DE2528873A1

DE2528873A1 - Schnellansprechendes ventil

Info

Publication number: DE2528873A1
Application number: DE19752528873
Authority: DE
Inventors: Thomas Harrison Engle
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Technologies Inc
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1976-01-15
Also published as: DE2528873C3; US4074700A; CA1021225A; GB1491062A; ZA752587B; FR2276522B1; DE2528873B2; FR2276522A1; IT1036996B

Description

GENERAL SIGNAI CORPORATION

280 Park Avenue

New York, New York /Y.St.A.

Unser Zeichen; G 1572

Schnellansprechendes Ventil

Die Erfindung betrifft ein schnellansprechendes Pneumatikoder Hydraulik-Ventil mit einem Ventilgehäuse mit einer ersten Ventilkammer, die eine erste Öffnung zum Einlaß von Druckmittel unter Druck und eine zweite Öffnung im Abstand von der ersten Öffnung aufweist.

Derartige Ventile können dazu verwendet werden, Druckmittel unter Druck einer pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Steuer- oder Arbeitseinheit zuzuführen, die in einer ersten Stellung des Ventils eine Druckmitteleinspeisung erhält; in einer zweiten Stellung des Ventiles kann das Druckmittel von der pneumatischen oder hydraulischen Steuer- oder Arbeitseinheit entweichen, um diese drucklos zu machen.

Vie in der älteren Anmeldung P 24 53 866.7 erläutert ist, finden solche Ventile besonders in Bremsanlagen von Schienenfahrzeugen Verwendung, und zwar für die Druckentlastung von Teilen des Bremsenbetätigungssystemes, um ein Rutschen der Räder des Schienenfahrzeuges während der Bremsung zu

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ORIGINAL INSPECTED

vermeiden. Eine große Anzahl derartiger Ventile ist an einem Zug eingesetzt, wobei jedes Ventil einzeln elektromagnetisch betätigt wird. Bei einer solchen Verwendung als Rutschwächter wird jedes Ventil des Schienenfahrzeuges durch Energie aus einer örtlichen Energiequelle betätigt, beispielsweise einer wiederaufladbaren Batterie oder einem Akkumulator in jedem Fahrzeug oder Wagen. Bei anderen Verwendungen, beispielsweise in dem elektrisch betriebenen Bremssystem gemäß US-Patent 3 545 816, können sämtliche Ventile des gesamten Zuges von einer einzigen Energiequelle aus mit Energie versorgt werden. Bei derartigen Anwendungen in einem Bremsenbetätigungssystem sind die elektrischen Betriebs— kennwerte des Ventiles kritisch, da ein sehr hoher Energieverbrauch für jedes elektromagnetisch betätigte Ventil den Einsatz großer und leistungsfähiger Energiequellen erfordern würde, die im vorderen Wagen des Zuges untergebracht sind und sehr starke Versorgungsleitungen besitzen, die nach rückwärts durch den Zug verlaufen, um sicherzustellen, daß jedes elektromagnetische Ventil beginnend vom Vorderteil des Zuges bis zum Ende des Zuges genügend Energie für seine Betätigung erhält. Bekannte elektromagnetisch betätigte Ventile, die in mancher Hinsicht für eine derartige Verwendung geeignet wären, haben sich als unbefriedigend erwiesen, da sie im Betrieb eine zu große elektrische Leistungsaufnahme besitzen und zu langsam auf ein Steuersignal ansprechen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile zeichnet sich ein Ventil der eingangs bezeichneten Gattung gemäß der Erfindung aus durch einen ersten ringförmigen Dichtsitz in der Ventilkammer zwischen der ersten und der zweiten Öffnung, durch einen gleitbeweglich in der ersten Ventilkammer aufgenommenen Ventilkörper, durch eine am Ventilkörper gelagerte Ventilteileranordnung zur wahlweisen dichtenden Anlage am ersten ringförmigen Dichtsitz, mit kugel- bzw. kalotten-

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förmigen Berührungsflächen zur Anlage am Dichtsitz und durch eine Antriebseinrichtung für den Ventilkörper, mit der die Ventiltelleranordnung auf den ersten Dichtsitz aufsetzbar und von ihm abhebbar ist, wodurch eine Druckmittelströmung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung ermöglicht oder unterbunden ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den zusätzlichen Ansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,

Fig. 2 teilweise im Schnitt den Ventilkörper und die Ventiltelleranordnung des Ventils in einer gegenüber Pig. vergrößerten Darstellung und

