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Regelventil mit zwei in einem Gehäuse befindlichen Verschlußteilen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelventil mit zwei in einem Gehäuse befindlichen
Verschlußteilen, von denen eines auf dem anderen gleitbar ist und die relativ zueinander
gegen die Wirkung einer Feder verschiebbar sind, um den Fluß durch das Ventil zu
regeln. Regelventile dieser Art sind bekannt.
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Ferner sind Regelventile bekannt, bei denen ein erstes Ventil als
Relais für das zweite Ventil, das ein Umgehungsventil ist, wirkt. Die Druckdifferenz
über dem Relais bewirkt, daß sich der Fluß durch einen Durchlaß erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil zu schaffen,
das das Ansteigen eines Durchsatzes über einen bestimmten Höchstwert selbsttätig
unterbindet und dabei konstruktiv äußerst kompakt, einfach und billig in der Herstellung
und von Gewicht verhältnismäßig leicht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Regelventil eingangs genannter Art
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschlußteil unabhängig vom anderen
gegenüber dem Gehäuse beweglich ist, daß die Lage des einen Verschlußteils sich
in bekannter Weise in Abhängigkeit von der durch das Ventil fließenden Flüssigkeitsmenge
verändert, während die Lage des anderen Verschlußteils sich in gleichfalls bekannter
Weise in Abhängigkeit von einem Druck verändert.
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In einer Ausbildung der Erfindung sind die Verschlußteile konzentrisch
angeordnet und in Richtung ihrer gemeinsamen Achse relativ zueinander verschiebbar.
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Das auf die Durchfiußmenge ansprechende Verschlußteil weist vorzugsweise
eine Düse im Strömungsweg auf, deren Druckabfall die Stellung dieses Verschlußteils
bestimmt.
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Bevorzugt steht das eine Verschlußteil über ein Gestänge mit einem
Federrohr in Verbindung, dessen Innenraum mit dem die Einstellung des Durchflußquerschnittes
mitbestimmenden Druck in Verbindung steht.
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Eine Anwendung für das erfindungsgemäße Durchsatzregelventil ist die
Regelung von hydraulischen Motoren, welche eine Pumpe antreiben. Auf der
Ab-
gabeseite der Pumpe wird bei dieser Anwendung der Druck herangezogen,
um die Einstellung des einen der beiden Ventilkörper relativ zu dem anderen zu regeln,
derart, daß dieser Druck auf der Abgabeseite der Pumpe innerhalb bestimmter Grenzen
bleibt. Das erfindungsgemäße Ventil bestimmt bei dieser Anwendung auch den höchstmöglichen
Durchsatz durch das Ventil, d. h. den höchstmöglichen Druckmittelzufluß,
nach dem hydraulischen Motor, und verhindert damit überhöhte Drehzahlen dieses Motors.
Es ist damit sichergestellt, daß sich im Falle eines Bruchs im Kreislauf der von
dem hydraulischen Motor angetriebenen Pumpe keine Überhöhung der Motordrehzahl eintritt.
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Das erfindungsgemäße Regelventil kann weiterhin in einem drehmomentgesteuerten
System zur Verhütung des Durchlaufens eines Motors verwendet werden, dessen Drehmoment
als hydraulischer Druck gemessen wird. Dieser hydraulische Druck wird dem einen
Verschlußteil zugeführt. Der hydraulische Druck repräsentiert in diesem Fall das
Drehmoment.
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Ferner kann das Regelventil in einem linearen Belätigungsmechanismus
verwendet werden, in dem ein hydraulisches Drucksignal dem einen Verschlußteil zugeführt
wird. Die Anordnung ist dann derart zu treffen, daß, wenn der Arbeitsdruck in dem
Betätigungsmechanismus einen Grenzdruck überschreitet, beispielsweise am Ende seines
Betätigungshubes, das Signal das Absperren des Druckens auslöst.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit der Zeichnung. Das Ausführungsbeispiel
richtet sich auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Regelventils auf die Regelung
eines hydraulischen Motors, welcher einen Kraftstoffverteiler für Flugzeugtriebwerke
antreibt.
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Der Kraftstoffzuteiler 11 besteht aus drei Zellen
13, 14 und 15, deren jede ein Flügelrad enthält. Die
Saugseiten
der Zellen sind über Leitungen 16, 19 und 20 mit verschiedenen Vorpumpen
17 verbunden, welche am Ausfluß verschiedener Brennstofftanks 18
vorgesehen
sind. Die Pumpen 17 werden von verschiedenen Elektromotoren 17 a angetrieben.
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Leitungen 21, 22 und 23 führen- v on der Druckseite der Zellen
13, 14 und 15 zu einer gemeinsamen Leitung 24 und über diese zu einem
Sammeltank 25.
Von dem Sammeltank 25 führt eine Kraftstoffleitung
26 zu dem Triebwerk des Flugzeugs.
