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Steuerventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil mit einem
Schließglied, mit zwei Ausströmöffnungen zum Ausstoßen von Druckmittelstrahlen gegen
das Schließglied, wobei das Schließglied senkrecht zur Strömungsrichtung der Druckmittelstrahlen
bewegbar ist und an den den Austrittsöffnungen gegenüberliegenden Kanten Ausnehmungen
besitzt.
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Bei solchen Steuerventilen treten oft am Schließglied störende Schwingungen
auf. Dabei sind auch die durch das Schließglied hervorgerufenen hydraulischen Reaktionskräfte
der Auslenkung des Schließgliedes gegenüber nicht linear.
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Es sind Steuerventile mit quer zu ihrer Ebene bewegbaren Schließgliedern
bekannt, die durch Druckmittel aus senkrecht auf die Schließglieder gerichteten
Düsen beaufschlagt werden. Dabei ist das Schließglied um eine normal zu seiner Längsachse
liegende Achse schwenkbar, so daß die Düsen in angemessener Entfernung von dem in
der Gleichgewichtsstellung befindlichen Schließglied angebracht werden müssen. Dadurch
wird der Strömungsmittelabiluß in der Mittelstellung unerwünscht groß, und die Leckströmung
einer Düse nimmt weiter zu, wenn das Schließglied auf die andere Düse hin bewegt
wird. Es wird auch das Schließglied durch die Strömungsmittelstrahlen zum Vibrieren
gebracht, was wiederum Ursache von Pendelschwingungen des Schließgliedes ist.
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Bei einem anderen bekannten Steuerventil ist ein rohrförmiger Verteiler
vorgesehen, der durch eine Steuerkraft auf einer Kreisbahn bewegt werden kann und
dessen dem Drehpunkt benachbartes Ende an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist.
Das andere Ende des Verteilers gleitet auf einer Kugelfläche, in die eine Zuleitung
mündet. Da das Verteilerrohr dicht sitzend auf der Kugel bzw. Zylinderfläche gleiten
muß, ergibt sich eine verhältnismäßig große Reibung. Zwar wirkt hier die Reibung
schwingungsdämpfend; das Ventil wird dadurch aber im Bereich der neutralen Stellung
recht unempfindlich, insbesondere auch wegen der dort notwendigen endlichen Wandstärke
des Verteilerrohres. Es tritt auch bei dieser Ausführung gerade in der Stellung,
in der das Verteilerrohr die Steueröffnung freigibt, eine merkliche, durch die dann
wirksamen Druckverhältnisse bedingte Rückstellkraft ein. Die Steuerkraft muß erheblich
groß sein und kann als Funktion der Ventilstellung nicht stetig verlaufen.
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Im wesentlichen die gleichen Nachteile hat auch ein anderer hydraulischer
Verteiler mit magnetbetätigter Verteilerzunge, die Durchtrittsöffnungen aufweist,
die bei einer Auslenkung der Zunge aus der Mittelstellung mit verschiedenen Steuerkanälen
in Verbindung kommen. Das Druckmittel fließt dabei senkrecht zur Bewegungsebene
der Zunge. Abgesehen von den hier praktisch unvermeidlichen Reibungskräften ergeben
sich in den verschiedenen Betriebsstellungen noch weitere auf den Verteiler wirkende
Nebenkräfte, die eine empfindliche Steuerung nicht zulassen.
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Ausgehend von dem eingangs geschilderten, einen nicht vorveröffentlichten
älteren Vorschlag betreffenden Steuerventil wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die als Düsen ausgebildeten Ausströmöffnungen parallel zu legen, das Schließglied
mit seiner Länge parallel zur Ausströmrichtung der Düsen zu erstrecken und seine
mit den Düsen zusammenarbeitende Stirnfläche gegenüber den Düsenmündungen mit Spiel
anzuordnen. Das Strömungsmittel trifft dabei etwa senkrecht zu Bewegungsrichtung
der Prallplatten auf diese auf. Bemerkenswerte Reibung kann sich nicht einstellen,
obwohl sich die Düsen ganz in der Nähe des Bewegungsbereiches des zugehörigen Schließgliedes
anordnen lassen. Die in der Mittelstellung auftretende Leckströmung ist unbeachtlich
klein, und Vibrationen und Regelschwingungen sind praktisch ausgeschlossen. Die
parallel zueinander angeordneten Düsen können über- oder nebeneinanderliegen, und
das Schließglied kann durch den Verstellkräften entgegengerichtete Federkräfte in
seiner Mittelstellung vorgespannt sein.
