DE4340283A1 - Hydraulisches Steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil in Form eines Magnetventiles mit mehreren Anschlüssen und mehreren Schaltpositionen, welches ein mit den Anschlüssen versehenes Ventilgehäuse und einen Elektromagneten mit einem verfahrbaren Stößel zur Steuerung eines Ventilschiebers aufweist, und welches mit einem Ventilsitz und einer Kugel ausgerüstet ist, die mittels einer Schließfeder in eine Schließstellung und mittels des Ventilschiebers durch die Kraft des Elektromagneten in eine Offenstellung bringbar ist.

Derartige Steuerventile werden normalerweise zur Steuerung von hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten benutzt, um beispielsweise Aggregate von landwirtschaftlichen Erntemaschinen zu heben oder zu senken. Diese Ventile sind als Mehrwegeventile mit mehreren Schaltpositionen bekannt. Die an sich bewährten Steuerventile sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß der Beginn eines Hebe- oder Senkvorganges sowie das Ende schlagartig erfolgt. Die dadurch entstehenden Beschleunigungs- oder Bremskräfte sind extrem groß, so daß es zu entsprechend hohen Belastungen der Bauteile kommt. Dadurch werden Schwingungen und Schüttelbewegungen erzeugt, die immer unerwünscht sind.

Außerdem ist es bei den bekannten Steuerventilen nachteilig, daß die Reparaturarbeiten aufwendig sind, so daß bei einer Reparatur das komplette Steuerventil ausgewechselt werden muß. Aufgrund der Anforderungen muß nämlich sichergestellt sein, daß der Ventilsitz stets leckölfrei ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuerventil der eingangs näher bezeichneten Art so auszubilden, daß die zur Funktion notwendigen Teile in einfachster Weise auswechselbar sind. Ferner soll gewährleistet sein, daß das Beschleunigen und das Abbremsen der zu bewegenden Aggregate nicht schlagartig, sondern weich erfolgt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ventilschieber in einem im Gehäuse fest, jedoch auswechselbar eingesetzten Ventilkörper geführt ist, der eine den Ventilschieber aufnehmende Bohrung, den Ventilsitz, die Kugel und die die Kugel gegen den Ventilsitz drückende Schließfeder enthält, daß die den Ventilschieber aufnehmende Bohrung in einer Strömungsverbindung mit einer Druckleitung, einer Verbraucherleitung und einer Steuerleitung bringbar ist, und daß der Ventilschieber mit einer der Steuerleitung zugeordneten Ringfläche versehen ist, so daß der Bedarfsdruck in der Verbraucherleitung durch die Größe der Ringfläche und/ oder Magnetkraft bestimmt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil bildet der Ventilkörper mit dem Ventilschieber, der Kugel und der Schließfeder eine Baueinheit. Ist beispielsweise der Ventilsitz nicht mehr leckölfrei, kann diese Baueinheit aus dem Gehäuse des Steuerventils herausgezogen werden und gegen eine funktionsfähige ausgewechselt werden. Man erhält dadurch wieder ein Steuerventil, welches als neuwertig anzusehen ist.

Da der Steuerschieber eine Ringfläche aufweist, wirkt bei geöffnetem Ventilsitz der Druck des Öls auf den Ventilschieber. Diese Kraft wirkt der das Öffnen des Ventilsitzes bewirkenden Magnetkraft entgegen. Soll der Bedarfsdruck regelbar sein, um beispielsweise einen Steuervorgang weich (progressiv) einzuleiten, kann durch Änderung der Magnetkraft die Lage der Ringfläche des Ventilschiebers zu der der Steuerleitung zugeordneten festen Steuerkante verändert werden, so daß der durch die Steuerleitung ausströmende Volumenstrom (-) verändert.(und damit der Bedarfsdruck in der Verbraucherleitung) Diese Eigenschaften des Steuerventils können dazu benutzt werden, um Aggregate weich zu beschleunigen und weich abzubremsen oder den Bedarfsdruck in der Verbraucherleitung zu regeln.

