DE3811669A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Steuerkolben zum Steuern der Druckmittelwege zwischen mindestens einem Arbeitsdruckkanal, einem mit einer Druckmittelquelle und einem mit einem Tank verbundenen Kanal, mit einem elek­ trischen Stellglied, das auf den Steuerkolben wirkt.

Ventile mit Steuerkolben und Betätigung durch proportio­ nalmagnete sind störanfällig, wenn das Arbeitsmittel mit Schmutzpartikeln verunreinigt ist, die sich innerhalb des Ventils ablagern können und damit ein Klemmen des Steuerkolbens zur Folge haben. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn im Arbeitssystem bzw. verbraucher­ seitig ein Druck eingesteuert ist, der beim Abschalten des elektrischen Antriebes bzw. bei Stromausfall nicht automatisch abgebaut wird, wenn der Steuerkolben klemmt und damit nicht in seine Ausgangslage zurückgelangt, in der der Arbeitsdruck über eine Steuerkante des Steuer­ kolbens zum Tank hin abgebaut werden kann. In einem solchen Störfall können somit erhebliche Schäden verur­ sacht werden.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Ventil mit Steuerkolben so auszubilden, daß kein gefährlicher bzw. unerwünschter Betriebszustand auftreten kann, wenn der Magnetantrieb ausgeschaltet ist bzw. ausfällt und der Steuerkolben klemmt, also nicht in seine druckentlastende Neutralstellung zurückgelangen kann.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Kom­ bination des Steuerkolbens mit einem Zweiwegeventil gelöst, das bei stromlosem Stellglied eine Verbindung des Verbrauchers bzw. des Arbeitssystems mit dem Tank herstellt und bei betätigtem Steuerkolben durch das elektrische Stellglied die Verbindung des Verbrauchers mit dem Tank unterbricht.

Erfindungsgemäß ist ein Bypassventil zwischen dem Arbeits­ druckraum bzw. Regeldruckraum und dem Tank vorgesehen, daß sich selbständig öffnet und damit den Arbeitsdruck auf den Tankdruck abbaut, wenn bei Stromausfall oder Abschalten des elektrischen Antriebes der Steuerkolben klemmt und nicht in die den Druckkanal mit dem Tank ver­ bindende Stellung zurückgeschoben wird. Erfindungsgemäß sind für die Bauweise des Bypassventiles mehrere Aus­ führungsformen für Druckregelventile und Wegventile vor­ gesehen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 bis 5 schematische Darstellungen, teilweise im Schnitt, mehrerer Ausführungsformen eines Druckregelventils mit hydrauli­ scher Zusatzkraft und teilweise unter­ schiedlichen Bauweisen des Bypassventils,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, teil­ weise im Schnitt,eines Druckregelventils mit Bypassventil und

Fig. 7 eine schematische Darstellung, teil­ weise im Schnitt, eines Wegeventils mit Bypassventil.

Das Druckregelventil der Fig. 1 besteht aus einem Steuer­ kolben 5, der in einer Gehäusebohrung verschiebbar ange­ ordnet ist, und der Kolbenabschnitte 7 und 9 mit einer zwischen diesen vorgesehenen Ringnut 12 aufweist. In der dargestellten stromlosen Stellung des Ventils ist ein mit einer Druckmittelquelle P verbundener Kanal 14 von dem Kolbenabschnitt 7 abgesperrt, ein mit dem System A verbundener Druckregelkanal 15 mündet in die Ringnut 12 und ein mit einem Tank T verbundener Kanal 16 mündet am Kolbenabschnitt 9 vorbei in die Ringnut 12, so daß im unbetätigten Zustand der Regeldruckkanal 15 zum Tank hin druckentlastet ist. Ferner ist ein Wiegeraum 20 am Ende des Kolbenabschnittes 9 mit dem Tank über die Leitung 16′ verbunden.

Ein Proportionalmagnet als Antrieb für den Steuerkolben 5 besteht im wesentlichen aus der Magnetwicklung 40, und einem Magnetanker 42 mit einem Stößel 50, der in einem Innenraum 52 verschiebbar ist. Der Innenraum 52 zu bei­ den Seiten des Magnetankers 42 steht mit dem Regel­ druckkanal 15 in Verbindung. Somit wirkt der Regeldruck auch im Innenraum 52 und auf den Anker 42.

