bemaßung und Tolerierung
der Ansenkung 12 und des Hohlschraubenkopfes 23,
nach Montage aller Teile wesentlich geringer ist als der vorgespannte
Federweg von s1. Die Auflageflächen 66 und 67 des
elastischen Doppeldichtringes 60 sind mit einem geringen
Winkel β so
ausgeführt,
dass durch die geringe Drehbewegung beim Einfedern um s1 zu den
Dichtungen 61 bzw. 62 kein nennenswerter, schädlicher
Dichtspalt nach außen
entsteht.
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Die
Wirkungsweise der beispielhaft gewählten Anordnungen von Adapterplatte
zwischen Grundventil und Zusatzventil ergibt sich aus den Beschreibungen
und muss deshalb nicht weiter erläutert werden. Wie dargestellt,
ist es mit der Erfindung der Adapterplatte nun möglich standardisierte Zusatzventile auf
standardisierte Grundventile unterschiedlicher Baureihen und verschiedener
Hersteller mit unterschiedlichen Abständen der Arbeitsanschlüsse zueinander
ohne Änderung
oder Anpassung des Zusatzventils anzubauen oder auch ohne zusätzlichen Aufwand
nachzurüsten.
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Lediglich
die sehr einfach herstellbare Adapterplatte ist dem Grundventil
anzupassen. Fertigungstoleranzen der Arbeitsanschlüsse der
Grundventile, sowie der übrigen
Teile sind ebenfalls durch die Erfindung problemlos beherrschbar.