Soll der Bedarfsdruck kleiner als der Versorgungsdruck sein, muß die Ringfläche des Ventilschiebers und die Magnetkraft so aufeinander abgestimmt sein, daß nach Öffnen des Ventilsitzes bei voller Magnetkraft die auf die Ringfläche des Ventilschiebers wirkende Kraft diesen entgegen der Magnetkraft verfährt, so daß der Ventilsitz ein wenig geschlossen, die Ringfläche des Ventilschiebers den Querschnitt zur Steuerleitung entsprechend öffnet und sich ein konstanter Bedarfsdruck in der Verbraucherleitung einstellt, selbst wenn der Druck in der Versorgungsleitung schwankt.

Wird die Ringfläche des Ventilschiebers und die Magnetkraft so aufeinander abgestimmt, daß der Magnet den Ventilschieber gegen den vollen Versorgungsdruck in seiner geschalteten Position hält, wirkt das Ventil wie ein 3/2 Wege Ventil.

Das Steuerventil ist ein Ventil mit drei Anschlüssen und zwei Schaltpositionen. Durch die Kopplung mit einem zweiten Ventil kann es zu einem Ventil mit drei oder vier Anschlüssen und drei Schaltpositionen ausgebaut werden.

Zur einfachen Herstellung des Steuerventils sowie zum einfachen Auswechseln der erwähnten Baueinheit ist vorteilhaft, wenn der Ventilkörper zylindrisch ausgebildet und in eine paßgenaue Bohrung des Ventilgehäuses eingesetzt ist. Der Ventilkörper kann dazu zwecks Auswechselns aus der Bohrung herausgezogen werden. Außerdem sind die Umfangsflächen großflächig, so daß die Abdichtung äußerst gut ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mehrerer dieses schematisch darstellenden Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 das erfindungsgemäße hydraulische Steuerventil in der Schließstellung des Ventilsitzes im Teilschnitt,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch in der Regelstellung des Ventilschiebers,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechend Darstellung, jedoch in der Offenstellung des Ventilschiebers,

Fig. 4 die Kombination von zwei Steuerventilen nach der Fig. 1, das Ventil mit drei Anschlüssen und drei Schaltstellungen und

Fig. 5 die Kombination von zwei Steuerventilen nach der Fig. 1, als Ventil mit vier Anschlüssen und drei Schaltstellungen.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Steuerventile 1 bestehen im wesentlichen aus einem andeutungsweise dargestellten Ventilgehäuse 2, einem in eine Bohrung 3 fest eingesetzten Ventilkörper 4, einem in eine Bohrung 5 des Ventilkörpers 4 eingesetzten Ventilschieber 6, eine den Ventilsitz 7 des Ventilkörpers 4 freigebende und leckölfrei abschließende, durch eine Schließfeder 8 belastete Kugel 9 und einem nicht näher erläuterten Elektromagneten 10, der mit einem ein- und ausfahrbaren Stößel 11 ausgerüstet ist. Die Bohrung 5 des Ventilkörpers 4 steht mit nicht dargestellten Leitungen in einer Strömungsverbindung. Die Anschlüsse sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. In den Figuren ist die an die Hydraulikpumpe angeschlossene Druckleitung durch das Bezugszeichen 12, die zu einem Verbraucher, z. B. einem Hydraulikzylinder führende Verbraucherleitung durch das Bezugszeichen 13 und die zu einem Öltank führende Steuerleitung durch das Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Die Bohrung 3 des Ventilgehäuses 2 ist stufenförmig ausgebildet, wobei der Bereich des größeren Durchmessers dem Elektromagneten 10 zugewandt ist. In diesem Bereich ist der Ventilkörper paßgenau eingesetzt. Der dem Elektromagneten 10 abgewandte Bereich des Ventilkörpers 4 ist geringen Durchmessers. Im Übergangsbereich liegt der Ventilsitz 7. An den Bereich des kleineren Durchmessers ist die Drückleitung 12 angeschlossen. Die Steuerleitung 14 liegt dem Elektromagneten 10 zugewandt, die Verbraucherleitung 13 liegt dazwischen. Der dem Elektromagneten 10 zugewandte Bereich der Bohrung 3 ist mit einem Innengewinde versehen, in welches das Außengewinde eines topfförmigen Druckringes 15 eingedreht ist, um den Ventilkörper 4 festzulegen. Der obere Bereich des Druckringes übergreift die Bohrung 3. Die Abdichtung erfolgt durch einen Dichtring 16. Die Abdichtung des Übergangsbereiches, in dem die Außendurchmesser des Ventilgehäuses 4 verspringen, zur Ringfläche der stufenförmigen Bohrung 3 des Ventilgehäuses erfolgt durch eine Dichtscheibe 17.

