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ouRREF. Gw 0309 Date 13.05.2003 +Sl
Anmelder: DBT GmbH, Industriestrasse 1, D-44534 Lünen
Titel: Hydraulisch schaltbares Wegeventil
Die Erfindung betrifft ein hydraulisch schaltbares Wegeventil insbesondere für Ausbaueinrichtungen im untertägigen Bergbau, mit einem Hochdruckanschluß, einem Verbraucheranschluß, einem Rücklaufanschluß und einem Steuerdruckanschluß für Hydraulikflüssigkeit, einem in einer Aufnahmebohrung eines Ventilsitzträgers axial verschieblichen, insbesondere hohlkolbenförmigen Ventilkolben, der an seiner offenen Stirnseite mit dem Verbraucheranschluß
in Verbindung steht, der einen radialen
Durchlaß aufweist und der in Anlage an einem ventilsitzträgerseitigen Dichtsitz den Verbraucheranschluß vom Hochdruckanschluß
absperrt, sowie mit einem in einer Steuerkolbenführung durch Druckbeaufschlagung mit einem Steuerdruck am Steuerdruckanschluß
verschieblichen Steuerkolben, mit dem der Rücklaufanschluß in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens
mit dem Verbraucheranschluß verbindbar oder gegenüber dem Verbraucheranschluß und dem Hochdruckanschluß absperrbar ist.
Im untertägigen Bergbau werden gattungsgemäße, hydraulisch
über einen Steuerdruck angesteuerte und in Totmannfunktion bei Absinken des Steuerdrucks selbsttätig schließende Wegeventile insbesondere zur Steuerung von hydraulischen Schreitausbaugestellen eingesetzt, um deren Hydraulikzylinder aus- bzw. einzufahren. Die Schreitausbaugestelle sind entlang einer Strebfront aufgestellt und werden mit dem fortschreitenden Abbaubetrieb im Streb bei eingefahrenen Stützstempeln gerückt, was
eine; häufige Wiederholung der Schaltvorgänge bedingt. Überdies erfordern die aufzubringenden Stützkräfte im Streb einen sehr
hohen Flüssigkeitsdruck, so daß die Wegeventile insgesamt sehr hohen Druckwechselbelastungen und die Ventildichtsitze hohen Beanspruchungen unterworfen sind.
Aus der DE 197 08 741 Al ist ein gattungsgemäßes 3/2-Wegeventil bekannt, das auch bei hohen Drücken und häufig auftretenden Druckwechselbelastungen eine hohe Lebensdauer und eine hohe; Schaltgenauigkeit zeigt. Da dieses Ventil jedoch mit einer positiven Überdeckung arbeitet, können beim Schalten Druckspitzen von bis zu 1000 bar auftreten, woraus ein unerwünscht hartes Schalten resultiert. Ferner benötigt das bekannte Ventil einen hohen Steuerdruck von etwa 230 bar, wodurch auch der Verschleiß auf der Steuerkolbenseite unerwünscht hoch ist.
Aus der DE 100 47 073 Cl ist ein hydraulisch schaltbares Wegeventil bekannt, das in seiner Wirkungsweise nach dem Prinzip der negativen Überdeckung arbeitet. Entsprechend ist ein Öffnen und Schließen dieses Ventils ohne harte Schaltvorgänge bei erheblich vermindertem Verschleiß gewährleistet, da beim Schließen des Rücklaufes des Ventils gleichzeitig der Zulauf sanft geöffnet wird und infolgedessen Druckstöße im wesentlichen vermieden werden können. Bei diesem Wegeventil ist der Zulauf von dem Hochdruckanschluß so konzipiert, daß die Hydraulikflüssigkeit beim Öffnen des Ventils zunächst durch eine Drosselstelle hindurch zum Verbraucheranschluß gelangt, was ein nachteiliges verzögertes Ansprechverhalten des Wegeventils zur Folge hat. Der Steuerkolben ist fest mit dem Ventilkolben verbunden und verschließt erst im Öffnungszustand des Ventils den Rücklaufanschluß vollständig. Im Schließzustand des Ventils, d.h. bei verschlossenem Hochdruckanschluß, ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen Verbraucheranschluß und zum Tank fühirenden Rücklauf anschluß vollständig über Radialbohrungen im Ventilkolben geöffnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisch schaltbares Wegeventil anzugeben, das sich durch eine materialschonende Betriebsweise und ein schnelles Ansprechverhalten auszeichnet.
Erf :.ndungsgemäß wird die Aufgabe durch ein hydraulisch schaltbares Wegeventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die vorgenannte Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ventilkolben zur Stirnseite hin versetzt zu dem ersten radialen Durchlaß einen zweiten radialen Durchlaß aufweist und daß der erste radiale Durchlaß mit dem Steuerkolben bei Erreichen einer Zwischenstellung zwischen einer Ausgangs- und Endstellung des Steuerkolbens verschließbar ist. Da das erfindungsgemäße Wegeventil axial versetzt zueinander angeordnete radiale Durchlässe aufweist, von denen einer mit dem Steuerkolben bei Druckbeaufschlagung mit Steuerdruck verschließbar ist bzw. bei Anliegen des Steuerdrucks verschlossen wird, kann ein deutlich besseres Ansprechverhalten des Wegeventils erzielt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Ventilkolben zwischen beiden radialen Durchlässen in einer Ventilkolbengleitführung unter Bildung eines Drosselspaltes geführt, wobei vorzugsweise der zweite radiale Durchlaß in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilkolbens der Ventilkolbengleitführung gegenüberliegt oder hochdruckseitig der Ventilkolbengleitführung liegt. Über den Drosselspalt wird, nachdem der Steuerkolben seine Zwischenstellung erreicht hat und in Abhängigkeit davon, ob der Ventilkolben am Dichtsitz anliegt oder von diesem abgehoben ist,, eine gedrosselte Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Rücklaufanschluß oder eine gedrosselte Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Hochdruckanschluß und
dem Rücklaufanschluß gewährleistet. Erst im Öffnungszustand des Wegeventils, d.h. wenn sich Steuer- und Ventilkolben in der Endstellung befinden, ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Verbraucheranschluß vollständig über den zweiten radialen Durchlaß freigegeben ist, während der Steuerkolben dann auch den Rücklaufanschluß verschließt, so daß mithin keine Leckage vom Hochdruckanschluß zum Rücklaufanschluß mehr auftritt. Ohnehin nimmt mit zunehmender Verschiebung des Ventilkolbens in die Öffnungsstellung des Wegeventils die Spaltlänge der Spaltdichtung und damit die Dichtwirkung der Spaltdichtung zu.
