DE2737675B2

DE2737675B2 - Elektromagnetisch betätigbares, mit Druckfluid umsteuerbares Wegeventil für einen Servomotor

Info

Publication number: DE2737675B2
Application number: DE2737675A
Authority: DE
Inventors: Seiji Soka Kosugui (Japan)
Original assignee: Shoketsu Kinzoku Kogyo K.K., Tokio
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1977-08-20
Publication date: 1980-11-06
Also published as: AU505733B2; SE7709552L; US4245671A; DE2737675A1; GB1526630A; AU2771077A; JPS5815707Y2; JPS5332430U; SE428392B; FR2363045A1; FR2363045B1; DE2737675C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der CH-PS 3 55 995 ist bereits ein derartiges Wegeventil bekannt, das an einem Ende des Umschaltkörpers einen Steuerkolben trägt. Ein im Umschaltkörper vorgesehener und von einer Zulaufbohrung abgezweigter Axialkanal setzt sich durch den Steuerkolben fort und mündet in einem Ventilsitz, der durch einen Magnetventilkegel eines Magnethilfsventils verschließbar ist. Bei nichterregtem Magnethilfsventil ist der Magnetventilkegel durch eine Druckfeder auf den Ventilsitz am Steuerkolben gepreßt, so daß der im Umschaltkörper vorgesehene Axialkanal verschlossen ist. Gleichzeitig ist eine im Magnethilfsventil vorgesehene Ablaßöffnung freigegeben. Bei der Erregung der Magnetspule wird der Magnetventilkegel angezogen und dadurch die Ablaßöfinung unter gleichzeitiger Freigabe des der Ablaßöffnung gegenüberliegenden Ventilsitzes verschlossen. Damit gelangt durch die Zulaufbohrung einströmendes Druckfluid über den Axialkanal in eine an der Rückseite des Steuerkolbens liegende Steuerkammer, so daß der Steuerkolben von einer ersten Schaltstellung in eine die Zulaufbohrung mit einer anderen Ablaufbohrung verbindende zweite Stellung verschoben wird.

Ein Nachteil des bekannten Wegeventils v/ird darin gesehen, daß der mit dem Umschaltkörper fest verbundene Steuerkolben entlang einer beträchtlichen Wegstrecke bewegt wird, wodurch der Magnetventilkegel über die gleiche Wegstrecke bewegt werden muß. Dies erfordert für das Absperren des Ventilsitzes eine beträchtliche Federkraft bzw. für das Verschließen der Ablaßöffnung eine beträchtliche Magnetenergie.

Es liegt daher die Aufgabe vor, ein Wegeventil der im Hauptanspruchsoberbegriff angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß der Steuerkolbenweg und der Magnetventilkegelweg zur Einsparung von für die Umsteuerung benötigter elektrischer Energie kürzer sind und das erneute Verschließen des im Umschaltkörper voreesehenen Axialkanals nach erfolgter Umsteue-

rang erleichtert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Dadurch wird erreicht, daß der Steuerkolben nach einem Umschaltvorgang und nach der die Aktivierung der Magnetspule von dem im Axialkanal des Umschaltkörpers bei freigegebener Ablaßöffnung herrschenden höheren Druck schneller als beim Stand der Technik in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird, so daß sich der Magnetventilkegelweg verkürzt und das Verschließen des Axialkanals des Umschaltkörpers erleichtert ist

Aus der US-PS 32 17 745 ist ferner ein Wegeventil bekannt, das an gegenüberliegenden Enden Steuerkolben aufweist Diese werden jedoch anders als bei der Erfindung durch Druckfluid gesteuert Das Problem der Minimierung der Federkaft bzw. der Magnetkraft tritt hierbei nicht auf. Eine Radilabohrungen aufweisende Umschaltbuchse dient zum abwechselnden Verbinden der Anschlußöffnungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein in erster Schaltstellung befindliches Wegeventil,

Fig.2 einen schematischen Längsschnitt durch das Wegeventil in seiner zweiten Schaltstellung,

F i g. 3 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführung der Erfindung,

F i g. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung der Erfindung und

Fig.5 einen Schnitt ähnlich dem der Fig.4 mit unabhängig vom Umschaltkörper in die Ausgangsstellung zurückgekehrtem Steuerkolben. »