In den Anschlußbereichen für die Verbraucherleitung 13 und der Steuerleitung 14 ist der Ventilkörper 4 mit umlaufenden Ringnuten 18, 19 versehen. Aus den Figuren wird deutlich, daß die verbleibenden Kontaktflächen relativ groß sind, so daß zur Abdichtung keine weiteren Dichtmittel erforderlich sind. Der Ventilschieber 6 ist zweimal stufenförmig abgesetzt, wobei die untere, der Kugel 9 zugewandte Ringfläche 6a im Bereich der Verbraucherleitung 13 die obere Ringfläche 6b im Bereich der Steuerleitung 14 liegt. Dieser Ringfläche 6b ist eine Steuerkante 18a des Ventilkörpers 4 zugeordnet. Bei der Darstellung nach der Fig. 1 ist der Elektromagnet 10 stromlos. Die Schließfeder 8 drückt die Kugel gegen den Ventilsitz, so daß dieser Sitz leckölfrei ist. In der Druckleitung 12 steht das Öl unter dem Pumpendruck. Die Verbraucherleitung 13 und die Steuerleitung 14 sind drucklos, da in diesem Zustand kein Öl fließt. Wird der Elektromagnet 10 mit der maximalen Spannung beaufschlagt, fährt der Stößel 11 voll aus und verschiebt den Ventilschieber 6 in die untere Endstellung gemäß der Fig. 3. Die Ringfläche 6b steht dann so zur Steuerkante 18, daß kein Öl durch die Steuerleitung 14 abfließen kann. Dieser Zustand ist jedoch nur kurzzeitig, da das durch den Ventilsitz 7 einströmende Drucköl auf die Ringfläche 6b des Ventilschiebers 6 einen der Magnetkraft entgegengerichteten Druck ausübt, wobei sich der Ventilschieber 6 in Richtung zum Elektromagneten 10 so verschiebt, daß zwischen der Ringfläche 6b und der Steuerkante 18a ein Durchströmspalt entsteht, so daß Öl durch die Steuerleitung 14 abfließen kann. Dadurch stellt sich in der Verbraucherleitung 13 bei einem konstanten Druck in der Druckleitung 12 ein bestimmter Bedarfsdruck ein. Dieser Bedarfsdruck kann durch die Größe der Ringfläche bestimmt werden, wenn beispielsweise das hydraulische Steuerventil 1 für solche Aggregate benutzt wird, bei denen ein konstanter Bedarfsdruck/kleiner Pumpendruck notwendig oder ausreichend ist.

Wird jedoch für Steuer- oder Regelvorgänge eine Änderung des Bedarfsdruckes erforderlich, kann der Elektromagnet 10 durch eine gegenüber der maximalen Spannung geringere Spannung erregt werden. Da die Magnetkraft abfällt, verschiebt sich der Ventilschieber 6 weiter in Richtung zum Elektromagneten 10, so daß der Durchströmquerschnitt zwischen der Steuerkante 18a und der Ringfläche 6b größer wird. Da entsprechend größerer Volumenstrom durch die Steuerleitung 14 abfließt, fällt der Druck in der Verbraucherleitung 13 ab. Die Regelstellung des Steuerventils 1 ist in der Fig. 2 dargestellt. Es ergibt sich, daß durch Änderung der Magnetkraft der Bedarfsdruck in der Verbraucherleitung 13 geregelt werden kann. So läßt sich eine Hubeinrichtung weich anheben bzw. absenken. Außerdem kann für den Antrieb eines rotierenden Aggregates eines Mähdreschers ein bestimmter, gleichbleibender Druck erzeugt werden. Bei landwirtschaftlichen Erntemaschinen sind viele Anwendungen möglich.

