DE2943714A1

DE2943714A1 - Wegeventil mit elektromagnetischer betaetigungseinrichtung

Info

Publication number: DE2943714A1
Application number: DE19792943714
Authority: DE
Inventors: Walid 6600 Saarbrücken Bakri; Manfred Hauser; Winfried 7141 Schwieberdingen Hommen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-10-30
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE2943714C2; FR2468812A1; FR2468812B1; JPH0214587B2; GB2062186B; GB2062186A; JPS5673271A

Description

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19.10.1979 My/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Wegeventil mit elektromagnetischer Betätigungseinrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wegeventil mit elektromagnetischer Betätigungseinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 25 11 991 ist ein solches Wegeventil in 3-Kammer-Bauweise bekannt, bei dem also nur drei Kammern von Stegen begrenzt sind, die vom Steuerschieber übersteuerbar sind. Zur Vermeidung von Schaltschlägen weist der Steuerschieber an seinen beiden Enden zylindrische Ansätze auf, die auf ihrer den Verbraucherkammern zugewandten Seiten mit kegeligen Umlenkfasen versehen sind. Mit dieser Bauweise kann das Wegeventil zwar hohe Schaltleistungen erreichen. Nachteilig ist jedoch, daß diese Ansätze mit Umlenkfase frei in die Rücklaufkammern ragen. Gerade bei Ausnutzung hoher Schaltleistungen wird dadurch die Lebensdauer des Ventils gesenkt. Mit dem erhöhten Verschleiß erhöht sich auch der auftretende Leckölstrom. Dies gilt besonders dann, wenn diese Wegeventile durch Einbau verschiedener Schieber für verschiedene Durchfluß-Sinnbilder ausgelegt werden sollen.

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Auch eignet sich diese Bauweise nicht so gut zur Verwendung bei Wegeventilen verschiedener Nenngrößen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß sich durch den frei in die Rücklaufkammer ragenden Ansatz für das an einem gehäusefesten Absatz anliegende Federteller einer Rückholeinrichtung ein Außendurchmesser ergibt, der erheblich größer ist als der Außendurchmesser des Steuerschiebers. Dadurch ergibt sich eine relativ große, vom Druck beaufschlagte Dichtfläche, die von einem Deckel oder von einem Bauteil des Magneten abgedichtet werden muß. Entsprechend der hier auftretenden großen Kräfte müssen die Befestigungselemente entsprechend stark dimensioniert werden, was einer kompakten Bauweise des Wegeventils nicht förderlich ist.

Ferner ist aus der US-PS 3 324 890 ein Wegeventil in 3-Kammer-Bauweise bekannt, bei dem zur Vermeidung von Schaltschlägen der Steuerschieber des Wegeventils mit Dämpfungskolben zusammenarbeitet, die in gehäusefesten Hülsen angeordnet sind. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß sie eine Reihe zusätzlicher Bauteile benötigt, die teilweise bearbeitet sein müssen und damit nur mit großem Aufwand realisierbar ist.

Ferner ist aus der DE-OS 2 129 I83 ein magnetisch betätigbares Wegeventil in 3-Kammer-Bauweise bekannt. Zur Vermeidung von Schaltschlägen ist hier der Anker des Magneten in einem druckmittelgefüllten Raum angeordnet und mit Drosselkanälen versehen. Dies führt nicht nur zu einer teuren Magnetbauweise, sondern es können auch Schaltschläge nicht in befriedigendem Maße verringert werden. Ferner ist auch hier der vom Magneten oder einem Deckel abzudichtende