Fig. 3 eine Einzeldarstellung der Ventiltelleranordnung gemäß Fig. 2.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, weist ein erfindungsgemäßes Ventil ein Ventilgehäuse 1 aus Stahl oder einem ähnlichen magnetischen bzw. magnetisierbaren Werkstoff auf, welches an seinem oberen Ende einei sich radial nach außen erstreckenden Flansch 3 zur Abstützung einer Magnetspule besitzt. Durch das Ventilgehäuse 1 erstreckt sich eine zentrale Ausnehmung oder Bohrung 5 mit konstantem Durchmesser, der lediglich von einem sich radial in die mittlere Bohrung 5 an deren oberem Ende erstreckenden Flansch zur Führung eines Plungers und zur Halterung eines Polstückes unterbrochen ist. Direkt unterhalb des Flansches 3 zur Abstützung der Magnetspule ist ein Befestigungsgewinde 9 vorgesehen, mittels dessen das Ventilgehäuse an einem nicht näher dargestellten benachbarten Bauteil festgelegt werden

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kann, wobei in diesem Bauteil Einlaß- und Auslaßkanäle für Druckmittel unter Druck in Strömungsverbindung mit einem Hochdruckeinlaß 11, einem normalen Druckmittelauslaß 12 und einem Druckentlastungsauslaß 13 angeordnet sein können. Der Hochdruckeinlaß 11 ist am unteren Ende der mittleren Bohrung 5 vorgesehen, während der normale Druckmittelauslaß 12 und der Druckentlastungsauslaß 13 sich radial durch die vertikalen Wände des Ventilgehäuses 1 erstrecken. In einer Nut 16 kann eine beispielsweise als O-Ring ausgebildete Dichtung 14 zwischen den Auslassen 12 und 13 vorgesehen sein, um zwischen diesen Auslassen Leckströmungen zu vermeiden. Entsprechend kann in einer Nut 16A eine ebenfalls beispielsweise als O-Ring ausgebildete Dichtung 14A vorgesehen sein, die eine Leckströmung zwischen dem Hochdruckeiniaß 11 und dem normalen Druckmittelauslaß verhindert. Das untere Ende der mittleren Bohrung 5 ist in der dargestellten Weise ausgefräst bzw. erweitert und weist eine umlaufende Lagernut für den unteren Dichtsitz auf, wie dies weiter unten noch näher erläutert ist.

Ein Führungszylinder 17 für einen Plunger ist nach oben in die mittlere Bohrung 5 eingesetzt, bis der am Zylinder 17 einstückig vorgesehene radiale Flansch 19 in der dargestellten Weise am Flansch 7 des Gehäuses 1 anliegt. Das obere Ende des FührungsZylinders 17 ist in der dargestellten Weise mit einem Gewinde versehen und nimmt ein Abdeckstück 18 auf. Somit ist die mittlere Bohrung 20 der Führung 17 für den Plunger koaxial zu der mittleren Bohrung 5 des Ventilgehäuses 1 angeordnet und steht mit dieser in Strömungsverbindung. Eine beispielsweise als O-Ring ausgebildete Dichtung 21 dichtet zwischen dem radialen Flansch 19 und der mittleren Bohrung 5 ab.

Die Außenfläche 23 des Abdeckstückes 18 ist aus nachfolgend erläuterten Gründen mit einem Gewinde 25 versehen. Sowohl

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der Führungszylinder 17 als auch das zugehörige Abdeckstück 18 können aus Aluminium oder einem anderen geeigneten magnetischen Werkstoff hergestellt sein.

In der Bohrung 20 des FührungsZylinders 17 ist gleitbeweglich ein Plunger 27 gelagert, der hinsichtlich seines Außendurchmessers genau bemessen ist, um ein maximales Spiel zwischen dem Führungszylinder 17 und dem Plunger in der Größenordnung von etwa 0,25 bis 0,40 mm (0,010 bis 0,015 inch) zu erhalten, dessen Bedeutung anhand der nachfolgenden Erläuterungen ersichtlich wird. Eine Gewindebohrung 29 erstreckt sich in der Längsachse des Plungers 27 und nimmt ein Einschraubende 31 einer Plunger- oder Kolbenstange 33 auf. Eine axiale Nut 28 erstreckt sich zwischen den oberen und unteren Enden des Plungers 27 an dessen Umfang, deren Bedeutung weiter unten noch näher erläutert wird. Der Plunger 27 kann aus Stahl oder einem ähnlichen magnetischen bzw. magnetisierbaren Werkstoff gefertigt sein; die Plungerstange 33 hingegen besteht aus Aluminium oder einem ähnlichen unmagnetischen Werkstoff. Der Polschuh oder das Polstück 35 ist in die mittlere Bohrimg 20 des Führungszylinders 17 für den Plunger 27 eingepaßt und weist eine mittlere Bohrung 37 auf, die mit Spiel die Plungerstange umgibt. Ein einstückig angesetzter radialer Flansch 39 erstreckt sich vom unteren Ende des Polstückes 35 und liegt am radialen Flansch 19 des FührungsZylinders 17 sowie dichtend an der durch einen O-Ring gebildeten Dichtung 21 in der veranschaulichten Weise an.

