DE1030647B

DE1030647B - Druckmittelgesteuertes Ventil

Info

Publication number: DE1030647B
Application number: DEM23524A
Authority: DE
Inventors: Adolf Th Mueller; Kurt Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-06-22
Filing date: 1954-06-22
Publication date: 1958-05-22

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, Ventile für Flüssigkeiten oder Gase elektromagnetisch oder durch Druckmittel zu betätigen. Bei der Druckmittelbetätigung kann dabei entweder das Druckmittel, das in der durch das Ventil zu verschließenden und zu öffnenden Leitung fließt, selbst verwendet werden, oder es kann ein anderes Druckmittel, beispielsweise Leitungswasser, zum öffnen und Schließen des Ventils dienen. Es ist weiterhin bekannt, solche durch ein Druckmittel bewegte Ventile elektromagnetisch zu steuern. Eine bekannte Ausführungsform benutzt für die Steuerung einen Servokolben, bei dem beide Seiten des Kolbens vom Druckmittel beaufschlagt sind, wobei die Steuerung durch das Abfließen des Druckmittels durch eine Bohrung des Kolbens bewirkt wird, die elektromagnetisch geöffnet bzw. verschlossen werden kann. Solange die öffnung verschlossen ist, überwiegt der Druck auf die Seite des Kolbens, in die diese öffnung mündet. Sobald die öffnung geöffnet wird, wird diese Seite des Kolbens entlastet, und der Druck des Druckmittels auf die andere Kolbenseite überwiegt, wodurch die Bewegung des Kolbens veranlaßt wird.

Ist die in der zu verschließenden Leitung selbst fließende Flüssigkeit zur Steuerung des Kolbens nicht geeignet, etwa weil sie unter zu geringem Druck steht, wie dies beispielsweise bei den Schmutzwasserablässen von Waschmaschinen der Fall ist, so kann als Druckmittel Leitungswasser verwendet werden. Dieses wird dem Zylinder, in welchem sich der Steuerkolben bewegt, zugeführt. Der Kolben selbst schließt den Zylinder nicht dicht ab, sondern es ist zwischen Kolben und Zylinder eine schmale, spaltförmige öffnung vorgesehen, so daß sich das Druckmittel unter Überwindung des Strömungswiderstandes dieses Spaltes in den Räumen über und unter dem Kolben ausgleichen kann.

Bei diesen bekannten Ventilen kommt es vor, daß bei plötzlichem Ansteigen des Druckes in der Leitung sich das Ventil unbeabsichtigt für kurze Zeit öffnet. Solche Druckerhöhungen hatten auch gelegentlich zur Folge, daß die Ventile anfingen zu pendeln.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die durch Druckschwankungen erzeugten Pendelungen und ähnliche Störungen darauf zurückzuführen sind, daß bei einer plötzlichen Erhöhung des Leitungsd'ruckes sich der Druck zwischen den beiden Kammern oberhalb und unterhalb des Kolbens durch die schmale, spaltförmige öffnung nicht sofort ausgleichen kann, so daß, ohne daß die Bohrung des Kolbens freigegeben ist, kurzzeitig der Druck in der einen Kammer überwiegt und sich das Ventil öffnet. Beim Schließen kann dann z. B. infolge eines Wasserschlages eine neue Drucksteigerung eintreten, die wiederum das öffnen des Ventils zur Folge hat, wodurch sich

Druckmittelgesteuertes Ventil

Anmelder:

Adolf Th. Müller und Kurt Müller,
Düsseldorf-Urdenbach, Bücher Str. 33

Adolf Th. Müller und Kurt Müller,

Düsseldorf-Urdenbach,
sind als Erfinder genannt worden

ao das Pendeln erklärt. Gemäß der Erfindung können diese Störungen dadurch vermieden werden, daß die Druckmittelzuführung seitlich am Zylinder so angeordnet ist, daß sich der Kolben bei geschlossenem Ventil in Höhe der Druckmittelzuführung befindet, sich aber bei Betätigung über diese hebt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß in der Schließstellung des Ventils der Strömungswiderstand von der Zuflußöffnung nach beiden Kammern über und unter dem Servokolben mindestens annähernd gleich ist, so daß Drucksteigerungen in der Leitung sich auf beide Kammern gleichzeitig auswirken und daher ein unbeabsichtigtes öffnen des Ventils nicht eintreten kann. Dadurch wird allerdings auch das Eintreten des Druckmittels aus der Leitung in die untere Kammer beim beabsichtigten öffnen des Ventils gedrosselt, so daß die Ansprechzeit der Steuerung verlängert wird.