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Durchmesser relativ groß, was zu entsprechend aufwendig dimensionierten Befestigungselementen führt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Wegeventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei ihm ohne Verringerung der Schaltleistungsgrenzen die Lebensdauer beträchtlich erhöht wird. Durch die Verringerung des Verschleißes im Wegeventil kann auch das Lecköl entsprechend niedrig gehalten werden. Da der Steuerschieber nur vollzylindrische Kolbenabschnitte aufweist, ist er spitzenlos schleifbar und damit billig herstellbar. Beim Gießen des Gehäuses sind die Stege ohne zusätzlichen Aufwand relativ leicht herstellbar. Von erheblichem Vorteil ist ferner, daß durch die Abstützung des Federtellers an den Stegen der abzudichtende Durchmesser im Gehäuse beträchtlich verringert wird. Die Befestigungselemente für den Magneten oder den Deckel können entsprechend kleiner ausgelegt werden, was eine kompakte Bauweise des Ventils, begünstigt . Ein Absprengen des Deckels oder des Magneten vom Gehäuse durch den hydraulischen Druck oder auch ein Undichtwerden an dieser Stelle läßt sich somit leichter vermeiden, was auch die Lebensdauer des Wegeventils mit erhöht. Mit dem erfindungsgemäßen Wegeventil lassen sich im wesentlichen die Vorteile der 3-Kammer-Bauweise mit denjenigen einer 5-Kammer-Bauweise vereinen. Es können bei Wegeventilen mit unterschiedlichen Durchfluß-Sinnbildern und Nenngrößen hohe Schaltleistungen mit gleichzeitig hoher Lebensdauer erreicht werden, wie dies vorher nicht möglich war.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wegeventils möglich. Mit diesen Maßnahmen läßt sich die Lebensdauer bei kompakter Bauweise und einfachem Aufbau des Wegeventils noch weiter verbessern. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Wegeventil und Figur 2 einen Querschnitt nach I-I in Figur 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur 1 zeigt ein Wegeventil 10, dessen Gehäuse 11 mit einer durchgehenden Schieberbohrung 12 versehen ist, die mehrere ringförmige Erweiterungen aufweist. Eine mittlere Zulaufkammer 13 erhält Druckmittel über einen Zulaufkanal 13' von einer Druckmittelquelle. Beiderseits der Zulaufkammer 13 ist je eine Verbraucherkammer Ik und 15 angeordnet, die mit Verbraucheranschlüssen 16, 17 verbunden sind. Angrenzend an die Verbraucherkammern 14 und 15 liegen nach außen hin Rücklaufkammern 18, 19, die über einen Querkanal 21 miteinander und mit einem Rücklauf 22 verbunden sind. Die Rücklaufkammern 18, 19 sind im Bereich der Schieberbohrung 12 im wesentlichen mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt und gehen in ihrem oberen Bereich unter Beibehaltung eines möglichst gleichförmigen Querschnitts in den Querkanal 21 über. Die Schieberbohrung 12 ist an den

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Stirnseiten des Gehäuses 11 zu zylindrischen Federräumen 23, 24 erweitert. Der Außendurchmesser der Federräume 23, 24 ist jeweils nur um so viel größer gewählt als der Durchmesser der Schieberbohrung 12, daß jeweils ein als Anschlag dienender Absatz 25, 26 entsteht. Jede Rücklaufkammer 18 bzw. 19 ist mit ihrem zugeordneten Federraum 23 bzw. 24 durch zwei Schlitze 27, 28 bzw. 29, 31 verbunden. Sämtliche Schlitze 27 bis 30 verlaufen in einer durch die Schieberbohrung 12 festgelegten Längsebene. Diese Schlitze öffnen sich im wesentlichen in axialer Richtung zu den Rücklaufkammern 18, 19 hin und in radialer Richtung zu den Federräumen 23 bzw. 24 hin. Ferner sind sämtliche Schlitze 27 bis 30 zur Schieberbohrung hin offen. Die Schlitze 27 bis 30 haben alle eine beträchtliche Dicke, die, wie Figur 2 näher zeigt, etwa 1/3 des Durchmessers der Schieberbohrung 12 beträgt. In Richtung einer Ebene senkrecht zur Schieberbohrung 12 haben die Schlitze eine Ausdehnung, die etwa dem doppelten Durchmesser der Schieberbohrung 12 entspricht. Durch die Schlitze 27 und 28 sind im Bereich zwischen dem Federraum .23 und der Rücklaufkammer 18 zwei Führungsstege 31 ausgebildet; die entsprechenden Führungsstege zwischen der Rücklaufkammer 19 und dem Federraum 24 sind mit 32 bezeichnet.