Die erfindungsgemäße Anordnung des zweiten radialen Durchlasses des Ventilkolbens gewährleistet, daß in der Zwischenstellung des Steuerkolbens, d.h. bei verschlossenem ersten radialen Durchlaß, eine Drosselwirkung zwischen Verbraucheranschluß und Rücklaufanschluß erhalten bleibt, indem hierbei die Hydraulikflüssigkeit durch den zweiten Durchlaß und einen kleinen Spalt zwischen der dem Ventilkolben zugewandten Fläche der Ventilkolbengleitführung und der Außenwandung des Ventilkolbens hindurchströmt. Ferner ist ein sicheres Schaltverhalten des Wegeventils in seiner Öffnungsstellung unter Vermeidung von unerwünschten Verlustströmen vom Hochdruckanschluß zurück zum Rücklaufanschluß dadurch gegeben, daß bei voll aufgesteuertem Ventilkolben, wenn also die Hydraulikflüssigkeit in voller Höhe des Hochdrucks vom Hochdruckanschluß durch den zweiten radialen Durchlaß hindurch zum Verbraucheranschluß gelangt, der Rücklaufanschluß vom Steuerkolben in seiner Endstellung verschlossen ist.
Im Schaltvorgang des Wegeventils wird mithin zuerst, noch in der Schließstellung des Wegeventils, d.h. bei geschlossenem Dichtsitz, der Steuerkolben in die Zwischenstellung verfahren, woraus eine gedrosselte Flüssigkeitsverbindung zwischen dem
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Verbraucheranschluß und dem Rücklaufanschluß resultiert. Vorteilhaft hierbei ist, daß die Hydraulikflüssigkeit von dem Hochdruckanschluß nicht einbezogen ist, so daß sich in der Schließstellung des Wegeventils ein sanfteres Einfahren eines jeweiligen Stempels und somit eine materialschonende Betriebsweise des Wegeventils erzielen läßt. Ein sanfteres Einfahren des Stempels wirkt sich ferner vorteilhaft auf die Lebensdauer des entsprechenden Schreitausbaugestells insgesamt aus. Diese Funktion des erfindungsgemäßen Wegeventils bietet auch den Vorteil, daß ggf. auf ein zusätzliches externes Drosselventil verzichtet werden kann, was zu Kosteneinsparungen führt und den erforderlichen Raumbedarf bezüglich des Wegeventils klein hält. In der Zwischenstellung des Steuerkolbens ist bei abgehobenem Ventilkegel der Rücklaufanschluß noch nicht verschlossen, allerdings ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Rücklaufanschluß über die Spaltdichtung gedrosselt. Gleichzeitig ist der Durchfluß zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Verbraucheranschluß über den Ventilkolben im Wesentlichen freigegeben. Hierdurch lassen sich vorteilhaft unerwünschte Druckspitzen beim Aufsteuern des Wegeventils vermeiden, da in dieser Position des Steuerkolbens mögliche Druckspitzen infolge der Drosselung zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Rücklaufanschluß abgeschwächt bzw. kompensiert werden können. Durch den im Wesentlichen freien Durchfluß vom Hochdruckanschluß zum Verbraucheranschluß beim Aufsteuern des Wegeventils, d.h. beim Abheben des Ventilkegels von dem Dichtring, läßt sich ferner ein vorteilhaft schnelles Ansprechverhalten des Wegeventils erzielen, was die Betriebssicherheit beim Einsatz im Untertagebergbau merklich erhöht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Steuerkolben von seiner Ausgangsstellung bis zu seiner Zwischenstellung relativ zum Ventilkolben frei verschieblich ist. Hierbei kann der Steuerkolben in einer einfachen Ausführungsform axial zum Ventilkol-
ben verschieblich sein, wodurch sich eine Verschiebung des Steuerkolbens mittels eines an der Stirnfläche des Steuerkolbens anliegenden Steuerdrucks einer Hydraulikflüssigkeit in bekannter Weise verwirklichen läßt. Alternativ hierzu könnte der Steuerkolben auch drehbar zum Ventilkolben verschieblich sein, so daß er sich bei entsprechend anliegendem Steuerdruck von seiner Ausgangsstellung in seine Zwischenstellung dreht und hierbei den ersten radialen Durchlaß des Ventilkolbens überdeckt bzw. verschließt. Der Steuerkolben kann hierbei in der Zwischen- und Endstellung den ersten radialen Durchlaß abgedichtet überdecken oder bis auf einen Drosselspalt überdekken.
