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DE112007003794B4 - Hydraulikventil mit integrierten Dichtungen - Google Patents

Hydraulikventil mit integrierten Dichtungen Download PDF

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Abstract

Hydraulikventil mit einem Ventilkörper (1) mit einem Durchgang (5), einer Vielzahl von Kanälen, die mit dem Durchgang durch jeweilige Öffnungen in Verbindung stehen, die entlang des Durchgangs beabstandet sind, und einem Ventilelement (8), das im Durchgang zum Steuern der Verbindung zwischen den Kanälen und zwischen einer offenen Position, in der Hydraulikfluid von einem Zufuhrkanal (11) zu einem Funktionskanal (9) zugeführt wird, und einer geschlossenen Position beweglich ist, wobei das Ventilelement (8) einen ersten und einen zweiten Teil (8a, 8b) mit unterschiedlichen effektiven Querschnittsflächen und an jedem Teil ein Dichtungselement (16, 17) aufweist, das eine radiale Abdichtung zwischen dem Ventilelement und dem Durchgang herstellt, und wobei der Zufuhrkanal (11) zum Zuführen von hydraulischem Druck zur Außenseite des Ventilelements angeordnet ist, wobei durch die unterschiedlichen effektiven Querschnittsflächen eine Kraft zu erzeugt wird, die das Ventilelement in Richtung der geschlossenen Position bewegt; wobei in der geschlossenen Position das Ventilelement (8) eine Verbindung zwischen dem Funktionskanal (9) und einem Rückführungskanal (10) ermöglicht; dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Funktionskanal (9) und dem Rückführungskanal (10) mittels eines Durchgangs (14) vorgesehen ist, der sich längs und innerhalb des Ventilelements (8) erstreckt.

Description

  • Diese Erfindung betrifft Hydraulikventile und insbesondere, obwohl nicht notwendigerweise ausschließlich Hydraulikvorsteuerventile, wie sie z.B. verwendet werden können, um die Zufuhr von Hydraulikfluid unter Druck für die Betätigung eines größeren Ventils wie z.B. eines Richtungssteuerventils oder eines Drosselsteuerventils, typischerweise für die Verwendung in Bohrturmrohrverteilern zu steuern.
  • Es ist beispielsweise aus den veröffentlichten Patentanmeldungen GB-2344405-A und GB-2410043-A bekannt, in einem Richtungssteuerventil eine Scherdichtung, die aus zwei zylindrischen Dichtungen besteht, deren Ränder an Ventilflanschen anliegen, die Kanäle beherbergen, vorzusehen, wobei die Dichtungen durch eine Zwischendruckfeder auseinander gedrückt werden, wobei die Dichtungen und die Feder in einer Querbohrung in einem Kolben angeordnet sind, der in einem Ventilkörper beweglich ist.
  • Die DE 41 19 402 A1 offenbart ein Schieberventil mit einem Gehäuse mit einer Führungsbohrung und zumindest einem Druckmedieneinlass und einer Vielzahl von Druckmedienleitungen, die sich längs durch das Gehäuse in der Führungsbohrung erstrecken. Ein Ventilelement mit einer Blindbohrung ist in der Führungsbohrung verschiebbar. Die Blindbohrung ist zu jeder Betriebssituation mit der Hauptdruckmedienleitung verbunden und schaltet so – entsprechend der Position – diesen Druck durch in die Betriebsleitungen oder entlüftet mittels der Entlüftungsleitung.
  • Die DE 85 08 048 U1 offenbart ein Schieberventil mit einem einstellbaren Schieber zur Verwendung bei fließfähigen Medien, wie Flüssigkeiten, Gasen und feinen Granulaten. Das Schieberventil kann eine Einlassleitung selektiv mit einer Vielzahl von Auslassleitungen oder eine Vielzahl von Einlassleitungen selektiv mit einer Auslassleitung verbinden.