In die Schieberbohrung 12 ist ein Steuerschieber 33 eingesetzt, der in seiner gezeichneten mittleren Neutralstellung mit zwei kolbenförmigen Schieberabschnitten 34, 35 die Verbindungen zwischen beiden Verbraucherkammern l4, 15 und der Zulaufkammer 13 sowie den Rücklaufkammern l8 bzw. 19 aufsteuert. Jeder der Schieberabschnitte 34, 35 geht über einen bolzenförmigen Abschnitt in einen kol-

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benförmigen Ansatz 36 bzw. 37 über, an denen jeweils eine Schaltstange 38 bzw. 39 anliegt. Jeder Ansatz 36, 37 hat auf seiner der Verbraucherkammer 14, 15 zugewandten Seite eine kegelförmige Umlenkfase 41. Den Kolbenabschnitten 3¹I, 35 des Steuerschiebers 33 sind im Gehäuse 11 insgesamt vier Dichtstege 42 zugeordnet, so daß hier von einer 3-Kammer-Bauweise des Ventils 10 gesprochen werden kann. Ferner ist der Steuerschieber 33 mit seinen Ansätzen 36, 37 im Bereich der Führungsstege 31, 32 geführt. An jedem der Absätze 25, 26 liegt ein Federteller ¹O, 44 an, die zusammen mit in den Federräumen 23, 24 angeordneten Federn 45, 46 Teile einer doppelwirkenden Rückholeinrichtung 47 bilden. Die Federräume 23, 24 sind nach außen hin jeweils durch einen Elektromagneten 48, 49 verschlossen, die in nicht näher gezeichneter Weise mittels Schraubverbindungen an den Stirnseiten des Gehäuses 11 befestigt sind. Die Schaltstangen 38, 39 stehen in nicht näher gezeichneter Weise mit je einem .Anker dieser Elektromagnete 48, 49 in Verbindung. Die Länge der Führungsstege 31, 32 ist so groß gewählt, daß der Steuerschieber 33 mit seinen Ansätzen 36, 37 auch in seinen Endlagen gut geführt ist und daß außerdem die Umlenkfasen 41 ihre Wirkung gut entfalten können. Die Ausdehnung der Schlitze 37 bis 30 in Längsrichtung des Steuerschiebers 33 ist erheblich größer als die Länge der Führungsstege 31 bzw. 32 und so groß gewählt, daß der in einer Rücklaufkammer 18 bzw. 19 herrschende Druck sich ungehindert auch in dem zugeordneten Federraum 23 bzw. 24 aufbauen kann.

Die Wirkungsweise des Wegeventils 10 wird wie folgt erläutert: In der in Figur 1 gezeigten Neutralstellung des Steuerschiebers 33 sind die beiden Verbraucheranschlüsse 16, 17 sowohl mit dem Zulaufanschluß 13' wie auch mit dem Rücklauf 22 verbunden.

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Stößt nun der Anker des Elektromagneten 48 über die Schaltstange 38 den Steuerschieber 33 gegen die Kraft der Rückholfeder 46 nach rechts in seine Endstellung, so sperren der Kolbenabschnitt 35 die Verbindung von der Verbraucherkammer 15 zur Rücklaufkammer 19 und der Kolbenabschnitt 34 die Verbindung von der Verbraucherkammer 14 zur Zulaufkammer 13 ab. Von der Pumpe kommendes Druckmittel gelangt über die Zulaufkammer 13 in die Verbraucherkammer 15· Der Verbraucheranschluß l6 ist dagegen zum Rücklauf 22 entlastet. Ist der Druck in der zweiten Verbraucherkammer 15 dabei relativ hoch und wird nun der Magnet 48 ausgeschaltet, so drückt die Feder 46 im zweiten Federraum 24 über den Federteller 44 den Steuerschieber 33 aus seiner Endstellung zurück in .die Neutralstellung. Wenn dabei der Kolbenabschnitt 35 die Verbindung von der zweiten Verbraucherkammer 15 zur Rücklaufkammer 19 aufsteuert, baut sich infolge des hohen Drucks in der Verbraucherkammer 15 beim Abbau der Druckspitze kurzzeitig ein Staudruck in der Rücklaufkammer 19 auf, der über die Schlitze 29, 30 auch im Federraum 24 wirkt. Dieser Staudruck beaufschlagt die wirksame Stirnfläche des Steuerschiebers 33 im zweiten Federraum 24 und versucht, diesen bei seiner Schaltbewegung nach links zu beschleunigen, da diese Druckspitze über den Querkanal 21 und den Rücklauf 22 nur mehr oder weniger stark verzögert auf die gegenüberliegende Stirnseite des Steuerschiebers 33 wirken kann. Durch die Umlenkung des aus der Verbraucherkammer 15 in die Rücklaufkammer 19 austretenden Rücklaufstroms mit Hilfe der Umlenkfase 41 wirken jedoch auf den Steuerschieber 33 Impulskräfte, die dem zuvor erwähnten, die Schaltbewegung beschleunigenden Kräften nahezu das Gleichgewicht halten. Während dieses Abschaltvorgangs nähert sich die Umlenk-

