DE69805343T2 - Durchflussregelndes Schieberventil - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Schieberventile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Diese Ventile werden in hydraulischen Kreisläufen benutzt, die den Lauf eines gesteuerten Stroms eines Hydraulikfluids zulassen müssen, insbesondere wenn es erforderlich ist, einen Fluiddurchfluß zu erhalten, der proportional zu einer vorbestimmten Funktion ist.
• Die Verwendung von Ventilen eines proportionalen Durchflusses ist an sich bekannt, jedoch hat sich herausgestellt, daß diese Ventile dann, wenn sie im wesentlichen aus einem Schieber bestehen, der innerhalb eines Ventilkörpers verlagerbar ist, stets Leckagen aufweisen, die die Genauigkeit eines hydraulischen Systems beeinträchtigen.
• Diese Leckagen werden offensichtlich durch Druckunterschiede verursacht, die zwischen Hochdruckkreisläufen und Niederdruckkreisläufen bestehen, und diese Leckagen finden sich in allen Fällen, in denen die Schieber mit Dichtungen und insbesondere mit O-Ringdichtungen versehen sind.
• Die Leckagen sind insbesondere dann nachteilig, wenn Hochdruckkreisläufe abgedichtet werden und dicht bleiben müssen. Selbst eine geringe Undichtigkeit kann zunehmend zu einer Verlagerung von Einheiten führen, die beispielsweise durch Hebel, Pumpen etc. gesteuert werden, wobei die Verlagerung zu ernsthaften Problemen führt.
• Die Erfindung beseitigt die oben beschriebenen Nachteile, indem sie es ermöglicht, Ventile herzustellen, die vollständig abgedichtet sind, insbesondere dann, wenn sie in Ruhe sind, und die außerdem eine sehr genaue Steuerung des Ventils ermöglicht.
• Zur Erreichung dieses Ziels enthält das Durchfluß-regelnde Schieberventil gemäß der Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Zahlreiche weitere Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
• Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind als nicht- beschränkende Beispiele in den beigefügten Zeichnungen abgebildet.
• Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Solenoidventils gemäß der Erfindung, dargestellt in der offenen und der geschlossenen Position;
• Fig. 2 ist ein teilweise geschnittener Querschnitt durch das Ventil eines Solenoidventils gemäß einer Variante der Fig. 1 und ebenfalls in der offenen und der geschlossenen Position dargestellt;
• Fig. 3 ist eine axiale Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Solenoidventils gemäß der Erfindung und
• Fig. 4 zeigt in einem vergrößertem Maßstab das Detail, das in Fig. 3 mit IV bezeichnet ist.
• Fig. 1 zeigt einen Ventilkörper 1, der eine innere Kammer 2 begrenzt, die durch eine Dichtung 3 isoliert ist, die an einer Hülse 4 anliegt, die die Verbindung zwischen dem Ventilkörper 1 und dem Stator 5 eines Drehschrittmotors 6 bildet.
• Die Figur zeigt, daß die Hülse 4 an dem Stator 5 durch eine Platte 7 befestigt ist, die gegen eine Schulter 8 der Hülse 4 geklemmt ist. Der Stator 5 trägt Feldwicklungen 9 zur Steuerung eines Ankers 10, der in Eingriff mit einer Federbüchse 11 steht, die über ein Lager 12 befestigt ist.
• Die Federbüchse 11 enthält einen mit Gewinde versehenen Ring 13, der auf einer Schraube 14 befestigt ist, die in einer Hülse 15 sitzt und darin geführt ist. Die Schraube wird in einer Hülse 16 des Stators axial geführt, derart, daß sie axial verschieblich ist, ohne drehbar zu sein. Zu diesem Zweck hat die Schraube beispielsweise einen polygonalen Teil 14a mit einer Form, die mit der inneren Bohrung der Hülse 16 übereinstimmt.
• Das Ende des Schraubenbolzens steht in Eingriff mit einer rohrförmigen Kupplung 17, die durch eine Buchse gebildet ist, die gegen einen Schieber 18 anliegt, der in dem Ventilkörper 1 gleiten kann. Der Schieber 18 ist mit einem Anschlag 19 für eine Hülse 20 versehen, die von einer Feder 21 gedrückt wird, die auf der anderen Seite an einer Schulter 22 des Ventilkörpers gelagert ist.
• Die rohrförmige Kupplung 17 ist über eine O-Ringdichtung 23 dicht mit der Hülse 4 verbunden, so daß Hydraulikfluid, das in den Ventilkörper eingezogen wird, nicht in das Innere der Hülse 4 eintreten kann.