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Eine Druckmittelleitung 27 führt von einer Pumpe, zu dem hydraulischen
Motor 12 über ein erfindungsgemäßes Regelventil. Dieses besteht aus einem Gehäuse
28 mit einer Einlaßöffnung 29 in seinem oberen Teil und einer seitlichen
Auslaßöffnun- 30. An der Innenwandung des Gehäuses 28 sind zwei Gleitlager31a
und 31b ausgebildet. In diesen Lagern ist ein hülsenförmiges Verschlußteil
32 verschiebbar, das oben abgeschlossen ist bis auf eine Düse 33.
Im Verschlußteil 32 sind nach einem bestimmten Muster Bohrungen 34 angeordnet,
die außen erweitert sind. Die Auslaßöffnung 30 steht mit einer ringförmig
,en Ausnehmung 35 im Gehäuse 28 in Verbindung. Die Bohrungen 34 münden
in die ringförmige Ausnehmung 35, stellen also eine Verbindung zwischen dem
Innern des Verschlußteils 32 und der Auslaßöffnung 30
her. Die Einlaßöffnung
29 steht mit einer weiteren Kammer des Ventilgehäuses 28 in Verbindung,
welche auf der von dem Lager 31 b abgelegenen Seite des Lagers
31 a liegt. Diese Kammer ist von der ringförmigen Ausnehmung
35 durch das obere Ende des Verschlußteils 32 abgeschlossen und steht
mit dessen Innenraum 41 über die Düse 33 in Verbindung.
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Am unteren Ende des Verschlußteils 32 ist ein Flansch
36 angesetzt. Die obere Fläche dieses Flansches steht normalerweise im Eingriff
mit einer an dem Lagerflansch 31 b angeordneten Fläche, während eine Schraubenfeder
37 auf die Unterseite dieses Flansches einwirkt.
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Die Feder 37 greift mit ihrem anderen Ende an einen Flansch
38 an, der am unteren Ende eines Verscblußteils 39 ausgebildet ist.
Der Rohrabschnitt 40 dieses Verschlußteils ist konzentrisch zum Verschlußteil
32 angeordnet und in axialer Richtung darin verschiebbar. Das obere Ende
des Rohrabschnitts 40 befindet sich in der Höhe der Bohrungen 34, so daß bei einer
Verschiebung des Rohrabschnittes 40 nach oben der Durchflußquerschnitt verringert
wird, während bei einer Bewegung nach unten der effektive Durchflußquerschnitt'vergrößert
wird. Die Feder 37
drückt das Verschlußteil 39 in Richtung auf eine
Zwischenwand 42 des Gehäuses 28.
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Die Zwischenwand 42 ist von einer zentralen Bohrung 43 durchbrochen,
innerhalb welcher eine Stange 44 verläuft. Das obere Ende dieser Stange greift an
der Unterseite des Flansches 38 des Verschlußteils 39 an, während
das untere Ende am Deckel 45 eines Federrohres 46 angreift. Das Federrohr 46 ist
in einer Federrohrkammer 47 im unteren Teil des Ventilgehäuses 28 untergebracht.
Ein Block 48 erhebt sich vom Boden des Ventilgehäuses 28 und bildet einen
Anschlag für den Deckel 45 des Federrohres 46. Das untere Ende des Federrohres 46
ist am Gehäuse 28
dicht angeschlossen. An dem Deckel 45 ist ein Bolzen 49
befestigt, welcher innerhalb einer zentralen Bohrung des Blockes 48 gleitend verschiebbar
ist.
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Die Bohrung 43 in der Zwischenwand 42 erweitert sich an einer Stelle'ru
einem Ringraum 51. Von diesein Ringraum führt eine Leitung 52 nach
einem Abffußkanal 53. Die Bohrung 50 in dem Block 48 erweitert sich
an einer Stelle zu einem Ringraum 54, von dem aus ein Kanal 55 nach einer
Abflußleitung 56 das hydraulische Druckmittel und Kraftstoff führt. Eine
Leitung 57 verbindet die das Federrohr 46 einschließende Kammer 47 mit der
Abflußleitung 56.
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Unterhalb des Ringraumes 54 erweitert sich die Bohrung 50 noch
einmal zu einem Ringraum 58. Eine Leitung 59 führt von diesem Ringraum
zu dem Abfluß 53.
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Der Abfluß 53 ist über eine Leitung 60 mit dem Abfluß
61 des hydraulischen Motors 12 verbunden. Die Abffußleitung 61 führt
nach einem Druckmitteltank.
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Eine Leitung 62 verbindet den Sammeltank 25 mit einer
öffriung 63 des Ventilgehäuses 28, welche nach dem Innern des Federrrohres
46 führt. Das untere Ende der Bohrung 50 ist über eine Leitung 64 mit der
die Feder 37 einschließenden Kammer 65 verbunden. Eine Bohrung
66 im Verschlußteil 39 führt von seinem Innenraum nach der Unterseite
des Flansches 38.