Ist es im Laufe der Zeit notwendig, beispielsweise durch ein Leck des Ventilsitzes den Ventilkörper 3 einschließlich des Ventilschiebers 6, der Schließfeder 8 und der Kugel 9 auszutauschen, muß der Druckring 15 abgeschraubt werden. Die genannten Bauteile können als Baueinheit aus der Bohrung 3 herausgezogen und durch eine neue Baueinheit ersetzt werden. Die Ausführung nach der Fig. 4 zeigt das Steuerventil 1 als ein Mehrwegeventil mit drei Anschlüssen und drei Schaltmöglichkeiten. In dem Ventilgehäuse 2 sind zwei Bohrungen 3 zueinander angeordnet. In jede Bohrung 3 ist eine den Ventilkörper 4 aufweisende und bereits beschriebene Baueinheit montiert. Der Aufbau entspricht dem Steuerventil gemäß den Fig. 1 bis 3. Es wurden deshalb auch die gleichen Bezugszeichen für die baugleichen Teile verwendet. Beide Ventilsitze 7 sind wiederum leckölfrei. Die beiden Bohrungen 5 der Ventilkörper 4 sind durch eine Verbindungsleitung 24 verbunden. Ein einfach wirkender Hydraulikzylinder 20 ist an die Leitung 21 des linken Ventilkörpers 4 angeschlossen. Diese Verbraucherleitung 21 ist bei nur einem Ventilkörper 4 gemäß der Fig. 1 bis 3 die Druckleitung. Das Öl strömt von der Druckleitung 12 des rechten Ventilkörpers 4 durch den Ventilsitz 7 über die Verbindungsleitung 24 in den linken Ventilkörper 4 und von dort durch den Ventilsitz 7 des linken Ventilkörpers 4 durch die zum Hydraulikzylinder 20 führende Verbraucherleitung 21. Durch die Regelbarkeit des rechten Ventilkörpers 4 kann der Druck zum Zylinder geregelt werden. Die Anordnung nach der Fig. 4 ist geeignet, um beispielsweise den Hubzylinder einer Hubeinrichtung zu steuern, die durch das Eigengewicht abgesenkt wird, oder um den Variator einer Mähdrescher- Dreschtrommel zu steuern. Beim linken Ventilkörper 4 fehlt die Steuerleitung 14, er fungiert über den Elektromagneten 10 als entsperrbares Rückschlagventil.

Bei der Ausführung nach der Fig. 5 sind die beiden Ventilkörper 4 durch die Steuerleitung 14 und die Druckleitung 12 verbunden. An die Verbraucherleitungen 13 ist ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder 22 angeschlossen, dessen Kolben wahlweise von dem linken oder dem rechten Ventilkörper 4 aus beaufschlagt werden kann. Dazu ist entweder der linke oder rechte Ventilsitz geöffnet und der jeweils andere durch Federkraft geschlossen, so daß das verdrängte Öl über die jeweilige Steuerleitung 14 zum Öltank abfließen kann. Beide Ventilsitze 7 sind wiederum leckölfrei. Aus der Fig. 5 ergibt sich, daß vier Anschlüsse möglich sind und wiederum drei Schaltstellungen. Ferner ergibt sich, daß ein an den Hydraulikzylinder 22 angeschlossenes Aggregat frei bewegt werden kann, d. h., nur die Reibungskräfte müssen überwunden werden, da das verdrängte Öl entweder über den linken oder rechten Ventilkörper abfließen bzw. nachgesaugt werden kann. Das System nach Fig. 5 ist beispielsweise zur Ansteuerung der Schleifeinrichtung einer Häckslertrommel geeignet.