  • Die US 2,471,285 A offenbart ein Ventil, insbesondere ein Kolbenventil, das zur Steuerung der Richtung der Strömung von Fluiden und dem Auslassen von Fluiden in Richtung zu und aus Richtung von einem hydraulischen oder pneumatischen Zylinder verwendet wird. Das Ventil umfasst einen Zylinder mit in Längsrichtung beabstandeten Kanälen und einen darin verschiebbaren Kolben aus Plastikmaterial. In Abhängigkeit der Position des Kolbens können die Kanäle getrennt oder verbunden sein.
  • Die DE 44 43 373 A1 offenbart eine Druckkontrollvorrichtung eines Fahrzeugbremssystems, die einen an einem Rad montierten Radzylinder, einen Behälter zum Speichern eines Volumens der Bremsflüssigkeit und einen Hauptzylinder zum Aufnehmen der Bremsflüssigkeit vom Behälter aufweist. Der Hauptzylinder erzeugt einen Hauptzylinderdruck als Reaktion auf das Drücken des Bremspedals.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Hydraulikventil bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die Erfindung sieht ein Hydraulikventil vor mit einem Ventilkörper mit einem Durchgang, einem Zufuhr-, Funktions- und Rückkehrkanal, die mit dem Durchgang durch jeweilige Öffnungen in Verbindung stehen, die entlang des Durchgangs beabstandet sind, und einem Ventilelement, das in dem Durchgang zum Steuern der Verbindung zwischen den Kanälen und zwischen einer offenen Position, in der Hydraulikfluid von einem Zufuhrkanal zu einem Funktionskanal geliefert wird, und einer geschlossenen Position beweglich ist, wobei das Ventilelement einen ersten und einen zweiten Teil mit unterschiedlichen effektiven Querschnittsflächen und an jedem Teil ein Dichtungselement umfasst, das eine radiale Abdichtung zwischen dem Ventilelement und dem Durchgang herstellt, und wobei der Zufuhrkanal so angeordnet ist, dass hydraulischer Druck zur Außenseite des Ventilelements geliefert wird, um durch die unterschiedlichen effektiven Querschnittsflächen eine Kraft zu erzeugen, die gewöhnlich das Ventilelement in Richtung der geschlossenen Position bewegt.
  • In Ausgestaltung weist jedes Dichtungselement eine Umfangslippendichtung auf, die eine radiale Abdichtung zwischen dem Ventilelement und dem Ventildurchgang vorsieht.
  • In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die auf das Ventilelement wirkt, um das Ventilelement gewöhnlich in Richtung der geschlossenen Position zu bewegen.
  • In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung ermöglicht in der geschlossenen Position das Ventilelement eine Verbindung zwischen dem Funktionskanal und einem Rückführungskanal.
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf ein spezielles Beispiel und mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genauer beschrieben, in denen gilt:
  • 1 stellt die Hauptteile eines Ventils gemäß der Erfindung dar.
  • 2 stellt die Hauptteile eines Ventils gemäß der Erfindung für eine andere Position des Ventilelements dar.
  • 3 stellt eine Lippendichtung dar.
  • 4 stellt in geringerem Detail ein Ventil gemäß der Erfindung mit einem zugehörigen Stellglied dar.
  • Im beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst ein Hydraulikvorsteuerventil einen Körper 1, der in diesem Ausführungsbeispiel einen Hauptteil 2 und eine Endkappe 3 umfasst, die am Hauptteil 2 durch eine Schraubverbindung 4 befestigt ist.
  • Der Körper des Ventils definiert einen Ventildurchgang 5, der teilweise durch eine Bohrung 6 im Körperteil 2 gebildet ist und teilweise durch eine Bohrung 7 in der Endkappe 3 gebildet ist. Die Bohrung 7 ist auf die Bohrung 6 axial ausgerichtet, besitzt jedoch eine geringfügig kleinere Größe (d.h. Durchmesser) als die Bohrung 6.