Ein kombinierter Dicht- und Führungskörper 41 ist in der mittleren Bohrung 5 des Ventilgehäuses 1 unmittelbar unterhalb des Polstückes 35 angeordnet und liegt am radialen Flansch 39 an. Der Dicht— und Führungskörper 41 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Führungsbohrung 43 auf, die von radialen Kanälen 45 zur Herstellung

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einer Strömungsverbindung mit den Druckentlastungsöffnun— gen 13 durchsetzt ist. In nahe den oberen und unteren Enden des Dichtkörpers 41 vorgesehenen Nuten 47 und 51 sind O-Ringe 49 und 53 aufgenommen. Der O-Ring 49 minimiert die Leckströmung an Druckflüssigkeit vom radialen Kanal 45 zum Bereich direkt unterhalb der Bohrung 37 im Polstück 35. Der O-Ring 53 minimiert die Leckströmung zwischen der Druckentlastungsöffnung 13 und dem normalen Auslaß 12, wenn das Ventil in der dargestellten Steuersteilung steht. Die untere Stirnfläche des Führungs- und Dichtkörpers 41 weist eine ringförmige Hinterschneidung 54 auf, die einen nach unten gerichteten ringförmigen Dichtsitz 55 um die Öffnung der zentralen Bohrung 43 des Führungs- und Dichtkörpers 41 herum bildet. Der Führungs- und Dichtkörper 41 kann aus Bronze oder einem anderen unmagnetischen Werkstoff hergestellt sein.

Ein zylindrischer Trag— oder Steuerkörper 57 ist gleitbe— veglich in der zentralen Bohrung 43 gelagert und bei seiner Bewegung gegen die Innenwand der Bohrung 43 durch einen 0—Ring 59 in einer Nut 61 eines oberen Kolbenteiles 99 des Tragkörpers 57 abgedichtet. Am unteren Ende des Tragkörpers 57 ist eine doppelt wirkende Ventiltelleranordnung 63 vorgesehen, die sich radial auswärts von einer axialen Tragstange 65des Tragkörpers 57 unterhalb des ringförmigen Dichtsitzes 55 erstreckt. Die Ventiltelleranordnung 63 ist durch eine Hutmutter 67 an der Tragstange 63 befestigt. Einzelheiten des Tragkörpers 57 werden weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert.

Ein unterer Dichtkörper 69 ist gleitbeweglich in der mittleren Bohrung 5 des Ventilgehäuses 1 gelagert und weist einen sich nach oben erstreckenden Rand 71 auf, der an der unteren Fläche 73 des oberen Dichtkörpers 41 knapp außerhalb der ringförmigen Hinterschneidung 54 anliegt.

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Der sich nach oben erstreckende Rand 71 weist radiale öffnungen auf, um eine Strömungsverbindung zu den normalen Auslassen 12 herzustellen. Eine mittlere Bohrung 75 erstreckt sich durch den Dichtkörper 69 und ist an ihrem oberen Ende durch den sich nach oben erstreckenden ringförmigen Dichtsitz 77 umgeben. Das untere Ende des Dichtkörpers 69 ist durch einen Sprengring 63 gehalten, der in der Haltenut 15 des Ventilkörpers 1 gelagert ist. Die mittlere Bohrung 75 des unteren Dichtkörpers 69 weist eine erweiterte Gewindebohrung 85 an ihrem unteren Ende auf, in der eine Einstellmutter 87 für eine Schraubenfeder 89 eingeschraubt ist. Die Schraubenfeder 89 ist zwischen der Einstellmutter 87 und dem sich nach außen erstreckenden Flansch der Hutmutter 67 eingespannt, um die Ventiltelleranordnung in ihre normale Betriebsstellung zu drücken, in der die Ventiltelleranordnung 63 an dem nach unten weisenden ringförmigen Dichtsitz 55 anliegt. Die Einstellmutter 87 für die Fe-' der 89 weist eine mittlere Bohrung 90 auf, welche den Hochdruckeinlaß 11 bildet. Ein O-Ring 90a ist in einer äußeren Umfangsnut 90b des unteren Dichtkörpers 69 angeordnet, um zwischen dem Hochdruckeinlaß 11 und dem normalen Auslaß abzudichten, wenn die doppelt wirkende Ventiltelleranordnung 63 auf dem sich nach oben erstreckenden ringförmigen Dichtsitz 77 durch die Betätigungseinrichtung des Ventiles angelegt ist. Der untere Dichtkörper 69 kann aus Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt sein.