Der linke Kolbenabschnitt 7 des Steuerkolbens 5 ist an einer Regelfeder 29 abgestützt, die einstellbar ausge­ führt sein kann. Ferner ist der Kolbenabschnitt 7 mit dem Regeldruck A beaufschlagt.

Zur Übertragung der Magnetkraft auf den Steuerkolben 5 ist ein Stift 63 vorgesehen, der in einem Einsatzkörper 51 abdichtend geführt ist. Damit ist der Wiegeraum 20, in dem der Tankdruck herrscht, gegenüber dem Raum 52, in dem der Regeldruck herrscht, durch den Einsatzkörper 51 abgedichtet, in dem der Stift 63 nach Art eines Kolbenschiebers abdichtend geführt ist. Anstelle des Einsatzkörpers 51 kann auch die Gehäusebohrung entspre­ chend ausgebildet sein.

Ferner ist in einer dem Wiegeraum 20 zugekehrten Ausneh­ mung 60 eine Ventilkugel 61 vorgesehen, die von dem Stift auf ihren Ventilsitz 62 gedrückt wird. Der Stößel 50 des Magnetankers 42 drückt auf den Stift 62. In Öffnungsrichtung wird die Ventilkugel 61 vom Regeldruck im Kanal 15 beaufschlagt, der über eine in die Ringnut 12 mündende zentrische Bohrung 65 im Steuerkolben 5 heran­ geführt wird. Die Ausnehmung 60 ist über eine im Ein­ satzkörper 51 vorgesehene Bohrung 66 mit dem Tank ver­ bunden.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wird ausgehend von der dargestellten stromlosen Stellung durch Betätigung des Proportionalmagneten der Steuerkolben 5 nach links ent­ gegen der Kraft der Regelfeder 29 verschoben, so wird der Druckmittelkanal 14 mit dem Druckregelkanal 15 ver­ bunden. Der Regeldruck wird auf die linke Stirnfläche des Steuerkolbens 5 geführt. Bei zu hohem Regeldruck wird der Steuerkolben entgegen der Magnetkraft nach rechts verschoben, der Kolbenabschnitt 9 gibt die Ver­ bindung von der Ringnut 12 zum Tankkanal 16 frei, so daß sich der Druck erniedrigt. Ist der Regeldruck zu nied­ rig, so öffnet die Steuerkante am Kolbenabschnitt 7 und der Regeldruck wird erhöht.

Gleichzeitig wird der Regeldruck in den Innenraum 52 geführt und wirkt auf den Magneten 42. Ist der Stößel 50 am Anker 42 befestigt, so sind Anker und Stößel druck­ ausgeglichen und es wird durch den Druckunterschied des auf den Stift 63 entgegen dem Tankdruck im Wiege­ raum 20 und in der Ausnehmung 60 wirkenden Regeldruck eine die Magnetkraft unterstützende hydraulische Kraft erzeugt, die auf den Steuerkolben 5 übertragen wird.

Hat der Steuerkolben den Durchmesser D _k und der Stift 63 den Durchmesser d _k und ist der Durchmesser d _k kleiner als der Durchmesser D _k so ergibt sich in dem Wiegeraum 20 und der Ausnehmung 60 der Unterschied der Flächen als Π/4 (D _k ²-d _k ²).

Es muß somit nur die dieser Differenz- bzw. Wiegefläche entsprechende Kraft vom Proportionalmagnet aufgebracht werden. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Räume 20 und 60 stets mit dem Tankkanal 16 verbunden sind.

Sollte sich am Steuerkolben Schmutz festsetzen, so daß er bei Stromausfall oder Abschalten des Magnetantriebes nicht in die Stellung zurückgelangen kann, in der der Regeldruckkanal 15 mit dem zum Tank führenden Kanal 16 verbunden wird, so ist das Bypassventil 61, 62 vorge­ sehen. Dabei ist der Durchmesser der Bohrung 65 im Steuerkolben 5 größer als der Druchmesser des Stiftes 63, damit beim Abschalten des Magneten der Regeldruck A in der Bohrung 65 entgegen dem auf den Stift 63 im Raum 52 wirkenden Regeldruck A die Ventilkugel 61 öffnen und damit den Regeldruckkanal 15 mit dem Wiegeraum über die Bohrung 66 und somit zum Tank hin verbinden kann. Damit wird der Regeldruck in einem derartigen Störfall sicher und zuverlässig abgebaut.