  • Im Durchgang 5 ist ein Ventilelement 8 beweglich. Die Position dieses Ventilelements steuert die Fluidverbindung zwischen verschiedenen Kanälen, die in diesem Beispiel einen ersten (Auslass-)Kanal 9, der nachstehend "Funktionskanal" genannt wird, einen zweiten Kanal 10, der nachstehend "Rückführungskanal" genannt wird, und einen dritten Kanal 11, der nachstehend "Zufuhrkanal" genannt wird, umfassen. Die drei Kanäle münden in den Durchgang 5 durch jeweilige Öffnungen in der Innenwand des Körpers. Insbesondere weist der Funktionskanal 9 eine Öffnung nahe dem unteren Ende der Bohrung 6 auf, der zweite Kanal 10, der in diesem Ausführungsbeispiel zwei Zweige besitzt (wie in 4 gezeigt) weist zwei gegenüberliegende Öffnungen nahe dem oberen Ende der Bohrung 6 auf und der dritte Kanal 11 mündet in den Durchgang 5 über eine Kammer 12 zwischen dem Hauptteil 2 und der Endkappe 3 des Körpers 1.
  • Das Ventilelement 8 (das vorzugsweise aus einem geeigneten korrosionsbeständigen, elastischen Metallmaterial besteht) liegt in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines abgestuften Stabes vor, der an seinem oberen Ende eng in die Bohrung 6 mit größerem Querschnitt passt und an seinem unteren Ende eng in die Bohrung 7 mit kleinerem Querschnitt passt.
  • An einer geeigneten Position nahe dem unteren Ende des Ventilelements 8 erstreckt sich seitlich (d.h. radial) eine Scherdichtung 13 in Form eines kurzen Zylinders, dessen Rand mit der Wand des Durchgangs 5, insbesondere der Innenwand der Bohrung 6, in Eingriff steht. Die Scherdichtung 13 ist hohl und das Innere von ihr führt zu einem gebohrten inneren Durchgang 14, der sich entlang und innerhalb des Ventilelements 8 erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich dieser innere Durchgang 14 zu beiden Enden des Ventilelements 8. Er dient dadurch zum Ausgleichen des Drucks an jedem Ende des Ventilelements, was eine hydraulische Verriegelung des Ventilelements 8 verhindert. Der innere Durchgang dient zum Verbinden des Inneren der Scherdichtung 13 mit einem seitlichen Durchgang 15, der mit dem zweiten Kanal, d.h. dem Rückführungskanal 10, in Verbindung steht, und dadurch in Abhängigkeit von der Position des Ventilelements 8 eine Fluidverbindung zwischen dem Funktionskanal 9 und dem Rückführungskanal 10 ermöglicht.
  • Am oberen Teil 8a des Ventilelements 8 mit größerem Querschnitt ist eine Lippendichtung 16 angeordnet, die mit dem Ventilelement einteilig ist. Am unteren Teil 8b des Ventilelements 8 mit kleinerem Querschnitt und einteilig mit dem Ventilelement ist eine weitere Lippendichtung 17 angeordnet. Die Lippendichtung 16 sieht eine radiale (vorzugsweise Metall-Metall) Dichtung zwischen dem Ventilelement 8 und dem Ventilkörper vor, um eine Strömung von Fluid außerhalb des Ventilelements zwischen dem Funktionskanal 9 und dem Rückführungskanal 10 zu verhindern. Die Dichtung 17 verhindert eine Fluidströmung entlang und außerhalb des Ventilelements 8 zum unteren Ende des Ventilelements. Der Zufuhrkanal 11 steht mit dem Durchgang an einer Position zwischen den Dichtungen 16 und 17 in Verbindung. Infolge der verschiedenen effektiven Querschnittsflächen der Teile 8a und 8b erzeugt der Zufuhrdruck am Ventilelement eine Nettokraft, die gewöhnlich das Ventilelement 8 in die geschlossene Position, die in 2 gezeigt ist, bewegt.
  • Auf jeder Seite der Scherdichtung (oberhalb und unterhalb dieser, wie in 1 und 2 gezeigt) befinden sich Aussparungen 18 und 19, von denen die Aussparung 18 im Allgemeinen auf den Kanal 9 ausgerichtet werden kann und mit dem Kanal 11 und mit der Aussparung 19 durch den Raum zwischen der Bohrung 6 und der Außenseite des Teils des Ventilelements 8 mit kleinerem Querschnitt in Verbindung steht.