• Der Schieber 18 hat einen axialen Kanal 24, der mit der inneren Kammer 2 über radiale Öffnungen 25 in Verbindung steht. Der Kanal 24 steht außerdem mit einem Niedrigdruckkreislauf 26, beispielsweise einem Behälter für Hydraulikfluid, in Verbindung.
• Die Figur zeigt, daß der Schieber 18 gegenüber den Öffnungen 27, 27a in dem Ventilkörper 1 angeordnet ist und mit einem Hochdruckkreislauf einer Hydraulikinstallation in Verbindung steht.
• Um Leckagen zwischen den Öffnungen 27, 27a, die Hochdruckfluid enthalten, und der inneren Kammer 2 zu verhindern oder zu beschränken, ist der Schieber 18 mit wenigstens einer O-Ringdichtung 28 versehen.
• Zusätzlich zu dem Vorstehenden enthält der Schieber 18 an seinem Ende, das in dem Niedrigdruckkreislauf 26 liegt, einen Verschluß 29, der einem Sitz 30 an dem Ende des Ventilkörpers 1 entspricht. Dieser Verschluß 29 befindet sich an dem Ende des Schiebers in der Form eines radial vorstehenden Teils, dessen Rückfläche von dem freien Ende des Verschlusses weg weist und so gestaltet ist, daß er an dem Ventilsitz 30 anliegt. Es wird außerdem darauf hingewiesen, daß der Schieber an der Rückseite des Verschlusses eine ringförmige Kammer 33 enthält, die mit den Öffnungen 27, 27a in Verbindung steht.
• Das Ventil kann in zwei Arten funktionieren, d. h. in Richtung der Pfeile f und f'. Die untere Hälfte der Zeichnung zeigt der Verschluß 29 in der offenen Position. Es wird darauf hingewiesen, daß das Fluid des Hochdruckkreislaufs entsprechend dem Pfeil f fließen kann, indem es durch die Öffnungen 27, 27a am Rand des Schiebers 18 fließt, um den Niedrigdruckkreislauf 26 zu erreichen. Es kann auch in Richtung des Pfeils f' fließen. Der axiale Kanal 24 stellt dann sicher, daß der Schieber in dem Ruhezustand druckentlastet ist, wenn das Fluid in Richtung des Pfeils f' fließt. In diesem Fall gewährleistet die O-Ringdichtung 23 die Abdichtung in Richtung des Schrittmotors.
• Der Durchfluß des Fluids kann gemäß jeder Funktion durch Verlagerung des Schiebers 18 auf ein größeres oder kleineres Maß mittels des Schrittmotors 6 gesteuert werden. Wenn die Erregerwicklungen 9 mit Strom versorgt sind, hat dies, wie die Zeichnung zeigt, die Wirkung, daß der Anker bzw. Läufer 10 gedreht wird, wodurch als Folge der Gewindering 13 um die Schraube 14 gedreht wird.
• Die Schraube 14 wird dadurch axial verschoben, da sie durch den polygonalen Teil 14a an der Drehung gehindert ist. Die axiale Bewegung der Schraube 14 wird auf die rohrförmige Kupplung 17 übertragen, gegen die der Schieber 18 durch die Feder 21 in Anlage gehalten ist.
• Wenn der Hochdruckkreislauf von dem Niedrigdruckkreislauf isoliert werden muß, wird der Schrittmotor in der entgegengesetzten Richtung angetrieben, so daß die Schraube 14 in die maximal zurückgezogene Position gebracht wird.
• Die Bewegung der Schraube und der Kupplung 17 wird von dem Schieber 18 gefolgt, der kontinuierlich durch die Feder 21 gedrückt wird, bis der Verschluß 29 an dem Sitz 30 anliegt.
• Auf diese Weise wird eine absolute Abdichtung erhalten, und jegliche Leckage des Fluids wird durch die O-Ringdichtung 28 und die O-Ringdichtung 23 verhindert, je nachdem ob das Fluid in der Richtung f oder f fließt.
• Die Steuerung mittels eines Drehschrittmotors des vorstehend beschriebenen Typs ermöglicht es außerdem, eine sehr genaue Steuerung der Verlagerung des Schiebers 18 zu gewährleisten, und damit auch eine sehr genaue Steuerung der Fluidmenge, die aus den Öffnungen 27, 27a in Richtung des Niedrigdruckkreislaufs 26 fließen soll.
• Fig. 2 zeigt eine leichte Variante, bei der zwischen der Öffnung 27 und der Dichtung 28 der Schieber 18 eine Nut 31 hat, in die ein Finger 32 eingreift.
• Bei dieser Ausführungsform wird der Schieber axial von dem Finger 32 geführt, der auch einen Anschlag bildet, der die Gleitbahn in der Richtung beschränkt, die der vollen Öffnung des Verschlusses 29 entspricht.