Vorzugsweise wird der Steuerkolben beim weiteren Aufsteuern des Wegeventils gekoppelt mit dem Ventilkolben in seine Endstellung verfahren werden. Hierzu kann der Steuerkolben an seiner dem Steuerdruckanschluß zugewandten Stirnseite eine Einkragung aufweisen, die bei Erreichen der Zwischenstellung mit einem Schulterabschnitt des Ventilkolbens zur Anlage kommt und somit aufgrund eines Formschlusses beim fortfolgenden Aufsteuern des Wegeventils eine gemeinsame Verschiebung von Steuerkolben und Ventilkolben erzwingt. Anders ausgedrückt, erfolgt die Kopplung des Steuerkolbens mit dem Ventilkolben mittels Formschluß zwischen der Einkragung des Steuerkolbens und dem Schulterabschnitt des Ventilkolbens. Durch die freie Verschieblichkeit des Steuerkolbens bis in seine Zwischenstellung, in der der erste radiale Durchlaß vom Steuerkolben verschlossen wird, läßt sich somit wie vorstehend erläutert vorteilhaft eine Drosselung zwischen Verbraucheranschluß und Rücklaufanschluß erzielen, ohne daß dabei der Hochdruckanschluß durch ein Anheben des Ventilkegels geöffnet wird.
Die Dichtmittel zum Verschließen des Dichtsitzes mit zuverlässiger Dichtwirkung zwischen dem Ventilkolben und dem Ventil-
sitzträger können vorteilhaft aus einem Ventilkegel am Ventilkolben und einem Dichtring bestehen, der am Ventilsitzträger angeordnet ist und eine Kegelfläche als Dichtsitz aufweist. Bei geschlossenen Dichtmitteln liegt der Ventilkegel am Dichtring an, und bei geöffneten Dichtmitteln ist der Ventilkegel vom Dichtring abgehoben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtring in dem Ventilsitzträger von einem Haltering fixiert. Ferner kann der Ventilkolben in dem Ventilsitzträger entlang des Halterings zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Rücklaufanschluß abdichtungsfrei geführt sein. Die Toleranzen zwischen Ventilkolben und Haltering sind hierbei vorzugsweise so gewählt, daß sich zwischen diesen Bauelementen ein leichtes Spiel einstellt bzw. ein kleiner Spalt ergibt.
Es ist in fertigungstechnischer Hinsicht besonders günstig, wenn der Ventilkolben an seiner Außenmantelseite einen Kegelflächenring aufweist, an dessen Unterseite der Ventilkegel vorgesehen ist, da sich hierdurch der Ventilkolben als Drehoder Gußteil kostengünstig herstellen läßt. Vorzugsweise ist hierbei der Kegelflächenring hochdruckseitig der beiden radialen Durchlässe angeordnet, was sicherstellt, daß beim Abheben des Ventilkegels von dem Dichtring die Hydraulikflüssigkeit durch den somit freigegebenen Hochdruckanschluß unmittelbar in den zweiten radialen Durchlaß des Ventilkolbens und durch diesen hindurch zum Verbraucheranschluß gelangt. Gleichzeitig kann hierbei die Hydraulikflüssigkeit zur Vermeidung von Druckstößen durch die vorstehend erläuterte Drosselstelle zwischen Haltering und Außenwandung des Ventilkolbens hindurchströmen .
Der Steuerkolben kann einen Steuerkolbenschaft aufweisen, der den Ventilkolben in seinem tankseitig angeordneten unteren Ab-
schnitt teilweise umfaßt und in der Zwischen- und Endstellung des Steuerkolbens den ersten radialen Durchlaß überdeckt und damit verschließt. Ein sicheres Verschließen des Rücklaufanschlusses kann vorteilhaft dadurch sichergestellt sein, wenn in der Endstellung des Steuerkolbens ein vorderes, vorzugsweise äußeres Ende des Steuerkolbenschafts mit einem in dem Ventilsitzträger angeordneten Dichtsitzelement zur Dichtungsanlage kommt. Hierbei kann eine an das vordere Ende des Steuerkolbenschafts angepaßte, vorzugsweise innere Anlagefläche des Dichtsitzelements konisch ausgebildet sein, woraus eine sehr zuverlässige Dichtwirkung an dieser Stelle resultiert. Eine Integration von Haltering und Dichtsitzelement, bei der diese beiden Bauteile in Baueinheit einstückig ausgebildet sind, läßt eine einfache Konstruktion zu und führt zu günstigen Herstellungskosten.
Der Ventilsitzträger kann eine stufenförmig verlaufende Aufnahme aufweisen, in welcher der Dichtring und der Haltering formschlüssig geklammert sein können. In dieser Weise lassen sich die beiden Ringelemente bei der Fertigung des Wegeventils in einfacher Weise positionieren, wobei sie überdies von äußeren Belastungen gut abgeschirmt sind. Vorzugsweise umgreift hierbei der Haltering den Dichtring auf der zur Kolbendichtfläche abgewandten Seite mit einer einwärts abgeschrägten Ringfassung formschlüssig, wodurch der Dichtring in seiner Stellung sehr sicher positioniert ist. Für eine hohe Schaltsicherheit kann der Dichtring aus einem vorzugsweise hochfesten Kunststoff hergestellt sein. Bei einem z.B. aus Stahl hergestellten Ventilkegel stellt sich zwischen diesen Bauelementen ein vorteilhafter Toleranzausgleich ein und führt gleichzeitig eine gute Abdichtung herbei. Wie der Ventilkegel kann auch der Haltering vorzugsweise aus einem Stahl hergestellt sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die vorgenannten Einzelbauteile des Wegeventils durch einen Schraubverschluß im Ventilgehäuse kraftschlüssig verspannt. Hierbei schließt der Schraubverschluß die Aufnahmebohrung des Ventilsitzträgers nach außen hin ab. Die Spannkraft des Schraubverschlusses vermeidet bei auftretenden Druckwechselbelastungen die Lockerung der Einbauteile. Die stufenförmig verlaufende Aufnahme des Ventilsitzträgers ist hierbei so ausgestaltet, daß sich die Spannkraft der Spannschraube nicht auf den gegenüber Druckkräften empfindlichen Kunststoff-Dichtring auswirkt. Eine übermäßige Beanspruchung oder gar eine Schädigung des Dichtrings kann somit vermieden werden, wodurch sich die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Wegeventils erhöht.
Eine zuverlässige Schließstellung des Wegeventils, bei der der Ventilkegel sich in Dichtungsanlage am Dichtring befindet, läßt sich vorzugsweise durch eine im Ventilsitzträger angeordnete Schließfeder erzielen, die mit dem Ventilkolben, z.B. mit einer Oberseite des Kegelflächenrings zusammenwirkt und somit den Ventilkegel gegen den Dichtring in Totmannfunktion vorspannt . Auch der Steuerkolben könnte durch eine Vorspanneinrichtung in seiner Ausgangsstellung vorgespannt sein; eine Zurückbewegung des Steuerkolbens von seiner Zwischenstellung in seine Ausgangsstellung wird jedoch vorzugsweise druckgesteuert durchgeführt.
Der erste radiale Durchlaß und/oder der zweite radiale Durchlaß kann als Radialbohrung in die Axialbohrung im hohlkolbenförmigen Ventilkolben führen und/oder die radialen Durchlässe können mehrere, vorzugsweise vier umfangsversetzt zueinander angeordneten Radialbohrungen umfassen. Radialbohrungen lassen sich in einfacher Weise und kostengünstig herstellen, wobei bei mehreren Radialbohrungen für jeden Durchlaß große Strömungsquerschnitte erzielt werden. Es sind jedoch auch andere
Ausgestaltungen des Ventilkolbens möglich, die einen radialen Durchlaß von seiner Außenwandung zu seinem Innenraum gewährleisten.
Vorzugsweise ist der Ventilkolben im Ventilsitzträger mit einem Sprengring axial gesichert und mit einem Anschlussgewinde oder dergleichen für ein Demontagewerkzeug versehen. Das Wegeventil kann dann in Baueinheit als Ventilpatrone aus seinem Ventilgehäuse ausgebaut werden, indem das Demontagewerkzeug am Ventilkolben angeschraubt oder in anderer geeigneter Weise befestigt wird und dann mit dem Demontagewerkzeug am Ventilkolben gezogen wird. Hierbei legen sich der am Ventilkolben angeordnete Sprengring an den Ventilsitzträger und ferner der Schulterabschnitt des Ventilkolbens an die Einkragung des Steuerkolbens an, wodurch ein gemeinsames Herausziehen der wesentlichen Bestandteile des Wegeventils als Ventilpatrone aus dem Ventilgehäuse möglich ist.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 in einem Längsschnitt die Schließstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils;
Fig. 2 eine Schaltskizze des erfindungsgemäßen Wegeventils in der Stellung von Fig. 1;
Fig. 3 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Wegeventil in einer Zwischenstellung befindet;
Fig. 4 eine hydraulische Schaltskizze des erfindungsgemäßen Wegeventils in der Stellung von Fig. 3;
Fig.. 5 in einem Längsschnitt die Öffnungsstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils; und
Fig. 6 eine Schaltskizze des erfindungsgemäßen Wegeventils in der Stellung von Fig-. 5.
Fig. 1 zeigt ein Wegeventil 10 in Schließstellung. Ein hydraulisch schaltbares Wegeventil dient z.B. zum Steuern der nicht dargestellten Hydraulikzylinder von hydraulischen Schreitausbaugestellen im untertägigen Bergbau, z.B. beim Strebausbau. Das Ventil ist als Ventilpatrone ausgebildet, die in eine Aufnahmebohrung eines nicht dargestellten Ventilgehäuses eingesetzt und darin mittels eines Schraubverschlusses gesichert ist.. Das Ventilgehäuse mit seiner Aufnahmebohrung, den entsprechenden Durchlaßöffnungen, die an die jeweiligen Anschlüsse des Wegeventils angrenzen, und der Schraubverschluß können in dem Fachmann bekannter Weise ausgeführt sein, wie es z.B. in der DE 197 08 741 Al offenbart ist, auf die zur weiteren Erläuterung diesbezüglich Bezug genommen. Im Ventilgehäuse (nicht gezeigt) sind ein Hochdruckanschluß P für den Hochdruckflüssigkeitszulauf und ein Verbraucheranschluß A vorgesehen, der mit dem zu betätigenden Hydraulikzylinder in Verbindung steht. Ferner weist das Ventilgehäuse einen Rücklaufanschluß R für zurückfließende Hydraulikflüssigkeit sowie einen Steuerdruckanschluß ST auf, über den dem Ventil Steuerdruckflüssigkeit zu dessen Betätigung zugeführt wird.
Das Wegeventil 10 besteht im Wesentlichen aus einem Ventilsitzträger 11 mit einem darin axial verschieblich geführten Ventilkolben 12 und einem Steuerkolben 13, der in einer Steuerkolbenführung 14 längsverschieblich gelagert ist. Sowohl der Ventilkolben 12 als auch der Steuerkolben 13 sind vorzugsweise hohlzylindrisch ausgeführt. Der Steuerkolben 13 ist hierbei so
ausgebildet, daß er einen Teil eines tankseitig angeordneten Abschnitts des Ventilkolbens 12 tassenförmig umfaßt.
Der Ventilkolben 12 ist mit einem Ventilkegel 15 versehen, der an einer Unterseite eines an der Außenmantelseite des Ventilkolbens 12 angeordneten Kegelflächenrings 16 vorgesehen ist. Im Ventilsitzträger 11 ist eine Schließfeder 17 aufgenommen, die den Ventilkolben 12 umgibt. Die Schließfeder 17 drückt in der hier dargestellten Schließstellung des Wegeventils 10 gegen eine Oberseite des Kegelflächenrings 16 und bringt somit den Ventilkegel 15 zur Dichtungsanlage an einer Kegelfläche eines Dichtrings 18. Der Ventilsitzträger 11 weist einen stufenförmig verlaufenden Aufnahmeabschnitt 19 auf, in dem der Dichtring 18 zusammen mit einem Haltering 20 formschlüssig gekammert sind. Zur Erzielung einer ausgezeichneten Dichtwirkung mit einem entsprechenden Toleranzausgleich besteht der Dichtring 18 vorzugsweise aus einem hochfesten Kunststoff, wobei der Haltering 20 vorzugsweise aus einem Stahl hergestellt ist.
Wie in Fig. 1 ferner gut zu erkennen, umgreift der Haltering 20 den Dichtring 18 auf der Seite, die zur Kolbendichtfläche des Dichtrings 18 abgewandt ist, mit einer einwärts abgeschrägten Ringfassung 22 formschlüssig, wodurch der Dichtring 18 sehr zuverlässig in dem Ventilsitzträger 11 positioniert ist. Überdies ist der Aufnahmeabschnitt 19 des Ventilsitzträgers 11 in Zusammenwirkung mit dem Stahl-Haltering 20 so ausgebildet, daß eine von dem Schraubverschluß (nicht gezeigt) über die Steuerkolbenführung 14 ausgeübte Spannkraft nicht auf den Kunststoff-Dichtring 18 wirkt.
An dem vom Ventilkegel 15 abgewandten, in der Fig. 1 oberen Ende des Ventilkolbens 12 ist dieser mittels einer aus einem O-Ring 23 und einem Stützring 24 bestehenden Stangendichtung gegenüber einem Führungsring 25 abgedichtet, der an der dem
Verbraucheranschluß A zugewandten Stirnseite des Ventilsitzträgers 11 angebracht ist und eine offene Stirnseite 26 des Ventilkolbens 12 umfaßt. In Entsprechung zum Verbraucheranschluß A ist in dem Führungsring 25 eine Öffnung 27 ausgebildet.. Die Schließfeder 17 stützt sich an einer Unterseite des Führungsrings 2 5 nach oben hin ab, um entsprechend den Kegelflächenring 16 mit Druck zu beaufschlagen und den Ventilkegel 15 gegen den Dichtring 18 vorzuspannen.
Der hohl zylindrische Ventilkolben 12 weist einen ersten radialen Durchlaß 29 und einen zweiten radialen Durchlaß 28 auf, die vorzugsweise jeweils als Radialbohrung bzw. als radiale Durchbrüche im Ventilkolbenmantel ausgebildet sind. Die zweite Radialbohrung 2 8 ist hierbei so in dem Ventilkolben 12 ausgebildet, daß sie in der Schließstellung des Wegeventils einer an der Innenmantelfläche des Halterings ausgebildeten Ventilkolbenführung 2OA gegenüberliegt, mithin mit ihrem gesamten Bohrungsquerschnitt auf gleicher Höhe wie der Haltering 2 0 liegt und durch diesen weitestgehend versperrt ist. Bei einem Aufsteuern des Wegeventils und einer entsprechenden Verschiebung des Ventilkolbens 12 (in der Fig. 1 nach oben) bleibt die zweite Radialbohrung 2 8 stets hochdruckseitig angeordnet. Wie in der Fig. 1 deutlich zu erkennen, ist somit der Ventilkolben 12 in dem Ventilsitzträger 11 entlang einer dem Ventilkolben 12 zugewandten Fläche des Halterings 2 0 zwischen dem Hochdruckanschluß P und dem Rücklaufanschluß R abdichtungsfrei, d.h. ohne Dichtringe od.dgl., geführt. Allerdings ist der Abstand bzw. die Toleranz zwischen der Außenwandung des Ventilkolbens 12 und der dem Ventilkolben 12 zugewandten Ventilkolben::ührungsf lache 2OA des Halterings 20 so gewählt, daß sich an dieser Stelle ein enger Spalt als Spaltdichtung bildet, durch den Hydraulikflüssigkeit gedrosselt hindurchströmen kann. Sowohl in der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung des Wegeventils als auch bei späterer Verschiebung des Ventilkol-
bens 12 bleibt dieser Spalt als Drosselstelle erhalten, allerdings nimmt die Überdeckung des Außenwandabschnitts 12A zwischen den beiden radialen Durchlässen 28, 29 und der Ventilkolbenführungsflache 2OA mit Verschiebung des Ventilkolbens 12 zu, wie insbesondere die Endstellung des Ventilkolbens 12 in Fig. 5 zeigt, so daß sich aufgrund der größeren Spaltlänge auch die Dichtwirkung der Spaltdichtung erhöht. Nachfolgend wird dieser Spalt zwischen Außenwandung 12A des Ventilkolbens 12 und der Fläche 2OA am Haltering 20 nur kurz als Drosselstel-le bezeichnet. Die erste Radialbohrung 29 des Ventilkolbens 12 ist tankseitig der zweiten Radialbohrung 28 ausgebildet, wobei sie in Ausrichtung mit dem Rücklaufanschluß R angeordnet ist. Die Steuerkolbenführung 14 weist Durchlaßöffnungen 3 0 auf, die mit dem Rücklaufanschluß R korrespondieren. In gleicher Weise weist der Ventilsitzträger 11 Durchlaßöffnungen 31 auf, die mit dem Hochdruckanschluß P korrespondieren.
In der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung des Wegeventils 10 steht der Verbraucheranschluß A mit dem Rücklaufanschluß R im Wesentlichen über die offene erste Radialbohrung 29 des hohlkolbenförmig ausgebildeten Ventilkolbens 12 in Verbindung, so daß Hydraulikflüssigkeit vom Stempel über diese Verbindung verlustfrei in den Tank zurückfließen kann. Gleichzeitig steht der Hochdruckanschluß P über die Durchlaßöffnung 31 mit einem Innenraum 32 des Ventilsitzträgers 11 in Verbindung, so daß der Innenraum 32 mit vom Hochdruckanschluß P einströmender Hydraulikflüssigkeit gefüllt und der Ventilkolben 12 mit dem Druck im Hochdruckanschluß beaufschlagt ist. Neben der bereits genannten Vorspannung durch die Schließfeder 17 bewirkt dies zusätzlich ein Andrücken des Ventilkegels 15 gegen den Dichtring 18, so daß der Ventilkolben 12 sehr sicher in seiner Schließstellung gehalten wird und entsprechend keine Hochdruckflüssigkeit vom Hochdruckanschluß P zum Verbraucheranschluß A oder zum Rücklaufanschluß R fließen kann.
Die hydraulische Schließstellung des Wegeventils 10 ist in Fig. 2 in einer entsprechende Schaltskizze dargestellt. Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform des Wegeventils handelt es sich um ein 3/2-Wegeventil, wobei in der erläuterten Schließstellung eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Verbraucheranschluss A und dem Rücklaufanschluß R besteht. Die oben genannte Schließfeder 17 ist hierbei entsprechend als Symbol gekennzeichnet, die den Ventilkolben 12 bzw. den Ventilkegel 15 gegen den Dichtring 18 vorspannt.
Fig, 3 zeigt das Wegeventil 10 in einem Zwischenzustand, in welchem sich der Steuerkolben 13 von seiner Ausgangsstellung in eine Zwischenstellung bewegt hat. Hierzu wird vom Steuerdruckanschluß ST her eine Hydraulikflüssigkeit zugeführt, die auf die Ringstirnfläche 33 des Steuerkolbens den Steuerdruck und eine Öffnungskraft ausübt. Da der Steuerkolben 13 ausgehend von seiner Ausgangsstellung innerhalb der Steuerkolbenführung 14 axial verschieblich geführt ist, wird der Steuerkolben 13 bei anliegendem Steuerdruck in Richtung des Ventilkolbens 12 (in Fig. 3 nach oben) gedrückt, bis eine Einkragung 34, die zusammen mit der Ringstirnfläche 33 ausgebildet ist, mit einem Schulterabschnitt 35 des Ventilkolbens 12 zur Anlage kommt, welcher Schulterabschnitt in einem unteren Bereich des tankseitig angeordneten Abschnitts des Ventilkolbens 12 ausgebildet ist. Liegt die Einkragung 34 des Steuerkolbens 13 an dem Schulterabschnitt 35 des Ventilkolbens an, so ist dadurch die Zwischenstellung des Steuerkolbens definiert. Hierbei wirkt die Hydraulikflüssigkeit auch auf eine bodenseitige Stirnfläche 38 des Ventilkolbens 12, jedoch führt die Höhe des Steuerdrucks zu Beginn der Schaltbewegung des Wegeventils 10 in Verbindung mit den entsprechenden Flächenverhältnissen zu einer nach oben gerichteten Kraft, die kleiner ist als die Schl-ießkraf t, die von der Schließfeder 17 und der Hochdruck-
flüssigkeit druckseitig auf den Ventilkolben 12 wirken. Folglich setzt bei dem hier gewählten Steuerdruck zur Verschiebung des Steuerkolbens (noch) keine Verschiebung des Ventilkolbens 12 ein.
Der Steuerkolben 13 weist in seinem vorderen, dem Ventilkolben
12 zugewandten Teil einen Steuerkolbenschaft 3 6 auf, der bei der Verschiebung des Steuerkolbens 13 in seine Zwischenstellung die erste Radialbohrung 2 9 überdeckt und somit verschließt. Die Toleranzen zwischen dem vorderen Ende des Steuerkolbenschafts 3 6 und dem an die zweite Radialbohrung 2 8 angrenzenden Teil des Ventilkolbens sind im Hinblick auf eine ausreichende Dichtwirkung entsprechend gewählt. Im Ergebnis ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Verbraucheranschluss A und dem Rücklaufanschluß R durch die erste Radialbohrung 2 9 hindurch unterbrochen, so daß vom Stempel zurückströmende Hydraulikflüssigkeit nicht mehr ohne Weiteres, oder allenfalls über eine Drosselstelle zwischen dem ersten radialen Durchlaß 29 und dem Steuerkolben 13, durch die erste Radialbohrung 2 9 zum Tank zurückgelangen kann. Der Steuerkolben
13 kann den ersten Durchlaß 2 8 auch vollständigen abdichten. Die Hydraulikflüssigkeit ist dann gezwungen, durch die weiterhin offene, axial in Richtung auf das offene Stirnende 26 des Ventilkolbens 12 zu versetzt liegende zweite Radialbohrung 28 und im Anschluss daran durch die dort ausgebildete einzige oder weitere Drosselstelle hindurchzutreten. Wie in der Fig. ferner zu erkennen, ist innerhalb der Steuerkolbenführung 14 in der Zwischenstellung des Steuerkolbens 13 oberhalb des Steuerkolbenschafts 36 ein Ringspalt 37 gebildet. Die vom Stempel zurückströmende Hydraulikflüssigkeit, die durch die zweite Radialbohrung 28 und durch die Drosselstelle hindurchgetreten ist, kann im Weiteren über den Ringspalt 3 7 und durch die Durchflußöffnung 3 0 hindurch zum Tank bzw. zum Rücklaufanschluß R zurückströmen. Dadurch ist ein sanftes Ein- bzw. Zu-
rückfahren des Stempels mit den oben genannten Vorteilen sichergestellt .
Der vom Steuerdruckanschluß ST her auf den Steuerkolben 13 aufgebrachte Steuerdruck ist so gewählt, daß zunächst nur der Steuerkolben 13 von seiner Ausgangsstellung in seine Zwischenstellung bewegt wird, ohne daß gleichzeitig auch der Ventilkolben 12 aufgesteuert wird. Der Ventilkolben 12 verbleibt also zunächst in seiner Schließposition, bei der der Ventilkegel 15 auf dem Dichtring 18 anliegt und den Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit vom Hochdruckanschluss P zur zweiten Radialbohrung 28 versperrt. Durch die separate Verschiebung des Steuerkolbens 13 von seiner Ausgangs- in seine Zwischenstellung kann also der Durchfluß vom Verbraucheranschluss A zum Rücklaufanschluß R gedrosselt werden, ohne daß dabei Hydraulikflüssigkeit: von der Hochdruckseite P her mit einbezogen ist. Hierdurch lässt sich allein durch das Wegeventil ein sanftes Zurück- bzw. Einfahren des Stempels realisieren, ohne zusätzliche externe Drosselventile bereitzustellen. Fig. 4 zeigt eine hydraulische Schaltskizze zu der Zwischenstellung des Wegeventils 10 gemäß Fig. 3. Die erläuterte Drosselwirkung zwischen dem Verbraucheranschluss A und dem Rücklaufanschluß R ist symbolisch angedeutet.
Das Umschalten des Ventils und das Verfahren des Ventilkolbens 12 vom Schließzustand in den Öffnungszustand erfolgt bei maximalem Steuerdruck, nachdem der Steuerkolben 13 in seine Zwischenposition verfahren wurde und am Ventilkolben bereits anliegt. Die vom Steuerdruckanschluß ST her zugeführte Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt gleichzeitig die Ringstirnfläche 33 des Steuerkolbens 13 und die bodenseitige Stirnfläche 38 des Ventilkolbens 12, wobei die resultierende Gesamtfläche größer ist als die zu Beginn der Schaltbewegung mit dem Steuerdruck beaufschlagte Ringstirnfläche 33 des Steuerkolbens.
Die über den an der Gesamtfläche 33, 38 anstehenden Steuerdruck aufgebrachte Kraft ist nun hoch genug, um die auf den Ventilkolben 12 entgegengesetzt wirkende Vorspannkraft zu überwinden. Infolge des Formschlusses zwischen der Einkragung 34 und dem Schulterabschnitt 35 bewegt sich der Steuerkolben 13 zusammen mit dem Ventilkolben 12 in der Zeichnung weiter nach oben. Bei dieser Verschiebung des Ventilkolbens 12 hebt der Ventilkegel 15 vom Dichtring 18 ab, so daß Hydraulikflüssigkeit vom Hochdruckanschluß P über die Durchtrittsöffnung durch die zweite Radialbohrung 2 8 und den hohlzylindrischen Ventilkolben 12 hindurch zum Verbraucheranschluss A strömen kann. Der Steuerkolbenschaft 3 6 verschließt nach wie vor die erste Radialbohrung 2 9 und verhindert somit ein Abströmen der Hydraulikflüssigkeit durch die erste Radialbohrung 2 9 zurück zum Tank.
Nach Abheben des Ventilkegels 15 vom Dichtring 18 bildet sich zwischen diesen beiden Bauelementen unmittelbar ein großer Spalt, so daß der Durchlass zwischen dem Hochdruckanschluss P und der zweiten Radialbohrung 28 im Wesentlichen freigegeben wird und eine große Menge an Hydraulikflüssigkeit vorbeiströmen kann. Hierdurch resultiert ein schnelles Ansprechverhalten des Wegeventils beim Aufsteuern. Da beim Abheben des Ventilkegels 15 bzw. des Kegelflächenrings 16 vom Dichtring 18 Hydraulikflüssigkeit an die Unterseite des Kegelflächenrings 16 gelangt, findet ein Druckausgleich statt, mit der Folge, daß das weitere Aufsteuern des Ventilkolbens 12 ggf. schlagartig und schnell erfolgt. Gleichzeitig lassen sich beim Abheben des Ventilkegels 15 auch nachteilige Druckstöße vermeiden, da die einströmende Hydraulikflüssigkeit ebenfalls nach unten zur Drosselstelle gelangen und im Weiteren durch den noch nicht verschlossenen Ringspalt 3 7 und die Durchlaßöffnung 3 0 zum Tank zurückgelangen kann. Der Kunststoff-Dichtring 18 ist gegenüber dem Ventilsitzträger 11 mittels eines zwischen diesen
und den Dichtring 18 eingelegten O-Ring 21 abgedichtet, der wirksam verhindert, daß sich hinter dem Kunststoff-Dichtring 18 ein Druck von der Hochdruckflüssigkeit aufbauen kann, die von dem Hochdruckanschluss P zugeführt wird.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Steuerkolben 13 einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser des Ventilsitzträgers 11 entspricht. Ebenso sind auch der Durchmesser des Steuerkolbenschafts 36 und der wirksame Öffnungsdurchmesser des Ventilkegels 15 zumindest annähernd gleich. Durch diese Abstimmung der jeweiligen Durchmesser wird ein Druckausgleich erreicht, wodurch zum Öffnen des Wegeventils 10 nur ein vergleichsweise geringer Steuerdruck erforderlich ist, der im Wesentlichen nur die Schließkraft der Schließfeder 17 überwinden muß. Hierdurch wird ein sehr sicheres Schaltverhalten des Wegeventils 10 erzielt.
Fig. 5 zeigt das Wegeventil 10 in seiner Öffnungsstellung. Die Anordnung des zweiten Durchlaß 2 8 und deren Abstand vom ersten Durchlaß 2 9 ist so gewählt, daß nun die Verbindung zwischen der Durchlaßöffnung 31 und der zweiten Radialbohrung 2 8 voll-ständig freigegeben ist und somit keine Strömungsverluste zwischen Hochdruckanschluß P und Verbraucheranschluss A auftreten. Wie in Fig. 5 weiter zu erkennen, gelangt in der Öffnungsstellung des Wegeventils 10 der Steuerkolben 13 in seine Endstellung. Hierbei kommt ein vorderes Ende des Steuerkolbenschafts 36 mit einem daran angepassten konisch ausgebildeten Bereich des Halterings 20 zur Dichtungsanlage, so daß der Ringspalt 37 zur Drosselstelle hin verschlossen ist und somit der Rücklaufanschluß R verschlossen ist. Der Haltering 20 dient somit für das vordere Ende des Steuerkolbenschafts gleichzeitig als Dichtsitzelement. Durch den genannten konisch ausgebildeten Bereich des Halterings 20 läßt sich eine ausgezeichnete Dichtwirkung zwischen Haltering und Steuerkolben-
schaft erzielen. Der Rücklaufanschluß R wird durch den Steuerkolben 13 außerdem in der Weise verschlossen, daß eine Außenwandung des Steuerkolbenschafts 3 6 die mit dem Rücklaufanschluß R korrespondierende Durchlaßöffnung 3 0 überdeckt. Die Toleranzen zwischen den Materialpaarungen sind hierbei zur Erzielung einer gewünschten Dichtwirkung entsprechend gewählt. Aufgrund des verschlossenen Rücklaufanschlusses R können bei voll aufgesteuertem Wegeventil nachteilige Leckageströme der von dem Hochdruckanschluss P zuströmenden Hydraulikflüssigkeit durch die Drosselstelle hindurch nicht auftreten, wobei ohnehin die Spaltlänge der aneinanderllegenden Flächen 12A, 2OA die Leckage minimiert. Im Ergebnis kann hierdurch die Hydraulikflüssigkeit verlustfrei vom Hochdruckanschluss P zum Verbraucheranschluss A fließen. Die Öffnungsstellung des Wegeventils 10 ist in Fig. 6 durch eine entsprechende Schaltskizze gezeigt.
Zur Gewährleistung der erforderlichen Dichtwirkung zwischen den relativ zueinander bewegten Bauelementen des Wegeventils sind diverse Stangendichtungen jeweils bestehend aus einem CD-Ring 23 und einem Stützring 24 vorgesehen. Neben der bereits oben erläuterten Dichtstelle zwischen Führungsring 25 und Ventilkolben 12 sind diese Stangendichtungen ferner vorgesehen zwischen einer Innenwandung des Steuerkolbenschafts 3 6 und dem Ventilkolben 12, zwischen einer Außenwandung des Steuerkolbenschafts 3 6 und einer Innenwandung der Steuerkolbenführung 14, und im übrigen zwischen jeweiligen Außenwandungen des Führungsrings 25, des Ventilsitzträgers 11 bzw. der Steuerkolbenführung 14 und der Aufnahmebohrung des (nicht gezeigten) Ventilgehäuses .
Das erfindungsgemäße Wegeventil kann in Baueinheit aller seiner wesentlichen Bestandteile als Ventilpatrone aus dem Ventilgehäuse ausgebaut werden. Hierzu weist der Ventilkolben
an seiner bodenseitigen Stirnfläche 38 ein Anschlussgewinde auf, in das zum Ausbau der Ventilpatrone ein Demontagewerkzeug (nicht gezeigt) eingeschraubt werden kann. Ferner ist am oberen Ende des Ventilkolbens 12 ein Sprengring 40 angeordnet, der sich beim Herunterziehen des Ventilkolbens 12 (in Fig. 5 nach unten) an einer Schulter 41 des Führungsrings 25 anlegt. Somit lässt sich die Ventilpatrone als Ganze mittels des eingeschraubten Demontagewerkzeug aus der Aufnahmebohrung des Ventilgehäuses herausziehen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es sind eine Vielzahl von Änderungen und Ergänzungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Eine "abdichtungsfreien Führung" zwischen Ventilkolben und Haltering lässt sich auch in allgemeinem Sinne so verstehen, daß hiermit ein gedrosseltes Überströmen von Hydraulikflüssigkeit vom Innenraum 32 bei abgehobenem Kegelflächenring 16 in den Ringspalt 37 möglich ist. Alternativ zur oben beschriebenen Ausgestaltung können auch geeignete Überströmkanäle oder Bohrungen vorgesehen sein, wobei sich bei nicht verschlossenem Rücklaufanschluß R die Drosselwirkung wie gewünscht einstellt. Eine weitere oder eine alternative Drosselstelle kann auch zwischen dem vorderen Ende des Steuerkolbenschaftes und dem ersten radialen Durchlaß vorgesehen sein, so daß mithin dieser in der Zwischenstellung des Steuerkolbens nur annähernd vollständig abgedeckt bzw. abgedichtet ist. Im Übrigen ist das erfindungsgemäße Wegeventil auch für andere hydraulische Schaltaufgaben einsetzbar.