In den folgenden Ausführungsformen sind gleiche und bereits erläuterte Bauteile mit den gleichen Bezugs­ zeichen bezeichnet.

In Fig. 2 ist in einer Ausnehmung 70 des Einsatzkörpers 51 eine Ventilkugel 71 aufgenommen, die von dem Magnet­ ankerstößel 50 auf den Ventilsitz 72 gedrückt wird. Die Betätigung der Ventilkugel 71 im Öffnungssinn erfolgt durch einen Kolben 74 und eine Kolbenstange 75. Der Kolben 74 ist über die Bohrung 65 mit dem Regeldruck A beaufschlagt. Auch hier muß der Durchmesser des Kolbens 74 größer sein als der Durchmesser der den Ventilsitz 72 bestimmenden Bohrung 76 im Stößel 51. Über einen Kanal 77 im Stößel 51 kann somit beim Öffnen der Ventilkugel 71 aus dem Raum 72 der Regeldruck A über den Ringspalt zwischen der Bohrung 76 und der Stange 75 zum Wiegeraum 20 und damit zum Tank hin abgebaut werden.

Bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann der Kolben 74 in Bewegung gesetzt werden, um einem Festklemmen ent­ gegenzuwirken. Hierzu wird der Kolben 74 von einer Feder 78 entgegen dem Regeldruck A im Kanal 65 beaufschlagt. Jedesmal, wenn der Kolbenschieber 5 in die stromlose Stellung gelangt, in der der Regeldruckkanal 15 mit dem Tank verbunden ist, wird somit der Kolben 74 von der Feder 78 bewegt, so daß sich der Kolben 74 im Laufe der Zeit nicht festsetzen kann.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der das ebenfalls in einer Ausnehmung 80 des Einsatzkörpers 51 angeordnete Ventilglied 81, das auf den Ventilsitz 82 gedrückt wird, mit einem Kolben 84 über eine Stange 85 fest verbunden ist. In dieser Ausführung ist der Durchmesser des Kolbens 84 und der den Ventilsitz 82 bestimmenden Bohrung 86 gleich. Das Öffnen des Bypass­ ventils erfolgt hierbei durch eine auf den Kolben 84 im Öffnungssinn wirkende Feder 88.

In einer abgeänderten, nicht dargestellten Ausführung kann der Durchmesser der Bohrung 86 im Einsatzkörper 51 kleiner sein als der Durchmesser des Kolbens 84, so daß die Vorspannung der Feder 88 und die Differenz der beiden Durchmesser im Notfall die Öffnungswirkung ver­ ursacht.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Druck­ regelventils dargestellt, bei dem der Wiegeraum 20 ent­ fällt und die hydraulische Zusatzkraft vielmehr durch einen Kolben 30 aufgebracht wird, der einen größeren Durchmesser als der Steuerkolben 5 aufweist und von der Regelfeder 29 sowie von dem Regeldruck A entgegen der Magnetkraft auf den Steuerkolben 5 gedrückt wird. Dabei ist der Raum 31 zum Tank T hin entlastet.

Das Bypassventil besteht aus einer Ventilkugel 41, die von einer Verlängerung 43 des Magnetankerstößels 50 auf ihren Ventilsitz 44 gedrückt wird und von einem Kolben 45 mit Kolbenstange 46 abgehoben werden kann. Der Kol­ ben 45 ist über eine Bohrung 47 mit dem Regeldruck A belastet, während der Raum zwischen dem Kolben 45 und der Ventilkugel 41 über eine Bohrung 48 mit dem Tank ver­ bunden ist.

Kann bei Abschalten der Magnetwicklung 40 bzw. bei Strom­ ausfall der Steuerkolben 5 durch Schmutzansatz oder durch andere Ursachen nicht in die Ausgangslage zurückgeführt werden, in der der Regeldruck über die Verbindung der Ringnut 12 zur Tankleitung 16 hin abgebaut werden kann, so öffnet die Ventilkugel 41, da der Kolben 45 vom Regel­ druck beaufschlagt wird und der Durchmesser des Kolbens 45 größer ist als die vom Regeldruck im Raum 52 beauf­ schlagte Fläche der Ventilkugel 41 innerhalb des Ventil­ sitzes 44.