In das System kann bei Bedarf deshalb ein den Ölfluß verhindernder, nicht weiter erläuterter Sperrblock (23) montiert werden. Das System nach Fig. 6 ist beispielsweise zur Antriebssteuerung eines Korntankauslaufrohres eines Mähdreschers geeignet.

Claims (9)

1. Hydraulisches Steuerventil in Form eines Magnetventiles mit mehreren Anschlüssen und mit mehreren Schaltpositionen, welches ein mit den Anschlüssen versehenes Ventilgehäuse und einen Elektromagneten mit einem verfahrbaren Stößel zur Steuerung eines Ventilschiebers aufweist, und welches mit einem Ventilsitz und einer Kugel ausgerüstet ist, die mittels einer Schließfeder in eine Schließstellung und mittels des Ventilschiebers durch die Kraft des Elektromagneten in eine Offenstellung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (6) in einem im Ventilgehäuse (2) fest jedoch auswechselbar eingesetzten Ventilkörper (4) geführt ist, der eine den Ventilschieber (6) aufnehmende Bohrung die Kugel (9) und die die Kugel (9) gegen den Ventilsitz (7) drückende Schließfeder (8) enthält, daß die den Ventilschieber (6) aufnehmende Bohrung in eine Strömungsverbindung mit einer Druckleitung (12) einer Verbraucherleitung (13) und einer Steuerleitung (14) bringbar ist und daß der Ventilschieber (6) mit einer der Steuerleitung (14) zugeordneten Ringfläche (6b) versehen ist, so daß der Bedarfsdruck in der Verbraucherleitung (13) durch die Größe der Ringfläche (6b) und/oder durch die Magnetkraft bestimmt ist.

2. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei voller Magnetkraft und entsprechend der Auslegung der Ringfläche (6b) des Ventilschiebers (6) durch den Druck in der Verbraucherleitung (13) die Leitungen (12), (13) und (14) in eine Strömungsverbindung gebracht werden, so daß sich ein konstanter Bedarfsdruck durch den Ringspalt zwischen dem Ventilsitz (7) und der Ringfläche (6b) einstellt.

3. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Magnetkraft der Steuerschieber (6) in eine Regelstellung bringbar ist, in der die Ringfläche (6b) des Ventilschiebers (6) zur Steuerkante (18a) einstellbar ist, so daß durch die Menge des durch die Steuerleitung (14) abfließenden Öls der Bedarfsdruck in der Verbrauchsleitung (13) regelbar ist.

4. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Ventilschieber (6) zylindrisch ausgebildet ist und in eine paßgenaue Bohrung (3) des Ventilgehäuses (2) eingesetzt ist.

5. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß für die Druckleitung an der dem Elektromagneten (10) abgewandten, daß der Anschluß für die Steuerleitung (14) an der dem Elektromagneten (10) zugewandten Seite und daß der Anschluß für die Verbraucherleitung (13) zwischen den beiden anderen Anschlüssen liegt.

Hydraulisches Steuerventil nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (4) zur Steuerung des Bedarfsdruckes in der Verbraucherleitung (13) eine Steuerkante (18a) aufweist, die der Steuerleitung (14) und der oberen Ringfläche (6b) des Ventilschiebers (6) zugeordnet ist.

Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilgehäuse (2) zwei Ventilkörper (4) mit jeweils einem Ventilschieber (6), einem Ventilsitz (7), einer Schließfeder (8), einer Kugel (9) und einem Elektromagneten (10) angeordnet sind, die durch eine Leitung in einer Strömungsverbindung stehen und jeweils eine Baueinheit bilden (Fig. 4 und 5).

Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (24) durch die Verbraucherleitung (13) gebildet ist und daß an die Druckleitung (21) einer Baueinheit ein Verbraucher, vorzugsweise ein einfach wirkender Hydraulikzylinder (20) angeschlossen ist.

9. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (12) miteinander verbunden sind, daß die Steuerleitungen (14) miteinander verbunden sind, und daß an die Verbraucherleitungen (13) ein beidseitig beaufschlagbarer Verbraucher, vorzugsweise ein doppeltwirkender Zylinder (22) angeschlossen ist.