F i g. 1 zeigt ein Wegeventil mit einem Ventilgehäuse 20 und einer zylindrischen Ventilkammer 26, welches Gehäuse entlang seiner Axialerstreckung eine Zulaufbohrung 21, eine erste Ablaufbohrung 22, eine zweite Ablaufbohrung 23, eine dritte Ablaufbohrung 24 und eine vierte Ablaufbohrung 25 aufweist, die alle mit der Ventilkammer 26 in Verbindung stehen. In der Ventilkammer 26 ist ein Umschaltkörper 27 verschiebbar angeordnet, der vier Dichtungsringe 28 trägt Die Dichtungsringe 28 bilden in der Ventilkammer 26 drei Ringkammern, von denen die mittlere Ringkammer abwechselnd die Zulaufbohrung mit der ersten bzw. der zweiten Ablauibohrung verbindet, während die äußeren Ringkammern zum abwechselnden Verbinden der ersten bzw. zweiten Ablaufbohrung mit der dritten bzw. vierten Ablaufbohrung dienen.

An die gegenüberliegenden Enden der Ventilkammer 26 schließen im Durchmesser größere Kolbenkammern 29a und 296 an, in denen Steuerkoioen 31a und 316 verschiebbar angeordnet sind. Die Steuerkolben 31a und 3Ii) sind jeweils mit einer Kammer 33a und 33b zur Aufnahme der je einen Dichtungsring 34a und 34b tragenden Enden des Llmschaltkörpers 27 versehen. Der Umschaltkörper 27 besitzt Axialkanäle 35a und 35b, die mit Ventilsitzen 32a und 326 an den Stirnflächen der Steuerkolben 31a und 31 b über je einen Axialkanal durch den zughörigen Steuerkolben in Verbindung stehen.

An den dem Umschaltkörper 27 abgewandten Seiten der Steuerkolben 31a und 3Xb sind Magnethilfsventile 36a und 366 vorgesehen, die jeweils in einer Steuerkammer 30a und 306 einen Magnetventilkegel 38a und 1S/> aufweisen. Die MaonethÜfsventÜe besitzen ferner Magnetspulen 37a und 37b mit Kernen 40a und 406, welche die Steuerkammern 30a und 306 umgeben und die Magnetventilkegel 38a und 386 aufnehmen. Bei Erregung der Magnetspule 37 a oder 376 wird der Magnetventilkegel 38a oder 386 vom Kern 40a oder 406 angezogen, so daß er mittels einer an seiner äußeren Stirnfläche vorgesehenen Dichtungsscheibe 42a oder 426 eine Ablaßöffnung 43a oder 436 verschließt Zwischen dem Außenrand der Steuerkammer 30a bzw. 306 und einem am inneren Ende des Magnetventilkegels 38a, 6 vorgesehenen Flansch liegt eine Druckfeder 39a, 6, die eine an der inneren Stirnfläche des Magnetventilkegels 38a, 6 vorgesehene Dichtungsscheibe 41a, 6 gegen den zugehörigen Ventilsitz 32a oder 326 an der Stirnfläche des benachbarten Steuerkolbens 31a oder 316drückt

Der Innendurchmesser der Ablaßöffnungen 43a und 436 ist größer als der Innendurchmesser der Ventilsitze 32a und 326, damit die Steuerkolben 31a und 316 nach Abschalten ihrer zugehörigen Magnetspule beschleunigt in ihre Ausgangsstellungen zurückkehren können.

Man erkennt in F i g. 1 Entlüftungsbohrungen 44a und 446 zur leichteren Verschiebbarkeit des Umschaltkörpers 27 und der Steuerkolben 31a und 31i>. Zwischen den Steuerkolben 31a, 6 und den Steuerkammern 30a, 6 sind Schultern 45a, 6 als Anschlag für die Steuerkolben 31a. 6 vorgesehen.