Auch in Fig. 5 ist ein Druckregelventil dargestellt, bei dem die hydraulische Zusatzkraft mit einer abge­ änderten Bauweise erzielt wird. Hiernach ist der Magnet­ raum 52 über eine Drossel 54 an den Regeldruckkanal 15 und über eine Drossel 55 an die Tankleitung 16 ange­ schlossen. Entsprechend dem Querschnitt der beiden Drosseln stellt sich somit im Magnetraum 52 ein Druck ein, der kleiner ist als der Regeldruck und somit wird eine hydraulische Zusatzkraft gleichsinnig mit der Regelfeder 29 erzielt und damit eine Druckregelung her­ beigeführt. Bei Ausfall der Magnetkraft und Klemmen des Steuerkolbens 5 erfolgt die Abführung des Arbeitsmittels aus dem Arbeitskanal 15 in gleicher Weise wie bereits anhand der Fig. 4 erläutert worden ist.

In Fig. 6 ist ein normales Druckregelventil dargestellt, bei dem der Magnetraum 52 mit der Tankleitung 16 ver­ bunden ist. Das Sitzventil besteht aus einer Ventilkugel 91, die von dem Magnetstößel 50 auf ihren Sitz 92 ge­ drückt wird und über den Kanal 93 mit dem Regeldruck beaufschlagt ist, so daß bei Ausfall der Magnetkraft der Verbraucher A über den Kanal 93 und das sich öffnende Ventilglied 91 über den Magnetraum 52 zur Tankleitung 16 druckentlastet wird.

In Fig. 7 ist ein 3/2-Wegeventil dargestellt. Hierbei ist der Steuerkolben 5 druckausgeglichen, da der Arbeits­ druck den Kolbenabschnitt 7 und gegensinnig auch den Kolbenabschnitt 9 beaufschlagt. Der Magnetraum 52 ist also mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt. Es erfolgt also keine Druckregelung. Vielmehr wird beim Verschieben des Steuerkolbens 5 je nach Richtung ein Verbraucher A mit der Druckmittelquelle P oder mit dem Tank T verbunden. Das Öffnen des Bypassventils 41, 44 erfolgt in der be­ reits erläuterten Weise entsprechend der Ausführungsform in den Fig. 4 bzw. 5. In der bei Wegeventilen üblichen Bauweise kann der Steuerkolben auch so ausgeführt sein, daß zwei Verbraucheranschlüsse A und B wahlweise mit der Druckmittelquelle bzw. mit dem Tank verbindbar sind.

Claims (26)

1. Ventil mit einem Steuerkolben zum Steuern der Druckmittelwege zwischen mindestens einem Arbeitsdruck­ kanal, einem mit einer Druckquelle und einem mit einem Tank verbundenen Kanal und mit einem elektrischen Stell­ glied, das auf den Steuerkolben wirkt, gekenn­ zeichnet durch die Kombination mit einem Zweiwegeventil (41,44; 61, 62; 71, 72; 81, 82; 91, 92), das bei stromlosem Stellglied eine Verbindung des Ver­ brauchers mit dem Tank herstellt und bei betätigtem Steuerkolben (5) durch das elektrische Stellglied die Verbindung des Verbrauchers mit dem Tank unterbricht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zweiwegeventil als schmutzun­ empfindliches Sitzventil ausgebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Arbeitsdruckkanal (15) über das Zweiwegeventil mit dem Tank verbindbar ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied des Zweiwegeventils eine Ventilkugel ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (52) des elektrischen Stellgliedes mit dem Arbeitsdruck be­ aufschlagt ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Stellglied über einen abdichtend geführten Stift (63) auf das Schließglied (61) des Bypassventils wirkt und das Schließglied in einer mit dem Tank verbundenen Aus­ nehmung (60) des Steuerkolbens (5) angeordnet und im Öffnungssinn vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist (Fig. 1).

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilsitz (62) für das Schließglied (61) von einer Bohrung (65) gebildet ist, die in eine den Arbeitsdruck führende Ringnut (12) des Steuerkolbens (5) mündet.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser des Stiftes (63) kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung (65).

9. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Arbeitsdruck am Stift (63) eine dem Querschnitt des Stiftes entspre­ chende, die Betätigungskraft des Stellgliedes erhöhende Kraft erzeugt wird, daß ein Raum (20) zwischen dem Stift (63) und der Fläche des Steuerkolbens (5), die der Arbeitsdruck beaufschlagten Fläche abgekehrt ist, mit dem Tankdruck beaufschlagt ist.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus dem Durchmesserverhältnis von Steuerkolben (5) und Stift (63) resultierende maxi­ male hydrostatische Kraft kleiner als die maximale Magnet­ kraft ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (71, 51) an einem Einsatzkörper (51) angeordnet ist, im Öff­ nungssinn von einem vom Arbeitsdruck betätigbaren Kolben (74, 84) beaufschlagt ist, wobei der zwischen dem Ventil­ glied und dem Kolben liegende Raum mit dem Tank verbun­ den ist und daß das Ventilglied im Schließsinn von dem Stellglied und vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist (Figu­ ren 2 und 3).

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (41) an dem Steuerkolben (5) angeordnet ist, im Öffnungssinn von einem vom Arbeitsdruck betätigten Kolben (45) beauf­ schlagt ist, wobei der zwischen dem Ventilglied und dem Kolben liegende Raum mit dem Tank verbunden ist, und daß das Ventilglied im Schließsinn von dem Stellglied und vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist (Fig. 4, 5 und 7).

13. Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilglied (41, 71) über eine Stange (46, 75) vom Kolben (45, 74) betätigbar ist (Fig. 2, 4, 5, 7).

14. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (84) mit dem Ventil­ glied (81) über eine Stange (85) verbunden ist (Fig. 3).

15. Ventil nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (74, 84) von einer Feder (78, 88) beaufschlagt ist.

16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (84) von der Feder (88) im Öffnungssinn beaufschlagt ist.

17. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (74) von der Feder (78) entgegen dem Arbeitsdruck beaufschlagt ist.

18. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck an das Ventilglied (61) bzw. den Kolben (45, 74, 84) über einen Kanal (47,65) im Steuerkolben (5) geführt ist (Fi­ guren 1 bis 5, 7).

19. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (91) an dem Steuerkolben (5) angeordnet ist, im Öffnungssinn vom Arbeitsdruck über einen Kanal (93) im Steuerkolben und im Schließsinn vom Stellglied beaufschlagt ist und daß der dem Stellglied zugekehrte Raum (52) mit dem Tank verbunden ist (Fig. 6).

20. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Druck­ regelventil ist, dessen Steuerkolben (5) von einer Regel­ feder (29) und dem Regeldruck entgegen der Kraft des Stellgliedes beaufschlagt ist und die gegenüberliegende Seite des Steuerkolbens mit einem kleineren Druck bzw. Tankdruck beaufschlagt ist.

21. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (5) zur Steuerung der Druckmittelwege von einer Druckmittel­ quelle bzw. einem Tank zu dem Regeldruckkanal (15) mit einer Zweikantensteuerung (7, 9, 12) versehen ist.

22. Ventil nach Anspruch 20 oder 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein vom Regeldruck be­ aufschlagter Zusatzkolben (30) entgegen der Magnetkraft auf den Steuerkolben (5) wirkt, wobei der Durchmesser des Zusatzkolbens größer ist als der Durchmesser des Steuerkolbens (Fig. 4).

23. Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Raum (52) zwischen dem Stell­ glied und dem Kolbenabschnitt (9) des Steuerkolbens (5) über eine Drossel (54) mit dem Regeldruckkanal (15) und über eine Drossel (55) mit dem Tank verbunden ist (Fig. 5).

24. Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Raum (52) zwischen dem Stell­ glied und dem Steuerkolben mit dem Tank verbunden ist (Fig. 6).

25. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Wege­ ventil ist, bei dem der Steuerkolben (5) druckausgeglichen ist (Fig. 7).

26. Ventil nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des vom Arbeitsdruck belasteten Kolbens (45, 74) größer ist als die vom Arbeitsdruck belastete wirksame Fläche des Schließgliedes (41, 71) (Fig. 2, 4, 5, 7).