Am Außenumfang des FührungsZylinders 17 für den Plunger ist eine Betätigungsspule 91 für das Ventil angeordnet und dort mittels einer Haltemutter 92 befestigt, die mit dem Gewinde 25 des Abdeckteiles 18 der Plungerführung in Eingriff steht und gegen ein Spulengehäuse 93 anliegt, um die Spulenanordnung zwischen dem Abdeckteil 18 der Plungerführung und dem Stützflansch 3 für die Spule einzuspannen. Auf diese Weise kann die Spulenanordnung 91

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im Bedarfsfalle auf einfache Weise abgenommen werden, ohne daß eine veitergehende Demontage des Ventils erforderlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform veist die Spulenanordnung einen inneren Tragkörper aus Nylon oder Papierschichten auf, auf den 7800 Windungen eines 0,25 mm (0,010 inch) starken Leiterdrahtes der Typenbezeichnung Formax oder Form Var gewickelt sind, vobei der Tragkörper 94 und die Wicklungen in Epoxydharz eingeschlossen sind, welches einen Widerstand gegenüber Erde von 310 bis 340 0hm bei 20⁰C (68° Fahrenheit) aufweist. Ein Anschlußstück 97 vervollständigt die Magnetspulenanordnung 91. Ein derart aufgebauter Elektromagnet arbeitet mit einer Nennspannung von 60 Volt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine ausreichende magnetische Kraft zur Betätigung eines erfindungsgemäßen Ventiles bereits bei einer Betriebsspannung von nur etwa ' 8 Volt an der Spule erzeugt wird. Daher kann die Betriebsspannung vergleichsweise hoch sein, um eine schnellstmögliche Betätigung des Ventiles in Betrieb bei auftretenden Rutscherscheinungen der Räder zu gewährleisten, wobei aber dennoch infolge der niedrigen Reibung und der kleinen Luftspalte die Spannung auch klein sein kann, um die Leistungsaufnahme bei Bremsenbetätigungen zu minimieren, ohne daß darunter die erfindungsgemäß gewünschte Betriebsweise des Ventiles leidet.

Das Spulengehäuse 93, welches aus Stahl oder einem anderen magnetischen bzw. magnetisierbaren Werkstoff besteht, bündelt die äußeren magnetischen Kraftlinien der Spulenanordnung 91. Die Kraftlinien verlaufen dabei ringförmig von der Spule 91 durch das Oberteil des FührungsZylinders 17 für den Plunger 27, durch den Plunger 27, über den Arbeitsluftspalt 24, durch das Polstück 35, durch den Stützflansch 3 für die Spule und nach oben durch das Spulengehäuse 93. Um einen guten magnetischen Kraftfluß vom Gehäu-

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se 93 durch den Oberteil des FührungsZylinders 17 -für den Plunger 27 zu erreichen, weist das Spulengehäuse 93 eine sich in Achsrichtung erstreckende Lippe 93A auf, die in radialer Richtung so bemessen ist, daß sie eng an dem Führungszylinder 17 für den Plunger 27 anliegt, und axial so bemessen ist, daß eine entsprechend vergrößerte Fläche für den Kraftflußübergang zum Plunger 27 unter Zwischenschaltung des FührungsZylinders 17 erzielt ist. Daher können magnetische Verluste im Bereich des Kraftflusses durch den unmagnetischen Führungszylinder 17 für den Plunger 27 hindurch dadurch vermindert werden, daß der Führungszylinder 17 so dünn ausgebildet wird, wie dies eben möglich oder noch sinnvoll ist, um so den Wirkungsgrad bzw. die Leistung der Betätigungseinrichtung für das Ventil zu verbessern.