• Diese Ausführungsform ermöglicht es, den Aufbau, der Schraube 14 und des polygonalen Teils 14a zu vereinfachen, der weggelassen werden kann, da die axiale Führung einfach durch den Finger 32 erfolgt.
• Mit Bezug auf Fig. 3 wird nachfolgend eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In dieser Figur werden dieselben Bezugszeichen für Abschnitte oder Teile verwendet, die identisch mit denjenigen in Fig. 1 oder ähnlich zu diesen sind.
• Das besondere Merkmal der Ausführungsform gemäß Fig. 3 im Vergleich zu derjenigen gemäß Fig. 1 besteht im einzelnen in dem Umstand, daß die Funktion der Feder 21 einfach darauf beschränkt ist, einen bestimmten Anlagedruck des Verschlusses 19 an dem Sitz 30 in dem Ruhezustand des Ventils sicherzustellen.
• Zu diesem Zweck befindet sich im Vergleich zu Fig. 1 zwischen dem Schieber 18 und der rohrförmigen Kupplung, die nun mit der Zahl 35 anstelle von 17 gemäß Fig. 1 bezeichnet ist, ein rohrförmiges Zwischenteil 36 in axialer Richtung, das jedoch durch eine Gewindeverbindung axial einstückig mit dem Schieber ist. Die Kupplung 35 enthält zusätzlich zu der Kupplung 17 gemäß Fig. 1 eine rohrförmige Verlängerung an der Schieberseite, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der untere Durchmesser der Hülse an dem Level der Kammer 2. Das Zwischenteil 36 greift axial in den rohrförmigen Vorsprung 37 ein und enthält an seinem Ende nahe der Kupplung 17 eine zylindrische ringförmige Schulter 38. In der Umfangsfläche des letzteren ist ein radialer Stift 39 angeordnet, der radial nach außen um eine Länge vorsteht, die es seinem Ende ermöglicht, in einen axialen Führungsschlitz 40 in der rohrförmigen Verlängerung 37 einzugreifen. Da die Kupplung 35 und das Zwischenteil 37 unabhängig voneinander axial beweglich sind, bildet der radiale Stift 37 einen Anschlag, der die Verlagerung des Teil 37 und des Schiebers relativ zu der Kupplung 35 durch Eingriff in den Schlitz 40 begrenzt.
• Die Feder 21, die aus Fig. 1 bekannt ist, bleibt zwischen der Schulter 38 des Zwischenteil 37 und einem Haltering 42 wie eine Kreislippe eingesetzt, die in der Innenfläche des ringförmigen Vorsprungs 37 sitzt.
• Aus diesem Aufbau ergibt sich, daß die Feder 21 keine Wirkung hat, sobald die vordere Stirnfläche der Kupplung 35 in Kontakt mit der hinteren Stirnfläche des Zwischenteils 36 unter der Wirkung des Schrittmotors gerät, der in Richtung der Öffnung des Ventils wirkt. Wenn andererseits das Ventil schließt, stellt die Feder die axial integrale Natur der Kupplung 35 und der Anordnung sicher, die durch den Schieber 38 und das Zwischenteil 36 gebildet ist. Die Feder gewährleistet dann ein sicheres Schließen des Verschlusses, indem sie durch eine leichte Kompression sicherstellt, daß der Verschluß 29 unter Druck an dem Sitz 30 anliegt. Da der Motor zudem die Feder nicht zwängen muß, wenn der Verschluß geöffnet ist, ist die Ansprechzeit des Ventils weitgehend reduziert, und die Motorkraft kann relativ klein und konstant sein.
• Fig. 4 beschreibt eine vorteilhafte Ausführungsform des Verschlusses 29. Ausgehend von dem zylindrischen Körper des Schiebers 18, bezeichnet mit 44, enthält der Verschluß dann nacheinander einen konischen Abschnitt 45, der sich in einem Winkel in Richtung des Endes des Schiebers erweitert, einen zylindrischen Abschnitt 46 kurzer Länge, eine konische Fläche 47, die stark radial vorspringt und die Anlagefläche des Verschlusses an dem Sitz 30 bildet und die von dem zylindrischen Teil 46 durch eine Nut 48 getrennt ist, und anschließend einen zylindrischen Abschnitt 49 und einen konisch sich verjüngenden Endabschnitt.
• Diese Gestalt des Verschlusses gewährleistet die Proportionalität des Durchflusses des Ventils und eine perfekte Abdichtung an dem Verschluß.
• Die Gestaltung ermöglicht auch Variationen des Durchflusses durch einfache Variation des Neigungswinkels α der konischen Fläche 45 des Schiebers, wobei die Variation einfach durch Austausch des Schiebers erreicht werden kann.