Im Betrieb des Wegeventils gemäß F i g. 1 bei nicht aktivierten Magnetspulen 37a, 6 befindet sich der Umschaltkörper 27 in einer ersten Stellung, in der die Zulaufbohrung 21 mit der ersten Ablaufbohrung 22 strömungsmäßig verbunden ist während die zweite Ablaufbohrung 23 mit der vierten Ablaufbohrung 25 in Verbindung steht Dabei strömt unter Druck stehendes Fluid von der Zulaufbohrung 21 sowohl zur ersten Ablaufbohrung 22 als auch durch eine Radialbohrung im Umschaltkörper 27 und durch die Axialkanäle 35a, 6 im Umschaltkörper 27 in die Kammern 33a und 336 der Steuerkolben 31a und 310. Da die Ventilsitze 32a und 326 von den Magnetventilkegeln 38a und 386 verschlossen sind, drückt der Fluiddruck in den Axialkanälen 35a, 6 die Steuerkolben 31a und 316 gegen die Schultern 45a und 456. Gleichzeitig wirkt der durch die Axialkanäle 35a, 6 übertragene Fluiddruck auf die äußeren Stirnflächen des Llmschaltkörpers 27, der seine Lage aufgrund der einander aufhebenden Kräfte nicht verändert.

Wird nun beispielsweise die Magnetspule 37a erregt dann zieht der Kern 40a den Magnetventilkegel 38a an, so daß letzterer mit Bezug auf F i g. 1 nach rechts bewegt wird, dabei gemäß F i g. 2 den Ventilsitz 32a freigibt und mittels der Dichtungsscheibe 42a die Ablaßöffnung 43a verschließt Somit gelangt das unter Druck stehende Fluid von der Zulaufbohrung 21 durch den Ventilsitz 32a in die Steuerkammer 30a. Dabei erhöht sich der Druck in der Steuerkammer 30a, und der Steuerkolben 31a wird zusammen mit dem Umschaltkörper 27 nach links verschoben. Dadurch gelangt der Umschaltkörper 27 in seine zweite Stellung, in der die Zulaufbohrung 21 mit der zweiten Ablaufbohrung 23 in Strömungsverbindung kommt, während die erste Ahlaufbohrung 22 an die dritte Ablaufbohrung 24 angeschlossen wird.

Bei Ausschalten der Magnetspule 37a in zweiter Stellung des Umschaltkörpers 27 hebt die Druckfeder 39a den Magnetventilkegel 38a von der Ablaßöffnung 43a ab und drückt ihn nach links in Richtung auf den Ventilsitz 32b des Stcucrkolbcns 3ί^α der zuvor

unabhängig von der Magnetventilkegelbewegung in seine Ausgangsstelling an die Schulter 4Sa der Kolbenkammer 29a zurückgekehrt ist. Dabei wird der Druck in der Steuerkammer 30a durch die Ablaßöffnung 43a abgebaut. Befindet sich der Magnetventilkegel 38a in einer Zwischenstellung kurz vor dem Ventilsitz 32a, so kann Fluid von der Zulaufbohrung 21 durch den Axialkanal 35a, den Ventilsitz 32a und die Steuerkammer 30a ausströmen. Bei einer Weiterbewegung des Magnetventilkegels 38 in Richtung auf den Ventilsitz 32a wird diese Fluidströmung durch den Ventilsitz 32a in die Sieuerkammer 30a immer mehr eingeschränkt, während die Ablaßöffnung 43a immer stärker freigegeben wird, so daß das Fluid aus der Steuerkammer 30a immer leichter abströmen kann. Dadurch erhöht sich der Fluiddruck in der Kammer 33a des Steuerkolbens 31a gegenüber dem Druck in der Steuerkammer 30a, so daß der Steuerkolben 31a aufgrund dieser Dmckdifferenz nach rechts in seine Ausgangsstellung gegen die Schulter 45a am äußeren Ende der Kolbenkammer 29a bewegt und der Ventilsitz 32a von der Dichtungsscheibe 41a verschlossen wird.

Der Innendurchmesser der Ablaßöffnung 43a ist, wie gesagt, größer als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 32a, damit der Fluiddruck in der Steuerkammer 30a vor dem vollständigen Verschließen des Ventilsitzes 32a durch den Magnetventilkegel 38a schnell durch die Ablaßöffnung 43a abgebaut wird, wenn sich der Magnetventilkegel 38a nach Abschalten der Magnetspule 37a unter der Wirkung der Feder 39a in Richtung auf den Steuerkolben 31a bewegt und dadurch dessen Rückstellung erleichtert.

Zum Verschieben des Umschaltkörpers 27 aus der zweiten Stellung in die erste Stellung wird die Magnetspule 376 des Magnethilfsventils 36b auf gleiche Weise erregt und ausgeschaltet.