In Fig. 2 sind die Einzelheiten des Trag- oder Betätigungskörpers 57 veranschaulicht. Der Tragkörper 57 kann aus Stahl oder einem anderen magnetischen bzw. magnetisierba— ren Werkstoff hergestellt sein. Am oberen Ende der Tragstange 65 ist ein Kolben 99 in der veranschaulichten Weise starr befestigt oder einstückig ausgebildet, der eine Umfangsnut 61 für einen O-Ring 59 aufweist, wie dies weiter oben bereits erläutert ist. Die Nut 61 ist im wesentlichen in der Mitte der axialen Erstreckung des Kolbens 99 angeordnet. Wenn sich der Tragkörper in der Bohrung 43 bewegt, so werden Schwenk- oder Taumelbewegungen im wesentlichen um den Mittelpunkt CG des O-Ringes auftreten. Diese Taumel- oder Schwenkbewegungen sind infolge des Spieles möglich, welches zwischen dem Kolben 99 und der zentralen Bohrung 43 zur Erzeugung optimaler Reibungsbedingungen bzw. kleinstmöglicher Reibung zwischen diesen Teilen während der Bewegung des Tragkörpers 57 vorgesehen ist und welches durch Berührung zwischen den oberen und unteren Ecken bzw. Rändern des Kolbens 99 mit der Innenwand der Bohrung 43 begrenzt ist. Am unteren Ende der Tragstange 65

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ist diese in der bei 100 veranschaulichten Weise radial verbreitert und bildet eine im wesentlichen vertikale bzw. achsparallele zylindrische Oberfläche 101, worauf wiederum eine bei 103 angedeutete Verjüngung erfolgt, an die ein Halteschaft 105 anschließt, der an seinem unteren Ende mit einem Gewinde versehen ist. Die Hutmutter 67 ist an diesem Ende 107 gelagert und drückt die Ventilteileranordnung 63 über eine Druckscheibe 109 gegen die konische Fläche 103. Ein radialer Schlitz 113 ist in der oberen Stirnfläche des Kolbens 99 in der gestrichelt veranschaulichten Weise vorgesehen und steht in Strömungsverbindung mit einer Längsbohrung 111, die den Kolben 99, die Tragstange 65, den Halteschaft 105 und das Gewindestück 107 durchsetzt. In der Hutmutter 67 ist eine radiale Bohrung 115 vorgesehen, die in Strömungsverbindung mit der zentralen Axialbohrung 111 steht, um die dynamische Komponente des Druckes in der zentralen Bohrung 111 abzubauen.

Anhand der Fig. 2 und 3 sind Einzelheiten der Ventiltelleranordnung 63 veranschaulicht. Die Ventiltelleranordnung weist eine Lagerscheibe 117 auf, welche einen einstückig geformten axialen Umfangsflansch 119 besitzt, der sich nach oben und unten bzw. axial beidseitig über und unter die Oberfläche der Tragscheibe 117 erstreckt, so daß Ausnehmungen zur Aufnahme einer oberen Dichtscheibe 121 und einer unteren Dichtscheibe 123 entstehen. Infolge des zwischen den Kolben 99 und der Innenwand der mittleren Bohrung 43 des Führungs- und Dichtkörpers 41 erforderlichen Spieles, kann der Tragkörper 57 des Ventils geringfügig um den Punkt CG im mittleren Bereich des Kolbens 99 schwenken oder taumeln. Dies führt zu einer Relativbewegung der Dichtscheiben 121 und 123 gegenüber ihren zugeordneten ringförmigen Dichtsitzen 55 und 77. Wenn die Dichtschei— ben 121 und 123 ebene obere und untere Radialflächen aufweisen wurden, würden diese Bewegungen zu einem Verkanten oder Verspannen der ebenen Oberflächen der Dichtscheiben

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gegenüber den ringförmigen Dichtsitzen führen, so daß unerwünschte Leckströmungen die Folge wären. Um ein richtiges Aufsitzen der Dichtscheibe 121 gegen den ringförmigen Dichtsitz 55 unter dem Einfluß der Schraubenfeder 89 und der Dichtscheibe 123 gegen den ringförmigen Dichtsitz unter dem Einfluß der Magnetspule 91 zu gewährleisten, sind die Dichtflächen 125 und 127 der Dichtscheiben 121 und als Kugelsegmente mit Radien R 125 und R 127 mit dem Mittelpunkt CG ausgebildet. Auf diese Weise kann der Tragkörper infolge der dynamischen Kraftbeaufschlagung durch das das Ventil schnell durchströmende Druckmittel taumeln, ohne daß dies einen nachteiligen Einfluß auf die Dichtverhältnisse an den ringförmigen Dichtsitzen 55 und 77 hätte.

Im Betrieb ist das erfindungsgemäße Ventil in einem Traggehäuse montiert, welches einen Druckmittelanschluß im Bereich des Druckeinlasses 11 besitzt. Der normale Auslaß 12 könnte an ein unter Druck zu setzendes Gerät wie beispielsweise einen Pneumatik-Hydraulik-Umwandler angeschlossen sein, wie er in manchen Bremsanlagen für Schienenfahrzeuge eingesetzt ist. Die Druckentlastungsöffnun— gen 13 können in ein Überlauf- oder Expansionsgefäß führen, oder aber über eine Drossel in die Atmosphäre, wie dies in der älteren Anmeldung P 24 53 866.7 veranschaulicht ist. Druckmittel unter Druck fließt vom Hochdruckeinlaß 11 nach oben durch die mittlere Bohrung 75, über den sich nach oben erstreckenden ringförmigen Dichtsitz und durch den Auslaß 12 hinaus zu dem unter Druck zu setzenden Gerät. Die Schraubenfeder 89 drückt die Ventiltelleranordnung 63 nach oben, so daß die Dichtscheibe 121 in dichtender Anlage am Dichtsitz 55 liegt. Wenn das an die normalen Auslaßöffnungen 12 angeschlossene Bauteil druckentlastet werden soll, so wird die Magnetspule 91 erregt, wodurch der Stahlplunger 27 in der Darstellung gemäß Fig.

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nach unten gedrückt wird, die Kolbenstange 33 an die obere Stirnfläche des Kolbenteiles 99 des Tragkörpers 57 anlegt und dabei die Ventiltelleranordnung 63 vom oberen ringförmigen Dichtsitz 55 abhebt und an den unteren ringförmigen Dichtsitz 77 anlegt. Druckmittel unter Druck kann somit durch die Auslässe 12 zurückfließen und gelangt über die obere Stirnfläche der Dichtscheibe 121 in den Bereich der Druckentlastungsöffnung 13» wo der Druck entweichen kann. Gleichzeitig ist der Druckmittelfluß durch den Hochdruckeinlaß 11 durch die dichtende Anlage der Dichtscheibe 123 gegen den nach oben weisenden ringförmigen Dichtsitz 77 unterbrochen. Wegen der kleinen Luftspalte zwischen einerseits dem Pührungszylinder 17 und dem Plunger 27 und andererseits zwischen dem Plunger 27 und dem Polstück führt die von der Magnetspule 91 entwickelte magnetische Kraft zu einer sehr schnellen Bewegung des Ventiles, in der die Ventiltelleranordnung 63 zwischen den beiden ringförmigen Dichtsitzen 55 und 77 bewegt wird.

Wenn die Magnetspule 91 aberregt wird, so wird die Ventiltelleranordnung 63 durch die Schraubenfeder 89 nach oben in dichtende Anlage mit dem nach unten weisenden ringförmigen oberen Dichtsitz 55 gedrängt. Während dieses Abschnittes des Betriebes des Ventiles spielt die Radialbohrung 115 in der Hutmutter 67 eine wichtige Rolle. Wenn der Druck des durch den Hochdruckeinlaß 11 eintretenden Druckmittels direkt durch die mittlere Bohrung 111 im Tragkörper 57 nach oben wirken könnte, würde in dem Volumen oberhalb des Kolbens 99 ein Druck aufgebaut, der sich aus dem dynamischen bzw. Geschwindigkeitsanteil und dem statischen Anteil des Druckes des durch den Einlaß 11 einströmenden Druckmittels zusammensetzt. Darüberhinaus würde die schnelle Strömung des Druckmittels unter Druck zwischen dem sich nach oben erstreckenden ringförmigen Dichtsitz 77 und der unteren Stirnfläche der Ventilteileranordnung 63 wegen des dort auf-

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tretenden Venturi-Effektes einen Unterdruck unterhalb der Ventiltelleranordnung 63 aufbauen, der etwa dem statischen Anteil oder der statischen Komponente des Druckes über dem Kolben 99 entsprechen würde. Der vergleichsweise hohe Druck oberhalb des Kolbens 99 in Verbindung mit dem vergleichsweise niedrigen Druck unterhalb der Ventiltelleranordnung würde somit trotz der Einwirkung der Schraubenfeder 89 zu einer vergleichsweise langsamen oder zögernden Bewegung des Tragkörpers 57 nach oben führen. Die Radialbohrung 115 beseitigt diese Schwierigkeit weitgehend dadurch, daß der dynamische oder Geschwindigkeitsanteil des Druckes des Druckmittels in der Bohrung 111 abgebaut wird, so daß alleine der statische Anteil des Gesamtdruckes oberhalb des Kolbens 99 wirksam wird, der im wesentlichen gleich ist dem verminderten Druck unterhalb der Ventiltelleranordnung 63. Dadurch kann die Schraubenfeder 89 die dichtende Anlage zwischen der Dichtscheibe 121 und dem ringförmigen Dichtsitz 55 schnell wieder herstellen.

Das erfindungsgemäße Ventil weist weitere Merkmale zum Ausgleich der Druckbelastungen an gegenüberliegenden Oberflächen der bewegungsübertragenden Bauteile auf. Wenn das Ventil in der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung steht, so wirkt der durch den Venturi-Effekt unterhalb der Ventiltelleranordnung 63 verminderte Druck auf die untere Stirnfläche der Ventiltelleranordnung 63; ein im wesentlichen gleicher Druck wirkt dabei oberhalb des Kolbens 99 auf etwa dieselbe Fläche, so daß Druckausgleich erfolgt. Die Drücke an der Oberseite und der Unterseite des Plungers 27 werden durch die axiale Nut 28 ausgeglichen, so daß jegliche Verdichtungserscheinung vermieden und die Reibung vermindert wird. Wenn das Ventil in seine andere Stellung überführt wird, in der der Einlaß 11 geschlossen ist und eine Strömung zwischen den Öffnungen 12 und 13 erfolgt, so

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wird der statische Druck auf die untere Fläche der Ventiltelleranordnung 63 ebenfalls durch den Druck oberhalb des Kolbens 99 ausgeglichen. Im Inneren der Bohrung 43 im oberen Dichtkörper 41 erzeugt die Druckmittelströmung zwischen der oberen Dichtscheibe 121 und dem nach unten weisenden Dichtsitz 55 eine Druckkraft auf die obere Stirnfläche der Ventiltelleranordnung 63» die durch eine im wesentlichen gleiche Kraft ausgeglichen wird, welche der bei der Ausströmung des Druckmittels durch die radialen Kanäle oder Öffnungen 45 auf die Unterseite des Kolbens 99 einwirkende Druck erzeugt.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist die normale Betriebsstellung des erfindungsgemäßen Ventiles diejenige, in der die Dichtscheibe 121 durch die Schraubenfeder 89 in dichtende Anlage gegen den ringförmigen Dichtsitz 55 gedrückt ist. Bei einer Erregung der Magnetspule 91 wird der Plunger 27 nach unten gewegt, bringt dabei die Kolbenstange 33 in Berührung mit dem Tragkörper 57 und drückt die Dichtscheibe 123 in dichtende Anlage gegen den ringförmigen Dichtsitz 77· Der Plunger 27 wird durch das von der Magnetspule 91 erzeugte Magnetfeld durch den Arbeitsluftspalt 124 des Magnetantriebes bewegt, wobei der Plunger 27 bei seiner Abwärtsbewegung den Luftspalt 124 verkleinert, wodurch der Weg des Magnetflusses verkürzt wird. Grundsätzlich ist die für die Magnetspule 91 zur Bewegung des Plungers 27 nach unten durch den Luftspalt 124 hindurch erforderliche Leistungsaufnahme um so größer, je größer der Arbeitsluftspalt zwischen dem Plunger 27 und dem Polstück 35 ist. Daher ist es von Vorteil, wenn die maximale Breite des Luftspaltes 124 eingestellt werden kann, um die für einen einwandfreien Betrieb des Ventiles erforderliche Leistungsaufnahme zu minimieren. Zu diesem Zweck können die Haltemutter 92 und das Abdeckteil 18 vom Führungszylinder "17 entfernt werden, so daß das mit Gewinde versehene