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Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die den Düsen
gegenüberliegenden Ausnehmungen mit zunehmendem Abstand von der scharfen Kante zunehmend
nach außen gekrümmt. Hierdurch werden die Düsen nahe den Enden des Schließgliedes
in der Gleichgewichtslage gehalten,
wodurch die Leckströmung weiter
reduziert wird. Sobald das Schließglied, z. B. durch ein Steuersignal für eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung, aus der Mittelstellung herausbewegt wird, trifft der Strahl
einer Düse auf die scharfe Kante der Prallplatte, und es fließt ein gewisser Anteil
des Druckmittels längs der Ausnehmung. An den Düsen ergibt sich somit ein sehr genauer
Differentialdruck, der eine empfindliche Beeinflussung des gesteuerten Gliedes ermöglicht.
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Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Steuerung eines Steuerschiebers
das Schließglied und den parallel zu dessen Verstellrichtung verlaufenden Schieberkolben
durch eine Blattfeder zu verbinden. Besonders vorteilhaft kann es schließlich sein,
die Düsen im Schieberkolben selbst anzuordnen. Dieses letztere Merkmal hat nur Bedeutung
im Rahmen eines echten Unteranspruchs.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigt F i g. 1 die erfindungsgemäße Anordnung in einer perspektivisch gehaltenen
Seitenansicht, F i g. 2 eine Steuerung mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil
in einem Längsschnitt, F i g. 3 ein gegenüber F i g. 2 abgewandeltes System in einem
entsprechenden Teilschnitt, F i g. 4 und 5 jeweils eine der F i g. 2 entsprechende
Schnittdarstellung eines gegenüber dieser Figur weiterhin abgewandelten Systems.
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Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte System weist ein in einem Raum
2 eines Gehäuses 3 angeordnetes Schließglied 1 auf, das an einem Ende an einer anderseits
im Gehäuse 3 festgelegten Blattfeder 1 a gehalten ist. An der der Blattfeder 1 a
abgekehrten Seite des Schließgliedes 1 ist im Gehäuse 3 ein zylindrischer Raum 4
angeordnet, in dem ein Steuerschieber 5 mit drei Bunden verschiebbar gelagert ist.
Der Steuerschieber 5 ist durch zwei an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten angreifende
und anderseits am Gehäuse 3 abgestützte Schraubenfedern 6, 7 in seine aus
F i g. 2 ersichtliche Mittelstellung vorgespannt.
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Der Raum 4 ist über drei Kanäle 8, 8' und 9 an eine nicht dargestellte
Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen. Der Kanal 8 führt über eine Drosselstelle
8 a in den die Schraubenfeder 6 aufnehmenden Druckraum 4 a, während der Kanal
8' über eine Drosselstelle 8 a' in den die Schraubenfeder 7 aufnehmenden
Druckraum 4 b einmündet. Der Kanal 9 mündet in den Raum 4 zwischen dem linken
und dem mittleren Bund des Steuerschiebers 5 ein, während eine den mittleren Bund
umgebende Ringnut 10,
deren Breite von der des mittleren Bundes abweicht.
über einen Kanal 11 mit der einen Seite eines Zylinders 12 in Verbindung
steht, in dem ein mit seiner Kolbenstange andererseits aus dem Zylinder herausragender
Kolben 13 verschiebbar gelagert ist. An seinem kolbenstangenseitigen Ende ist der
Zylinder 12 an die gleiche Druckflüssigkeitsquelle wie die Kanäle 8, 8' und
9 angeschlossen.
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Der Druckraum 4 a ist über einen Kanal 14 mit i einer Düse
16 und der Druckraum 4 b über einen Kanal 15 mit einer Düse 17 verbunden. Die Austrittsöffnungen
der beiden Düsen 16, 17 münden in den Raum 2 des Gehäuses 3 aus, von wo aus die
ausgeströmte Flüssigkeit in einen nicht dargestellten Be- t hälter abfließen kann.