Es sind zwar druckmittelgesteuerte Ventile mit beiderseitig vom Druckmittel beaufschlagten Kolben bekannt, bei denen die Druckmittelzuführung seitlich am Zylinder in Höhe des Kolbens angeordnet ist, sie befindet sich aber sowohl in Offensitellung als auch in der Schließstellung seitlich des Kolbens, so daß die Pendelungen des Kolbens bei diesen bekannten An-Ordnungen durch diese Anordnung der Druckmittelzuführung nicht vermieden sind. Es ist auch bekannt, bei¹ druckluftgesteuerten Sicherheitsventilen¹, bei denen der Steuerkolben nur von einer Seite vom Druckmittel beaufschlagt wird, die Druckmittelzuführung so anzubringen, daß sie in der Schließstellung durch den Steuerkolben verschlossen wird.

Gemäß der weiteren Erfindung kann ein rascheres Ansprechen der Steuerung dadurch erzielt werden, daß die Mantelfläche des Kolbens an der bei ge-

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schlossenem Ventil der Druckmittelzuführung gegenüberliegenden Stelle eine Ringnut aufweist. Dadurch wird erreicht, daß das Druckmittel den Kolben ohne nennenswerten Strömungswiderstand auf seinem ganzen Umfang umströmen und auch am ganzen Umfang durch den Ringspalt in die Räume über und unter dem Kolben eintreten kann. Im Anfang der Bewegung des Kolbens, d. h. bis dieser den direkten Zufluß des Druckmittels von der Zuflußöffnung in den Raum

sehen Kolben und Zylinder nur langsam, d. h. mit einem merklichen Druckabfall, nachfließen kann, vermindert sich der Druck auf die Oberseite des Kolbens 4, so daß nunmehr der Druck auf die Unterseite überwiegt und der Kolben 4 sich hebt.

Wäre die Kolbenmantelfläche als glatte Zylinderfläche ausgebildet, so würde das Druckmittel nur in der nächsten Umgebung der Zuflußöffnung 9 durch den Ringspalt treten, d. h., es würde nur sehr wenig

unter dem Kolben freigibt, setzt sich der Kolben, io Druckmittel nachfließen und das Ventil sehr langsam

wenn dabei noch größere Gegenkräfte zu überwinden sind, infolge der Drosselung des Druckmittelzuflusses durch den Ringspalt nur langsam in Bewegung. Gemäß der weiteren Erfindung kann der Steueransprechen. Deshalb ist die Mantelfläche des Kolbens 4 mit einer Ringnut 11 versehen, so daß das Druckmittel den Kolben 4 umfließen und auf dem vollen Umfang des Kolbens 4 durch den Ringspalt

kolben gegen das Verschlußstück um , eine solche 15 treten kann. Dadurch wird erreicht, daß der Kolben 4 Strecke verschiebbar sein, daß das Ventil erst geöff- sich rascher hebt als beim Fehlen dieser Ringnut der

Fall

net wird, wenn der Steuerkolben die Druckmittelzuführung freigegeben hat. In diesem Falle wird das Ventil erst geöffnet, wenn das Druckmittel dem Zylin-

wäre. Die Kraft, die der Kolben 4 dabei entwickelt, ist jedoch gering und nimmt erst höhere Werte an, wenn die Unterseite des Kolbens an der

der ohne Drosselung zugeführt wird, so daß etwa vor- 20 Druckmitteleintrittsstelle 9 vorbeigegangen ist, so handene größere Gegenkräfte sicher überwunden wer- daß das Druckmittel ohne einen Ringspalt zu passieden. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht
werden, daß der Kolben mit dem Verschluß stück
durch eine Stange verbunden ist, auf der er zwischen

ren, in den Raum unter dem Kolben 4 treten kann. Die Ansprechzeit des Ventils kann weiter verkürzt und vor allem ein sicheres Ansprechen erreicht werden, wenn der Kolben 4 während des ersten Teils des Hubes bis zur Freigabe der Öffnung 9 keine Arbeit leisten muß. Zu diesem Zweck ist der Kolben auf eine Stange 12 aufgesetzt, auf der er sich zwischen zwei Anschlägen frei bewegen kann. Wird durch Erregung

zwei Anschlägen frei verschiebbar ist.