Man erkennt aus der vorstehenden Beschreibung, daß der Steuerkolben nach Ausschalten der Magnetspule automatisch in seine Ausgangslage zurückkehrt, so daß sich der Magnetventilkegel lediglich über eine kleine Wegstrecke zum Verschließen des Ventilsitzes mittels seiner an seiner Innenfläche vorgesehenen Dichtungsscheibe zu bewegen braucht und lediglich eine kurze Feder 39a oder 396 erforderlich ist

In der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführung sitzen die Enden des Umschaltkörpers 27 verschiebbar in den Kammern 33a und 33Z> der Steuerkolben 31a und 31fc. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Ausführung gemäß F i g. 3 möglich, bei der die Steuerkolben 54a und 54b mit zylindrischen Ansätzen 55a und 55i> von geringerem Durchmesser als der Umschaltkörper 51 versehen sind, die an den Enden des Umschaltkörpers 51 vorgesehenen axialen Bohrungen 53a und 536 verschiebbar sitzen. Die axialen Bohrungen 53a und 53b des Umschaltkörpers 51 gehen in dessen Axialkanal 52 über.

"> Die F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführung mit einem einzigen Magnethilfsventil 136. In dieser Ausführung ist ein Ende des Ventilgehäuses 120 von einem Deckel 118 verschlossen, an dem sich eine Schraubenfeder 119 gegen den Umschaltkörper 127 abstützt und diesen in

ι« Richtung auf das Magnethilfsventil 136 drückt. Im übrigen entspricht diese Ausführung den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Bei Erregung der Magnetspule 137 des Magnethilfsventils 136 wird der Magnetventilkegel 138 des sich in seiner ersten Stellung gemäß Pig.4 befindenden Wegeventils vom Kern 140 angezogen, so daß der Ventilsitz 132 freigegeben und die Ablaßöffnung 143 verschlossen werden. Dadurch gelangt Druckfluid von der Zulaufbohrung 121 durch den Ventilsitz 132 in die Steuerkammer 130 und drückt den Steuerkciben 131 zusammen mit dem Umschaltkörper 127 nach links in Richtung auf den Deckel 118. Durch diese Bewgung wird der Umschaltkörper 127 in seine zweite Stellung gebracht, in der die Zulaufbohrung 121 mit der zweiten

2^Γ) Ablaufbohrung 123 strömungsmäßig verbunden ist, während die erste Ablaufbohrung 122 mit der dritten Ablaufbohrung 124 in Verbindung kommt (F i g. 5).

Bei Ausschalten der Magnetspule 137 in dieser zweiten Stellung des Wegeventils wird der Magnetven-

JO tilkegel 138 unter dem Einfluß der Feder 139 von der Ablaßöffnung 143 abgehoben und gegen den Ventilsitz 132 des sich in der äußersten linken Stellung in der Koibenkammer 129 befindlichen Steuerkolbens 131 gedrückt. Nach Freigabe der Ablaßöffnung 143 sinkt der

^J5 Fluiddruck in der Steuerkammer 130, und der Steuerkolben 131 wird durch den nunmehr höheren Druck in seinem Axialkanal 133 gegen die Schulter 145 bewegt, während gleichzeitig der Magnetventilkegel 138 zum Verschließen des Ventilsitzes 132 gegen diesen gedrückt wird. Zusammen mit der Rückstellbewegung des Steuerkolbens 131 wird der Umschaltkörper 127 von der Feder 119 in die erste Stellung zurückgedrückt (F i g. 4). Dies erfolgt unabhängig vom Steuerkolben 131 allein durch die Feder 119. Nach Ausschalten der

^A"> Magnetspule 137 kehrt also der Steuerkolben 131 unabhängig von der Stellung des Umschaltkörpers 127 in seine Ausgangslage zurück, und zwar auch dann, wenn der Umschaltkörper 127 gemäß Fig.5 aus irgendeinem Grund in der zweiten Stellung festgehalten wird. Dadurch wird das Verschließen des Ventilsitzes 132 sichergestellt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigbares, mit Druckfluid umsteuerbares Wegeventil für einen Servomotor,