Claims (14)

1. Durchflussregelndes Schieberventil mit einem axial in einem Ventilkörper (1) mobilen und an einem seiner axialen Enden durch einen Schrittschaltermotor gesteuerten Schieber (18), wobei der Schieber (18) eine ringförmige Kammer (33) umfasst, die sich zwischen seinen zwei axialen Enden befindet und mit einer ersten hydraulischen Vorrichtung mittels in den Ventilkörper (1) praktizierten Öffnungen (27, 27a) einerseits kommuniziert und mit einer zweiten hydraulischen Vorrichtung andererseits, wenn die Klappe ihre geöffnete Position einnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe an ihrem dem gegenüber vom Motor gesteuerten axialen Ende eine Klappe (29) trägt, die gegen einen Sitz (30) angewendet gehalten wird, der in Ruhestellung durch den Ventilkörper getragen wird und im Verhältnis zu diesem Sitz axial um ein Maß verschiebbar ist, das dem entspricht, das vom Schrittschaltmotor auf dem Schieber aufgedruckt ist.

2. Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittschaltmotor ein Motor rotierender Schrittschaltmotor ist.

3. Ventil gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber direkt mit dem vom Schrittschaltmotor geführten Teil verbunden ist.

4. Ventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber durch eine Feder (21) aufliegend gegen das vom Schrittschaltmotor geführte Teil gehalten wird.

5. Ventil gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittschaltmotor einen Rotor zum Antrieb einer direkt gegen den Schieber (18) wirkenden Schraube (14) in der einen oder der anderen Richtung umfasst.

6. Ventil gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber axial durch einen polygonalen Teil (14a) geführt wird.

7. Ventil gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber axial durch einen Finger (37) geführt wird.

8. Ventil gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet/ dass ein Dichtungsring (28) zwischen dem Schieber (18) und dem Ventilkörper (1) hinter besagter, im Schieber vorgesehener Kammer und besagten Öffnungen (27, 27a) zwischengeschaltet ist.

9. Ventil gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Kanal (24) im Schieber (18) vorgesehen ist, der sich nach außen auf der Seite der Klappe öffnet und mit einer internen Kammer (2) kommuniziert, die sich derart im Ventilkörper (1) befindet, dass dem Ventil ein Funktionieren in zwei Richtungen ermöglicht wird, wobei sich die Hochdruckseite auf der Seite besagter Öffnungen (27, 27a) oder vor dem Ende der Klappe des Schiebers befindet, wobei der Kanal und besagte Kammer den Gleichgewichtszustand des Schiebers im geschlossenen Zustand der Klappe gewährleisten.

10. Ventil gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Kammer (2) in Richtung des Schrittschaltmotors (6) durch einen Dichtungsring (23) isoliert ist.

11. Ventil gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (29) eine radial nach außen hervorstehende hintere Seite (47) umfasst, durch die sie auf dem Sitz des Ventils (30) aufliegt.

12. Ventil gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe hinter der Stützseite (47) in Richtung der Öffnungen (27, 27a) eine konische Seite (45) umfasst, deren Winkel α den Durchsatz des Fluids bestimmt.

13. Ventil gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz des Ventils durch den Einsatz verschiedener Winkel α des Schiebers variabel ist.

14. Ventil gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (21) axial zwischen dem Schieber (18) und einem Kopplungsstück (35) des Schiebers an der Verschiebevorrichtung zwischengeschaltet ist, die den Schaltschrittmotor umfasst, der derart angeordnet ist/dass eine gedrückte Anwendung der Klappe (29) auf ihrem Sitz (30) gewährleistet wird, die jedoch im Lauf der Verschiebung des Schiebers (18) ohne Wirkung ist.