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß sich das Schließglied 1 mit seiner der Blattfeder
la abgekehrten äußeren Stirnfläche in seiner Mittelstellung gerade vor den Austrittsöffnungen
der Düsen 16, 17 befindet. Es weist jedoch zwei von dieser Stirnfläche ausgehende
und mit zunehmendem Abstand von derselben zunehmend nach außen gekrümmte seitliche
Ausnehmungen 18, 19 auf, die mit der Stirnfläche je eine innerhalb der zugleich
durch die Schwenkachse des Schließgliedes verlaufenden Mittelebene desselben verlaufende
scharfe Kante bilden. Auch die von den beiden Düsen 16, 17 ausgesandten Strahlen
verlaufen mit ihren Achsen etwa innerhalb der Mittelebene des Schließgliedes 1,
wenn sich dieses in der dargestellten Mittelstellung befindet. Dabei sind die Düsen
16, 17 gegenüber den beiden scharfen Kanten so angeordnet, daß die aus ihnen austretenden
Flüssigkeitsstrahlen bei der Mittelstellung des Schließgliedes 1 gerade gegen je
eine der beiden scharfen Kanten strömen.
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Schwingt das Schließglied 1 um die Einspannstelle der Blattfeder
1 a seitlich aus, so verändern sich dadurch die von ihm auf die ausströmende
Flüssigkeit ausgeübten Reaktionskräfte gegensätzlich, so daß jeder Auslenkung des
Schließgliedes 1 entsprechend gegensätzliche Druckänderungen in den Druckräumen
4 a und 4 b entsprechen. Dabei ist zu
beachten, daß die mit zunehmender Auslenkung auftretenden Änderungen der Reaktionskräfte
durch eine entsprechende Formgebung der Ausnehmungen 18 und 19 beeinflußt werden
können.
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Die Gestalt der Kanten des Schließgliedes 1 ist so, daß ein bestimmter
- wenn auch sehr kleiner - Anteil der hydraulischen Reaktionskraft von den Druckräumen
4a, 4b zurück auf das Schließglied 1
übertragen werden kann.
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Das Schließglied 1 ist durch zwei an gegenüberliegenden Wänden
des Raumes 2 abgestützte Federn 20 und 21 in seine dargestellte Mittelstellung
vorgespannt. Ein elektromagnetisches Relais 22 oder ein entsprechender Antrieb
liefert die Auslenkkraft des Schließgliedes 1. Das Relais 22 befindet sich im Raum
2. Es ist durch zwei Membranen 23 und 24 vom Druckmittelstrom abgetrennt, wobei
die elastische Membran 23 in ihrer Mitte vom Schließglied 1 durchsetzt ist. Die
Membran 23 kann aber auch porös sein, in welchem Falle darauf zu achten ist, daß
noch eine Filterwirkung der Membran verbleibt, durch welche insbesondere eisenhaltige
Verunreinigungen der Flüssigkeit, die sonst vom elektromagnetischen Relais
22 angezogen werden könnten, von einem Eintritt in den oberen Teil des Raumes
2 abgehalten werden. Im übrigen bewirken die beiden Membranen 23 und 24,
daß in dem das elektromagnetische Relais 22 aufnehmenden oberen Teil des
Raumes 2 bei Betrieb des Servosystems keine größeren Druckunterschiede auftreten
können.
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Beim Betrieb rufen dem elektromagnetischen Relais 22 mitgeteilte
Steuerimpulse eine schwingende Auslenkbewegung des Schließgliedes 1 um die etwa
an der Einspannstelle der Blattfeder 1 a befindliche, gedachte Schwenkachse hervor.
Durch eine solche seitliche Bewegung des Schließgliedes 1 werden die an den Düsen
16 und 17 wirksamen Reaktionskräfte - und damit auch die in den Druckräumen
4 a und 4 b wirkenden Flüssigkeitsdrücke - verändert, was wiederum
eine der Druckdifferenz entsprechende axiale Verschiebung des Steuerschiebers 5
zur Folge hat.