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fase 41 in zunehmendem Maße dem rechten Dichtungssteg 42, ohne aus den FührungsStegen 32 herauszutreten. Dabei kann der in die Rücklauf kammer 19· abfließende Rücklaufs trom j.m Bereich der Schlitze 29, 30 ungemindert auf die Umlenkfase 41 einwirken. Die Schaltung des Wegeventils wird infolge der weitgehend ausgeglichenen Kräfte auf den Steuerschieber 33 wesentlich weicher und die Schaltgeräusche beträchtlich geringer. Dabei läßt sich durch die Lage der Umlenkt fase 4l relativ zur Strömung und zur Rücklaufkammer 19, durch ihre Größe und ihre Ausbildung die Schaltung des Wegeventils über den größten Teil des Hubes des Steuerschiebers 33 beeinflussen. Während dieser Schaltvorgänge ist der Steuerschieber 33 durch die Ansätze 36, 37 in den FührungsStegen 31, 32 gut geführt, so daß das Ventil 10 auch nach längerem Arbeiten in Bereichen nahe seiner Schaltleistungsgrenzen wenig Verschleißerscheinungen aufweist. Damit wird aber auch das Lecköl im Ventil niedrig gehalten. Auch bei relativ hohen Drücken und großen Durchflußmengen wird ein ratterfreier Betrieb des Steuerschiebers 33 gewährleistet. Durch die besondere Ausbildung der Schlitze 27 bis 30 wird ferner erreicht, daß sich die Federteller 43> 44 der Rückholeinrichtung 47 nicht im Gehäuse 11 selbst, sondern an den Führungsstegen 31, 32 abstützen können. Der Außendurchmesser der Federräume 23, muß daher lediglich um die als Anschläge dienenden Ansätze 25, 26 größer sein als der Außendurchmesser des Steuerschiebers 33· Die vom hydraulischen Druck beaufschlagte, vom Magneten 48, 49 oder einem nicht näher gezeichneten Deckel abzudichtende Fläche kann daher klein gehalten werden. Dementsprechend können die Mittel zum Befestigen des Magneten oder des Deckels an der Stirnseite des Gehäuses 11 schwächer dimensioniert werden, was einer kompakten Bauweise des Ventils zugute kommt. Zudem lassen sich die Befestigungs-

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mittel dadurch leichter so auslegen, daß ein Absprengen des Magneten oder des Deckels durch hydraulischen Druck oder eine Leckstelle verhindert und damit die Lebensdauer des Ventils erhöht wird. Der Steuerschieber 33 kann durch die vollzylindrische Ausbildung der Kolbenabschnitte 3^ » 35 und der Ansätze 36» 37 spitzenlos geschliffen und damit relativ billig hergestellt werden. Die Schlitze Ί'{ üis 30 können beim Gießen des Gehäuses 11 ohne großen zusätzlichen Aufwand berücksichtigt werden.

In entsprechender Weise wird ein weiches, ratterfreies Schalten des Steuerschiebers 33 erreicht, wenn der Anker des Magneten ^9 ihn aus der gezeichneten Neutralstellung nach links in seine Endstellung bewegt und anschließend die Feder 45 ihn zurück in seine Neutralstellung drückt. Mit der vorgeschlagenen Lösung wird somit ein Wegeventil erreicht, das hohe Schaltleistungen über eine lange Lebensdauer ermöglicht. Zudem läßt es eine einfache und kompakte Bauweise zu.