  • Das Ventilelement 8 wird von einer ersten, offenen Position, die in 1 gezeigt ist, in Richtung einer zweiten, geschlossenen Position, die in 2 gezeigt ist, durch eine elastische Vorspannung gedrückt, die durch eine Druckfeder 20 vorgesehen wird, die zwischen dem unteren Ende des Ventilelements 8 und der Unterseite der Bohrung 7 in der Endkappe angeordnet ist. Das Ventilelement kann mittels eines Stellgliedes, das in den 1–3 nicht gezeigt ist und von welchem das Element eine Armatur bzw. Verbindung bilden kann, gegen die Kraft der Feder in die offene Position bewegt werden.
  • Bei der Position des Ventilelements 8, die in 1 gezeigt ist, tritt Hydraulikfluid unter Druck von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) in den Kanal 11 ein, wie durch den Pfeil A gezeigt, und wird zum Funktionskanal 9 außerhalb des Ventilelements durch die Kammer 12 und die Aussparung 18 übertragen, die in dieser Position zum Kanal 9 offen ist. Der Zufuhrdruck drückt die Scherdichtung auf die Dichtungsfläche (die Wand des Durchgangs). Die Scherdichtung 13 steht mit dem Funktionskanal 9 nicht in Verbindung und das Ventilelement (einschließlich der oberen Lippendichtung 16) isoliert den Funktionskanal 9 vom Rückführungskanal 10.
  • In der "geschlossenen" Position des Ventilelements 8, wie in 2 gezeigt, steht die Aussparung 18 mit dem Funktionskanal 9 nicht in Verbindung (wobei sie durch die Wand der Bohrung 6 geschlossen ist), aber die Scherdichtung 13 steht mit dem Kanal 9 in Verbindung. Vorzugsweise ist die Scherdichtung groß genug, um die Öffnung für den Kanal 9 in der Wand der Bohrung 6 zu umschließen. Die Scherdichtung sieht, wenn sie mit dem Kanal 9 in Verbindung steht, eine Verbindung vom Funktionskanal 9 durch den inneren Durchgang 14 zum Rückführungskanal 10 vor, um eine Entlüftung, wie durch die Pfeile B' und C gezeigt, von Fluid vom Funktionskanal zu einer Rückführungsleitung zu ermöglichen, die mit dem Rückführungskanal gekoppelt ist. Die Scherdichtung verhindert auch eine Strömung von Zufuhrfluid zum Funktionskanal 9, wenn sie über der Öffnung des Kanals angeordnet ist, wie in 2 gezeigt.
  • 3 stellt die Lippendichtung 17 dar. Die zwei Dichtungen 16 und 17 sind ähnlich, obwohl sie geringfügig unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so dass der Zufuhrdruck eine Rückstellkraft erzeugen kann, die die Kraft der Feder unterstützt. Die Dichtung 17 ist durch eine Lippe 21 auf einer Seite einer ringförmigen Umfangsaussparung 22 in der Außenfläche des Elements 8 gebildet. Die Dichtung 17 wird durch geeignete maschinelle Bearbeitung des Ventilelements 8 ausgebildet, um die Lippe 21 mit einer geringfügigen, elastischen Auswärtswindung zu versehen.
  • 4 stellt das Ventil, das im Allgemeinen mit der Ziffer 23 bezeichnet ist, in Kombination mit einem Stellglied 24 dar. Der Hauptventilkörperteil 2 ist als Endkappe für das Stellglied 24 ausgebildet. Die Konstruktion des Stellgliedes ist für die Erfindung nicht direkt relevant und wird somit nicht beschrieben. Es kann eine elektronische Steuerschaltung innerhalb eines Gehäuses 25 aufweisen.