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Wird der Steuerschieber 5 dabei nach rechts verschoben, so werden
die Kanäle 9 und 11 miteinander
verbunden, so daß
der Druck der von der Druckflüssigkeitsquelle kommenden Druckflüssigkeit unvermindert
auf die der Kolbenstange abgekehrte Seite des Kolbens 13 einwirken kann. Eine entgegengesetzte
Verschiebung des Steuerschiebers 5 bringt den Kana111 mit dem zwischen dem rechten
und dem mittleren Bund befindlichen Raum in Verbindung, der über einen nicht dargestellten
Abfluß mit dem Behälter in Verbindung steht. Die Folge ist, daß der Kolben 13 von
seiner Kolbenstangenseite her in den Zylinder 12 hineinverschoben wird.
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Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schließglied
1 von den Druckräumen 4 a und 4 b her einem größeren Rückführungsdruck und einer
entsprechend stärkeren Dämpfung ausgesetzt. Hier sind im Gehäuse 3 an den innerhalb
der Bewegungsebene des Schließgliedes 1 gegenüberliegenden Wänden des Raumes 2 je
ein Zylinder 25 bzw. 26 angeordnet, in denen mit ihren Kolbenstangen auf das Schließglied
1 einwirkende Kolben 27 und 28 verschiebbar sind. Die den Kolbenstangen abgelegenen
Räume der Zylinder 25 und 26 stehen jeweils mit dem Kanal 14 bzw. 15 in Verbindung,
von denen der erstgenannte vom Druckraum 4 a zur Düse 16 und der zweitgenannte vom
Druckraum 4 b zur Düse 17
führt. Die Kolben 27 und 28 können entweder
zusätzlich zu den Federn 20 und 21 oder - wie in Fig. 3 dargestellt - an Stelle
derselben vorgesehen sein.
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Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt auf das
Schließglied 1 eine von der Stellung des Steuerschiebers 5 abhängige Rückführungskraft
ein. Hier sind das Schließglied 1 und der parallel zu deren Verstellrichtung verlaufende
Steuerschieber 5 b durch eine Blattfeder 29 miteinander verbunden.
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Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Düsen
16 und 17 im Steuerschieber 5 a
angeordnet, wobei sich die Drosselstellen
8 a und 8 ci in den beiden äußeren Bunden des Steuerschiebers 5 befinden.
Die eine Stirnfläche des Steuerschiebers 5 und die benachbarte Stirnwand des Raumes
4 sind innerhalb einer gemeinsamen axialen Ebene mit je einer Quernut versehen,
in die eine etwa V-förmig gebogene Blattfeder 30 mit ihren beiden freien Enden eingesetzt
ist, wodurch der Steuerschieber 5 zugleich an einer Drehung um seine Längsachse
verhindert wird. Statt eines Verbindungskanals zum Zylinder 12 sind hier zwei Kanäle
11 und 11 a notwendig, zwischen denen auch noch der mit dem Behälter verbundene
Abfluß angeordnet ist.
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Es ist noch eine weitere Abwandlung des beschriebenen Servosystems
möglich, bei welcher mit dem Schließglied über Kolbenstangen verbundene Kolben in
Zylindern geführt sind, die ihrerseits mit dem den Kolben 13 führenden Zylinder
12 in Verbindung stehen. Hierbei wird die Rückführungskraft vom Druck im Zylinder
12 geliefert. Eine solche Ausgestaltung der Rückführung könnte im übrigen auch bei
allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
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Gewünschtenfalls könnte auch die jeweilige Stellung des Kolbens 13
über ein entsprechendes Gestänge und am Schließglied 1 angreifende Federn auf diese
im Sinne der Erzeugung einer Rückführungskraft wirken, die der am Schließglied angreifenden
Auslenkkraft entgegenwirkt. Eine solche Anordnung könnte auch in Verbindung mit
den übrigen vorstehend beschriebenen Rückführungen verwendet werden.
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Wenn der Steuerschieber 5 in den F i g. 2 und 4 auch mit drei Bunden
dargestellt ist, so kann der Steuerschieber auch vier oder mehr Bunde aufweisen.
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Ferner kann die Betätigung auch von Hand oder durch einen pneumatischen
oder hydraulischen Antrieb erfolgen.