Selbstverständlich sind Änderungen möglich, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. So kann der Steuerschieber anstelle der gezeigten negativen überdeckung auch eine positive überdeckung aufweisen. Auch die Form der Umlenkfase läßt sich in gewissen Grenzen variieren. Ebenso kann das Wegeventil durch Einbau anderer Steuerschieber für andere Durchfluß-Sinnbilder ausgelegt werden. Anstelle des gezeigten 3-Stellungs-Ventils kann die Erfindung auch bei einem 2-Stellungs-Ventil angewandt werden, das neben einer Ausgangsstellung nur eine Schaltstellung aufweist. Besonders vorteilhaft eignet sich die vorgeschlagene Bauart auch für Wegeventile verschiedener Nenngrößen. Auch ist die Erfindung nicht auf elektrisch

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betätigte Ventile beschränkt, sondern kann auch bei mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Ventilen vorteilhaft sein. Selbstverständlich müssen die hydraulischen Kraftanteile nicht vollständig kompensiert werden, weil eine gewisse Restkraft zur Erreichung einer hohen Schaltleistung häufig erwünscht ist. Obwohl die Ausbildung der Schlitze in einer Längsebene vorteilhaft und auch leicht herstellbar ist» können die Führungsstege auch durch z.B. drei Schlitze, die sternförmig zur Schieberbohrung angeordnet sind, gebildet werden. Auch weitere Änderungen sind möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

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Claims

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Ansprüche

IlJ Wegeventil mit insbesondere elektromagnetischer Betätigungseinrichtung und mit einem in einer Schieberbohrung eines Gehäuses angeordneten Steuerschieber, der die Verbindungen zwischen einer Zulaufkammer und zwei danebenliegenden Verbraucherkammern sowie von letzteren zu jeweils einer angrenzenden Rücklaufkammer steuert, die über einen Querkanal miteinander und mit einem Rücklauf Verbindung haben, und bei dem nur die drei mittleren Kammern von mit dem Steuerschieber zusammenwirkenden Dichtstegen begrenzt sind, so daß am Steuerschieber wenigstens eine der Rücklaufkammer zugewandte und deren Druck gegenüber unausgeglichene, wirksame Fläche ausgebildet ist, und mit wenigstens einer eine Rücklaufkammer durchdringenden, die Wirkverbindung zwischen Steuerschieber und Magnetanker herstellenden Schaltstange, sowie mit wenigstens einem kolbenförmigen, mit dem Steuerschieber fest verbundenen Ansatz im Bereich der Rücklaufkammer, der auf seiner der Verbraucherkammer zugewandten Seite eine Schaltschläge vermindernde Umlenkfase aufweist,

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und mit einer am Ansatz anliegenden Rückholeinrichtung bestehend aus Federteller und Feder, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (36, 37) in gehäusefesten Führungsstegen (31, 32) geführt ist, an denen sich der Federteller (43, 44) der Rückholeinrichtung (49) abstützt.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des die Feder (45, 46) aufnehmenden Federraums (23, 24) um den den Anschlag für das Federteller (43, 44) bildenden Absatz (25, 26) an den Führungsstegen (31, 32) größer ist als der Durchmesser der Schieberbohrung (12).

3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den FührungsStegen (31, 32) mitgeformten Schlitze (27 bis 30) in Längsrichtung des Steuerschiebers (33) größer- sind als die Summe aus' der Länge der Führungsstege (31, 32) und der Dicke des Federtellers (43, 44) am Absatz (25,, 26).

4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstege (31, 32) zwei in einer Ebene liegende, in Bezug auf den Steuerschieber (33) auf entgegengesetzten Seiten angeordnete Schlitze (27 bis 30) bilden.

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5. Wegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem der Querkanal in zylindrischen Rücklaufkammern enden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (27 bis 30) sich im wesentlichen in axialer Richtung in die Rücklaufkammerη (18, 19) öffnen und radial in die Pederräume (23, 2¹I) münden.

6. Wegeventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schlitze (27 bis 30) etwa ein Drittel des Außendurchmessers des Steuerschiebers (33) und ihre Ausdehnung in radialer.Richtung etwa das Zweifache dessen beträgt.

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