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Ende 31 der Kolbenstange 33 zugänglich wird und die Kolbenstange 33 im Gewinde 29 des Plungers 27 nach oben oder unten bewegt werden kann, um den Arbeitsluftspalt 124 auf das für den einwandfreien Betrieb des Ventiles erforderliche Minimum einzustellen. Auf diese Weise kann ebenso auch der Arbeitsluftspalt 124 vergrößert werden, wenn Verschleiß an der Dichtscheibe 123 oder dem ringförmigen Dichtsitz 77 ausgeglichen werden soll. Wie weiter oben bereits erläutert ist, kann die Spannung der Schraubenfeder 89 mittels der Einstellmutter 87 eingestellt werden, um die Kraft einzustellen, mit der die Dichtscheibe 121 gegen den Dichtsitz 55 angelegt wird. Die Einstellung der Einstellmutter 87 muß dabei unter Berücksichtigung der Kraft erfolgen, welche von der Magnetspule 91 aufgebracht werden soll, um den Tragkörper 57 nach unten gegen die Gegenkraft der Schraubenfeder 89 zu drücken. Dies bedeutet, daß die Spannung der Feder 89 so eingestellt werden muß, daß geeignete Dichtbedingungen an der dichtenden Anlage des Dichtsitzes 55 vorliegen, ohne daß hierdurch eine zu große Krafteinwirkung von der Magnetspule 91 zum Abheben der Dichtscheibe 121 vom Dichtsitz 55 erforderlich wird.

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Claims

Ansprüche

/1.j Sehne11ansprechendes Ventil mit einem Ventilgehäuse mit ~ einer ersten Ventilkammer oder zentralen Bohrung, die eine erste Öffnung zum Einlaß von Druckmittel unter Druck und eine zweite Öffnung im Abstand von der ersten Öffnung aufweist, gekennzeichnet durch einen ersten ringförmigen Dichtsitz in der Ventilkammer oder Bohrung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung, durch einen gleitbeweglich in der ersten Ventilkammer oder zentralen Bohrung aufgenommenen Ventilkörper, durch eine am Ventilkörper gelagerte Ventiltelleranordnung zur wahlweisen dichtenden Anlage am ersten ringförmigen Dichtsitz, mit einer kugel- bzw. kalottenförmigen Berührungsfläche zur Anlage am Dichtsitz, und durch eine Antriebseinrichtung für den Ventilkörper, mit der die Ventiltelleranordnung auf den ersten Dichtsitz aufsetzbar und von ihm abhebbar ist, wodurch eine Druckmittelströmung zwischen der ersten und der zweiten öffnung ermöglicht oder unterbunden ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine, im Abstand von der ersten Öffnung und von der zweiten Öffnung liegende dritte Öffnung vorgesehen ist und ein zweiter ringförmiger Dichtsitz in der Ventilkammer oder Bohrung zwischen der zweiten und der dritten Öffnung vorgesehen ist, wobei die Ventilteileranordnung wahlweise an einem der beiden ringförmigen Dichtsitze anliegt und die Antriebseinrichtung die Ventiltelleranordnung wahlweise an den ersten oder den zweiten ringförmigen Dichtsitz anlegt oder von diesem abhebt, wodurch eine Druckmittelströmung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung in einer

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Ventilstellung und zwischen der zweiten und der dritten Öffnung in einer anderen Ventilstellung ermöglicht ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur federnden Andrückung der Ventiltelleranordnung an einen der beiden ringförmigen Dichtsitze mit einstellbarer Andrückkraft.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3_t dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung als Magnetspule ausgebildet ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil- oder Tragkörper einen Kolben aufweist, der gleitbeweglich in der ersten Ventilkammer oder zentralen Bohrung angeordnet ist, und eine Tragstange aufweist, welche sich vom Kolben aus erstreckt und die Ventiltelleranordnung trägt.
6. Ventil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite zentrale Bohrung vorgesehen ist, die sich in Achsrichtung durch den Kolben, die Tragstange und die Ventilteil eranordnung ers treckt.
7. Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Ausgleich der Druckkräfte an einer oberen Oberfläche des Kolbens und einer unteren Oberfläche der VentiItelleranordnung vorgesehen ist.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung hinsichtlich der Schaltweglänge des Ventil- oder Tragkörpers in der Ventilkammer oder ersten zentralen Bohrung einstellbar ist.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß eine Einrichtung zur federnden Andrückung der Ventiltelleranordnung mit einstellbarer Andruckkraft gegen den ersten ringförmigen Dichtsitz vorgesehen ist.
10. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Einstellung der Breite des Arbeitsluftspaltes des Elektromagneten vorgesehen ist, mit der auch der Schaltweg des Ventil- oder Tragkörpers einstellbar ist.

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