— mit einem eine Längsbohrung mit einer Zulauf- s bohrung für das Druckfluid sowie mit dem Servomotor bzw. dem Tank verbindbaren, Fluidbohrungen aufweisenden Ventilgehäuse,

— mit einem eine Anzahl von Dichtungsringen aufweisenden, in der Längsbohrung verschiebba- ι ο ren Umschaltkörper zum wahlweisen Verbinden der Fluidbohrungen mit der Zulaufbohrung,

— mit einem in einer Steuerkammer verschiebbaren Steuerkolben, welche an einem Ende der Längsbohrung ansetzt, wobei der Steuerkolben is auf einem Ende des Umschaltkörpers sitzt und von einem ersten Axialkanal durchsetzt ist, der Ober einen Ventilsitz am Steuerkolben in die Steuerkammer mündet,

— mit einem im UmschaJtkörper vorgesehenen, von der Zulaufbohrung abgezweigten und mit dem ersten Axialkanal verbundenen zweiten Axialkanal für die Zufuhr von Druckfluid in die Steuerkammer zur Beaufschlagung des Steuerkolbens und damit zur Verschiebung des Umschaltkörpers,

— mit einem in der Steuerkammer vorgesehenen und vom Ventilsitz am Steuerkolben abhebbaren Magnetventilkegel als Teil eines Magnethilfsventils sowie mit einer im Außenende der Steuerkammer vorgesehenen Ablaßöffnung, wobei der Magnetventilkegel in Richtung auf den Ventilsitz am Steuerkolben federbelastet ist, mit der Ablaßöffnung ebenfalls ein Sitzventil bildet, der Ventilsitz am Steuerkolben und die Ablaßöffnung wechselweise zu öffnen und zu verschließen sind und wobei ferner bei aktiviertem Elektromagneten das über die Axialkanäle der Steuerkammer zugeführte Druckfluid bei geschlossener Ablaßöffnung auf die dem Magnetventilkegel zugewandte Stirnseite des auf seiner anderen Stirnseite stets entlüfteten Steuerkolbens einwirkt, diesen zusammen mit dem Umschaltkörper bis gegen eine gehäusefeste Schulter verschiebt und dadurch den Umschaltkörper aus einer ersten in eine zweite Schaltstellung bringt,

— und mit einer auf dem gegenüberliegenden Ende des Umschaltkörpers vorgesehenen Verschiebungsrichtung für die Rückführung des Umschaltkörpers aus der zweiten in die erste Schaltstellung,

dadurch gekennzeichnet,

— daß der Umschaltkörper (27) und der Steuerkolben (31) zur Verschiebung des Umschaltkörpcrs (27) aus der ersten in die zweite Schaltstellung unter gegenseitiger Abdichtung entlang der Gleitfläche aufeinander verschiebbar und gegeneinander auf Anschlag fahrbar sind,

— daß bei gegenüber dem Umschaltkörper (27) auf Anschlag gefahrenem Steuerkolben (31a) im Strömungsweg zwischen dem Axialkanal (35a) im Umschaltkörper (27) und dem Axialkanal im Steuerkolben (31a) eine vom Umschaltkörper und Steuerkolben begrenzte Kammer (33a) vorgesehen ist

— und daß die Ablaßöffnung (43a) einen größeren freien Querschnitt aufweist als der Ventilsitz am Steuerkolben (31a).

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (31a) auf dem Umschaltkörper (27) verschiebbar ist.

3. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (54a, 54b) verschiebbar in den Umschaltkörper (51) greift

4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungseinrichtung für die Rückführung des Umschaltkörpers (27, 51) aus der zweiten in die erste Schaltstellung gleichartig ausgebildet ist wie das Magnethilfsventil, der Steuerkolben und die Leitungsführungen für das Druckfluid in die Steuerkammer am entgegengesetzten Ende des Wegeventils.

5. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit am dem Magnethilfsventil gegenüberliegenden Ende des Wegeventils angeordneter Schraubenfeder als Verschiebungseinrichtung für die Rückführung des Umschaltkörpers aus der zweiten in die erste Schaltstellung, indem die Schraubenfeder den Umschaltkörper in Richtung auf das Magnethilfsventil vorspannt, dadurch gekennzeichnet, daß sich d^:e Schraubenfeder (119) an einem Deckel (118) des Ventilgehäuses abstützt.