  • 4 stellt bei 25a und 25b den Querschnitt durch den Ventilkörper und das Ventilelement an den Stellen des Funktionskanals 9 bzw. des Rückführungskanals 10 dar.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung weist ein Hydraulikventil auf: einen Ventilkörper (1) mit einem Durchgang (5), eine Vielzahl von Kanälen (9, 10), die mit dem Durchgang durch jeweilige Öffnungen in Verbindung stehen, die entlang des Durchgangs beabstandet sind, und ein Ventilelement (8), das in dem und entlang des Durchgangs beweglich ist, um die Verbindung zwischen den Kanälen zu steuern, wobei das Ventilelement eine seitliche Scherdichtung (13) trägt, die mit dem Ventilelement (8) einteilig ist und mit dem Durchgang in Eingriff steht, wobei für eine Position des Ventilelements das Ventilelement einen ersten Kanal (9) von einem zweiten Kanal (10) isoliert und in einer anderen Position des Ventilelements die Scherdichtung (13) mit dem ersten Kanal (9) in Verbindung steht und eine Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal (10) durch einen Durchgang (14) innerhalb des Ventilelements vorsieht.
  • In Ausgestaltung des ersten Aspekts des Hydraulikventils weist die Scherdichtung (13) einen zylindrischen Teil auf, von welchem ein Rand mit dem Durchgang in Eingriff steht, und von welchem ein Inneres mit dem Durchgang (14) innerhalb des Ventilelements (8) verbunden ist. Zusätzlich oder alternativ weist das Ventilelement (8) einen Stab auf, der Teile (8a, 8b) mit größerem und kleinerem Querschnitt auf jeder Seite der Scherdichtung aufweist. Vorteilhaft weist jeder der Teile (8a, 8b) eine Umfangslippendichtung (16, 17) auf, die mit dem Element (8) einteilig ist und mit dem Durchgang in Eingriff steht. Vorteilhaft weist für jede Lippendichtung (16, 17) das Ventilelement einen externen Umfangschlitz auf, und die jeweilige Lippendichtung auf einer Seite des Schlitzes ausgebildet ist.
  • In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung des ersten Aspekts kann ein dritter Kanal (11) in Abhängigkeit von der Position des Ventilelements (8) mit dem ersten Kanal (9) außerhalb des Ventilelements in Verbindung stehen kann. Vorteilhaft kann der dritte Kanal (11) in Abhängigkeit von der Position des Ventilelements (8) mit dem ersten Kanal (9) durch einen Raum zwischen dem Durchgang (5) und dem Teil des Ventilelements mit kleinerem Querschnitt in Verbindung stehen kann.
  • In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung des ersten Aspekts erstreckt sich der Durchgang (14) innerhalb des Ventilelements (8) so, dass er einen Ausgleich des hydraulischen Drucks zwischen den Enden des Ventilelements ermöglicht.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung weist ein Hydraulikventil auf: einen Ventilkörper (1) mit einem Durchgang (5), einen Zufuhr-, Funktions- und Rückführungskanal (9, 10, 11), die mit dem Durchgang durch jeweilige Öffnungen in Verbindung stehen, die entlang des Durchgangs beabstandet sind, und ein Ventilelement (8), das in dem Durchgang beweglich ist, um die Verbindung zwischen den Kanälen zu steuern, wobei das Ventilelement einen inneren Längsdurchgang (14) aufweist, wobei in Abhängigkeit von der Position des Ventilelements innerhalb des Durchgangs der Funktionskanal (9) zur Verbindung mit dem Rückführungskanal (10) durch den inneren Durchgang in dem Element in der Lage ist und der Funktionskanal (9) ansonsten zur Verbindung mit dem Zufuhrkanal (11) außerhalb des Ventilelementkörpers in der Lage ist, wobei das Ventilelement einteilige Dichtungselemente (13, 16, 17) aufweist, so dass für eine Position des Elements Fluid vom Zufuhrkanal (11) zum Funktionskanal (9) strömen kann und der Funktionskanal vom Rückführungskanal (10) isoliert ist und für eine andere Position des Ventilelements der Zufuhrkanal (11) vom Funktionskanal (9) isoliert ist und der Funktionskanal (9) mit dem Rückführungskanal (10) durch den inneren Durchgang (14) in Verbindung stehen kann.