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Im Betrieb wird durch die Leitung 27 und die Einlaßöffnung
29 Druckmittel in das Gehäuse 28 eingeleitet. Dieses Druckmittel strömt
weiter durch die Düse 33, die Bohrungen 34, die ringförmige Ausnehmung
35 und die Auslaßöffnung 30 nach dem hydraulischen Motor 12, um dort
die Flügelräder des Kraftstoffzuteilers 11 anzutreiben. Das aus dem
hy-
draulischen Motor 12 abfließende Druckmittel gelangt über eine Leitung
61 zurück nach einem Druckmitteltank. Zu jedem Zeitpunkt des Betriebes steht
der Sammeltank 25 über die Leitung 62 und die öffnung 63 mit dem Innern
des Federrrohres 46 in Verbindung. Wenn das Flugzeugtriebwerk mit voller Leistung
läuft, ist der Druck in dem Sammeltank 25 am geringsten und damit auch der
Druck in dem Federrohr 46. Die Folge ist, daß sich der Deckel 45 des Federrohres,
die Stange, 44 und das Verschlußteil 39
in ihrer untersten Stellung befinden,
so daß der Durchflußquerschnitt der Bohrungen 34 am größten ist. Es liegt also der
größtmögliche Durchsatz und/ oder Druck in dem hydraulischen Motor 12 vor, und die
dem Kraftstoffzuteiler zugeführte Antriebsleistung ist am größten. Wenn das Flugzeugtriebwerk
mit verminderter Leistung läuft, wird auch der Kraftstoffbedarf gering, und der
Druck in dem Sammeltank 25
steigt. Die Folge ist, daß der Federrohrdeckel
45 nach oben gedrückt wird und das Verschlußteil 39
gegen die Wirkung der
Feder 37 anhebt und dadurch den Durchflußquerschnitt, der Bohrungen 34 vermindert
und in der Folge den Flüssigkeitsdruck in dem hydraulischen Motor 12 herabsetzt.
Es wird also auch die den Läufern des Zuteilers zugeführte Leistung geringer und
der Druck des Kraftstoffs in dem Sammeltank fällt. Der veränderte Druck in dem Sammeltank
ist also dem tatsächlichen Kraftstoffbedarf des Triebwerkes angepaßt.
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Mit dem hier dargestellten erfindungsgemäßen Durchsatzregelventil
kann auch die Gefahr einer überhöhten Drehzahl des Kraftstoffzuteilers und damit
des hydraulischen Motors gebannt werden.
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Eine erhöhte Geschwindigkeit könnte z. B. dann eintreten, wenn eine
oder mehrere der Leitungen 10,
19,20, 21,22,23 und 24 zu Bruch gehen.
Dies würde letztlich dazu führen, daß der hydraulische Motor und der Zuteiler außer
Kontrolle geraten. Dank der
Düse 33 im Verschlußteil
32 hängt dessen Stellung gegenüber dem Gehäuse 28 und gegenüber dem
Verschlußteil 39 von dem Durchsatz durch die Düse 33
ab. Wenn eine
Leitung zu Bruch gehen sollte, so steigt der Durchsatz durch die Düse
33, im vorliegenden Beispiel etwa über 15,6 ccm/Sek. Der Druckabfall
in der Düse 33 ist dann groß genug, um gegen die Wirkung der Schraubenfeder
37 eine Verschiebung des Verschlußteils 32 nach unten herbeizuführen.
Diese Verschiebung bringt auch eine Veränderung der Lage gegenüber dem Verschlußteil
39.
Der Strömungsquerschnitt der Bohrungen 34 wird geringer oder zu Null,
so daß der weitere Fluß des Druckmittels nach dem hydraulischen Motor unterbunden
ist.
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Die Bohrung 66 stellt sicher, daß die Verschlußteile
32 und 39 statisch im Gleichgewicht sind. Die Leitung 64 sorgt dafür,
daß die beiden Enden der Stange 44 und des Bolzens 49 hydrostatisch im Gleichgewicht
sind.
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Der Ringraum 51 dient dazu, um die Leckflüssigkeit, welche
an der Stange 44 entlang nach unten gelangt, abzufangen und durch die Leitung 42
abzuführen.
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Der Ringraum 58 hat die Aufgabe, die Leckflüssigkeit, welche
an dem Bolzen 49 nach oben gelangt, abzufangen und durch die Leitung59 abzuführen.
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Der Ringraum 54 schließlich fängt Kraftstoff und hydraulische Flüssigkeit
auf. Der Kraftstoff kann an dem Bolzen 49 nach unten fließen, während die
hy-
draulische Flüssigkeit über den Ringraum 58 hinaus an dem Bolzen
49 entlang nach oben steigen kann. Das Gemisch von Kraftstoff und hydraulischer
Flüssigkeit wird aus dem Ringraum 54 durch einen Kanal 55 nach dem Ausfluß
56 weitergeleitet.
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An Stelle gegeneinander versetzter Bohrungen 34 können diese auch
auf einer Linie liegen und unterschiedliche Größe haben.