Die Steuerung des Ventils durch die Entlastung der einen Kolbenseite bringt es mit sich, daß bei geöffnetem Ventil notwendig stets etwas Druckwasser durch die Bohrung im Kolben abfließen muß. Sofern

die dadurch bedingten Druckwasserverluste zu groß 30 der Spule 5 der Anker 7 angehoben und die Öffnung 8 erscheinen, können sie dadurch vermindert werden, geöffnet, so daß die Oberseite des Kolbens 4 vom daß bei voll geöffnetem Ventil der Durchfluß des Druckmittel entlastet wird, so führt der Kolben 4 Druckmittels durch die Bohrung des Kolbens gedros- zuerst einen Leerhub aus, bis seine Vorderseite die seit ist. Um eine solche Drosselung zu erreichen, kann als Anschlag dienende Mutter 13 erreicht hat. Nach beispielsweise die Kolbenstirnwand und die ihr gegen- 35 Ausführung dieses Leerhubes ist die Zuflußöffnung 9 überliegende Zylinderstirnwand so ausgebildet sein, in direkter Verbindung mit dem Raum unter dem daß bei voll geöffnetem Kolben nur ein schmaler
Durchlaß zwischen den beiden Flächen verbleibt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Ventils gemäß der Erfindung, aus dem weitere Einzelheiten erkennbar sind, ist in der Abbildung dargestellt.

Das Verschlußstück 1 verschließt die Rohrleitung 2, wobei es sich beispielsweise um den Schmutzwasserablaß einer Waschmaschine handeln kann. Zur Steue-

Kolben 4. Der Druck kann jetzt auf die Unterseite voll wirken, während das nach der Oberseite durchsickernde Wasser durch die Öffnung 8 frei abfließen kann, so daß sich der Kolben 4 rasch hebt und das Ventil rasch geöffnet wird. Dieser Leerhub des Kolbens 4 hat noch den weiteren Vorteil, daß, wenn etwa durch rasche Druckänderungen in der Leitung doch noch geringfügige Bewegungen des Kolbens 4 hervorrung dieses Ventils ist ein Zylinder 3 vorgesehen, in 45 gerufen werden sollten, diese noch kein öffnen des welchem ein Kolben 4 verschiebbar ist, wobei zwi- Ventils 1 zur Folge haben. Eine verhältnismäßig sehen Kolben und Zylinderwand ein schmaler Spalt schwache Feder 14 wirkt der Bewegung des Kolbens 4 vorgesehen ist, so daß sich das Druckmittel in den entgegen, um sicherzustellen, daß beim Schließen des beiden Räumen über und unter dem Kolben 4 aus- Ventils 1 der Kolben 4 stets in die gezeichnete Ausgleichen kann. Die Steuerung erfolgt elektromagne- 50 gangslage zurückkehrt, in der der Druck oberhalb des tisch mittels einer Magnetspule 5, deren Anker 7 die Kolbens das Ventil geschlossen hält. Bohrung 8 im Kolben 4 verschließt, solange der Elek- Um die Druckmittel Verluste bei geöffnetem Ventil

tromagnet nicht erregt ist. In der Abbildung ist die- möglichst gering zu halten, kann die Stirnseite des ser Zustand des Ventils dargestellt. Die Druckmittel- Kolbens 4 und die ihr zugewandte obere Stirnseite zuführung 9 ist an der Seite des Zylinders vorgesehen, 55 des Zylinders 3 so ausgebildet sein, daß bei voll ge- und zwar an der Stelle, an der sich der Kolben 4 be- öffnetem Ventil nur ein enger Spalt zwischen den beifindet, wenn das Ventil geschlossen ist. Der Innen- den Flächen verbleibt, durch den nur wenig Wasser raum des Zylinders 3 steht also ständig unter dem hindurchsickert. Um die Wirkungsweise des Ventils Leitungsdruck, wobei der Strömungswiderstand von sicherzustellen, ist es lediglich erforderlich, daß zwider Öffnung 9 in die Räume über und unter dem 60 sehen diesen beiden Flächen Flüssigkeit vorhanden

Kolben 4 praktisch gleich groß ist.