  • In Ausgestaltung des zweiten Aspekts weist ein integriertes Dichtungselement (13) eine zylindrische Scherdichtung auf, die so positionierbar ist, dass sie eine Öffnung für den Funktionskanal (9) in dem Durchgang umgibt und von welcher das Innere mit dem inneren Durchgang (14) im Ventilelement verbunden ist.
  • In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung des zweiten Aspekts weist ein anderes integriertes Dichtungselement (16) eine Umfangslippendichtung auf, die eine radiale Abdichtung zwischen dem Ventilelement (8) und dem Ventildurchgang (5) vorsieht. Vorteilhaft weist für jede Lippendichtung (16, 17) das Ventilelement (8) einen äußeren Umfangsschlitz aufweist und die jeweilige Lippendichtung auf einer Seite des Schlitzes ausgebildet ist.

Claims (5)

  1. Hydraulikventil mit einem Ventilkörper (1) mit einem Durchgang (5), einer Vielzahl von Kanälen, die mit dem Durchgang durch jeweilige Öffnungen in Verbindung stehen, die entlang des Durchgangs beabstandet sind, und einem Ventilelement (8), das im Durchgang zum Steuern der Verbindung zwischen den Kanälen und zwischen einer offenen Position, in der Hydraulikfluid von einem Zufuhrkanal (11) zu einem Funktionskanal (9) zugeführt wird, und einer geschlossenen Position beweglich ist, wobei das Ventilelement (8) einen ersten und einen zweiten Teil (8a, 8b) mit unterschiedlichen effektiven Querschnittsflächen und an jedem Teil ein Dichtungselement (16, 17) aufweist, das eine radiale Abdichtung zwischen dem Ventilelement und dem Durchgang herstellt, und wobei der Zufuhrkanal (11) zum Zuführen von hydraulischem Druck zur Außenseite des Ventilelements angeordnet ist, wobei durch die unterschiedlichen effektiven Querschnittsflächen eine Kraft zu erzeugt wird, die das Ventilelement in Richtung der geschlossenen Position bewegt; wobei in der geschlossenen Position das Ventilelement (8) eine Verbindung zwischen dem Funktionskanal (9) und einem Rückführungskanal (10) ermöglicht; dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Funktionskanal (9) und dem Rückführungskanal (10) mittels eines Durchgangs (14) vorgesehen ist, der sich längs und innerhalb des Ventilelements (8) erstreckt.
  2. Ventil nach Anspruch 1, wobei jedes Dichtungselement (16, 17) eine Umfangslippendichtung aufweist, die eine radiale Abdichtung zwischen dem Ventilelement (8) und dem Ventildurchgang vorsieht.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Rückstellfeder (20), die auf das Ventilelement (8) wirkt, um das Ventilelement in Richtung der geschlossenen Position zu bewegen.
  4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Ventilelement (8) eine seitliche Scherdichtung (13) trägt, die mit dem Durchgang in Eingriff steht, und wobei bei offener Position des Ventilelements (8) die Scherdichtung den Funktionskanal (9) vom Rückführkanal (10) isoliert und bei geschlossener Position des Ventilelements (8) die Scherdichtung mit dem Funktionskanal (9) in Verbindung steht und eine Verbindung zwischen dem Funktionskanal und dem Rückführkanal (10) vorsieht mittels des Durchgangs (14), der sich längs und innerhalb des Ventilelements erstreckt.
  5. Ventil nach Anspruch 4, wobei die Scherdichtung (13) einen zylindrischen Teil aufweist, von dem ein Rand mit dem Durchgang in Eingriff steht und ein Inneres mit dem Durchgang (14) innerhalb des Ventilelements (8) verbunden ist.
DE112007003794.6T 2006-07-28 2007-07-18 Hydraulikventil mit integrierten Dichtungen Expired - Fee Related DE112007003794B4 (de)

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