Dieser Druck wirkt in der gezeichneten Stellung von oben auf die ganze Kolbenfläche, von unten auf die Kolbenfläche abzüglich des Querschnittes des Schaftes

ist, so daß, wenn die Öffnung 8 durch den Magnetanker 7 wieder geschlossen wird, der Druck wieder auf den vollen Wert des Leitungsdrucbes ansteigt und auf die Oberfläche des Kolbens wirkt. Zur Abdich-

10. Der Druck von oben überwiegt daher, und das 65 tung des Schaftes 10 gegen die untere Zylinderstirn-Ventil wird durch den Druck geschlossen gehalten. fläche kann, um die Reibungsverluste hier möglichst Wird die Magnetspule 5 erregt, so wird der Anker 7
von der öffnung 8 abgehoben, und es kann Druckmittel

aus dem oberen Raum durch die Öffnung 8 abfließen.

gering zu halten, was bei Verwendung einer Stopfbüchse nicht möglich wäre, eine Ringmanschette 15 aus geeignetem elastischem Material vorgesehen sein,

Da das Druckmittel durch den schmalen Spalt zwi- 70 die so geformt ist, daß sie durch den Druck des im

Zylinder befindlichen Druckmittels gegen den Schaft gedrückt wird.

Claims

Patentansprüche·.

1. Druckmittelgesteuertes Ventil, bei dem beide Seiten eines Steuerkolbens, der in einem vom Druckmittel getrennten Zylinder beweglich ist, vom Druckmittel beaufschlagt sind, bei dem zwischen Kolben und Zylinder eine schmale spaltförmige öffnung vorgesehen ist und bei dem die Steuerung durch Abfließen des Druckmittels durch eine durch ein Hilfsventil verschließbare Bohrung des Kolbens bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung (9) seitlich am Zylinder (3) so angeordnet ist, daß sich der KoI-ben (4) bei geschlossenem Ventil (1) in Höhe der Druckmittelzuführung (9) befindet, sich aber bei Betätigung über diese hebt.

2. Druckmittelgesteuertes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Kolbens (4) an der bei geschlossenem Ventil (1) der Druckmittelzuführung (9) gegenüberliegenden Stelle eine Ringnut (11) aufweist.

3. Druckmittelgesteuertes Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) gegen das Verschlußstück (1) um eine solche Strecke verschiebbar ist, daß das Ventil (1) erst geöffnet wird, wenn der Kolben (4) die Druckmittelzuführung (9) freigegeben hat.

4. Druckmittelgesteuertes Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) mit dem Verschlußstück (1) durch eine Stange (12) verbunden ist, auf der er zwischen zwei Anschlägen (10., 13) frei verschiebbar ist.

5. Druckmittelgesteuertes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei voll geöffnetem Ventil (1) der Durchfluß des Druckmittels durch die Bohrung (8) des Kolbens (4) gedrosselt ist.

6. Druckmittelgesteuertes Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung dadurch erfolgt, daß bei voll geöffnetem Kolben (4) zwischen Kolbenstirnwand und Zylinderstirnwand nur ein entsprechend schmaler Durchlaß verbleibt.

7. Druckmittelgesteuertes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung des Schaftes (10), durch den Kolben (4) und Verschluß stück (1) verbunden sind, durch die andere Zylinderstirnwand mittels einer Ringmanschette (15) abgedichtet ist, die durch das Druckmittel im Zylinder (3) an den Schaft (10) angedrückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 676 340;
schweizerische Patentschrift Nr. 211 709.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen