DE1500133B2 - Schnellschaltendes ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schnellschaltendes Ventil, dessen Ventilsitz so ausgebildet ist, daß im geschlossenen Zustand des Ventils der eine Teil des Verschlußstücks im Druckraum und der andere Teil im entlüfteten Ausströmkanal liegt und daß beim öffnen des Ventils der im Ausströmkanal liegende Teil des Verschlußstückes von dem ausströmenden Druckmittel zusätzlich beaufschlagt und damit das Ventil voll geöffnet wird.

Bei einem bekannten Ventil dieser Art (deutsche Patentschrift 1 056 232) liegt die größere Fläche eines flachen Verschlußstücks im druckentlasteten Raum, die nach dem Abheben des Ventiltellers von seinem Sitz zusätzlich beaufschlagt wird und damit die Öffnung des Ventils beschleunigt. Mit größer werdendem Ventilhub strömt allerdings auch bereits ein größerer Teil des Druckmittels, ohne einen Druck auf das Verschlußstück auszuüben, in den Ausströmkanal ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen noch nicht zu einer optimal kurzen Öffnungszeit führenden Druckverlust bei dem bekannten Ventil zu vermeiden und so ein wirklich schnellschaltendes Ventil bei kleinem von außen aufzubringenden Öffnungshub zu erhalten.

Erfindungsgemäß weist zu diesem Zweck das Verschlußstück einen in den Ausströmkanal hineinragenden, als Drosselstelle ausgebildeten zylindrischen Ansatz auf, derart, daß zwischen diesem Ansatz und der Wandung des Ausströmkanals ein sehr enser Spalt vorhanden ist, der beim Öffnungsvorgang ein unmittelbares Ausströmen des Druckmittels in den Ausströmkanal verhindert.

Der Ansatz an dem Verschlußstück sorgt dafür, daß bei der Betätigung des Ventils sofort die volle Druckkraft des anstehenden Druckmittels auf der gesamten Fläche des Verschlußstücks zur Verfügung steht und damit das Ventil unmittelbar voll geöffnet wird.

ίο Zur Betätigung des Ventils braucht dabei nur eine kleine, äußerst kurzzeitig wirkende Kraft aufgewendet zu werden, die z. B. durch einen elektrodynamischen Impulsauslöser geliefert wird.

Gegenüber anderen bekannten Ventilen, bei denen zunächst größere Druckräume sowie Ab- oder Zuströmkanäle mit Druck aufgefüllt werden müssen, um eine Öffnungsbewegung des Ventilkolbens zu erzielen, stellt das erfindungsgemäße Ventil eine Verbesserung dar. Durch die Anordnung eines Ansatzes wird auch erreicht, daß der engste Strömungsquerschnitt bei Beginn der Öffnungsbewegung des Ventilstößels nicht mehr am Ventilsitz liegt. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit am Ventilsitz gering gehalten und die Ventildichtung geschont. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn mit großen Drücken gearbeitet werden muß.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es sind schon Ventile bekannt, deren Verschlußstücke einen in einen Strömungskanal hineinragenden, als Drosselstelle ausgebildeten zylindrischen Ansatz aufweisen (USA.-Patentschrift 2 685 294). Dieser Ansatz dient aber nur dazu, den Durchschnittsquerschnitt für ein Druckmittel in einer Leitung in weiten Grenzen zu ändern, indem er mehr oder weniger weit in die Durchflußöffnung hineingeschraubt wird. Dabei kann der Durchfluß des Druckmittels durch Schließen der Ventile auch gänzlich aufgehoben werden.

Es ist ferner ein elektromagnetisch betätigbares Dreiwegeventil vorgeschlagen worden mit einem geführten Anker, der an beiden Stirnseiten als Verschluß dient und sich unter Federdruck auf einen Einlaßventilsitz legt, während er durch die Magnetkraft auf einen Auslaßventilsitz gehoben wird. Dabei weist das Magnetsystem eine sattelförmige Kraft-Hub-Kennlinie auf, welche die Federkennlinie zweimal schneidet, und der Anker ist als einen ringförmigen Totraum zwischen der an den Auslaßventilsitz anschließenden Auslaßleitung und der Magnetspule abschließender Ringkolben ausgebildet, dessen an seine innere und äußere Mantelfläche anschließende Luftspalte so bemessen sind, daß nach dem Abheben des Ankers vom Einlaßventilsitz der Druck des einströmenden Druckmittels den magnetischen Hub des Ankers unterstützt (deutsche Auslegeschrift 1 272 664). Bei diesem Ventil haben die als Drosselstellen wirkenden Luftspalte also die Aufgabe, eine Beaufschlagung der Rückseite des Magnetankers durch das Druckmittel zu verhindern.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung im Längsschnitt schematisch dargestellt.

In F i g. 1 und 2 ist mit 1 ein Ventilgehäuse bezeichnet, in dessen Innenraum ein kolbenartiger Ventilstößel 2 beweglich angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 1 weist drei Öffnungen Λ, B und E sowie einen Ausströmkanal B' für das Druckmittel auf.

Eine weitere Öffnung AB ist für die Absteuerung vorgesehen. Der Ventilstößel 2 ist mehrfach abgestuft und besteht aus einem unteren, gegen die Öffnung AB abgedichteten Kolbenring 4 mit einem Durchmesser d_v einem Verschlußstück 5 mit einem Durchmesser d_v einem Ansatz 6 mit einem Durchmesser d.-,, sowie einer über einen Schaft 7 mit dem Ansatz 6 verbundenen Verschlußplatte 8 mit einem Durchmesser J₄. Das Verschlußstück liegt in einem Druckraum 3, der über die Öffnung A mit einem Druckmittel, z. B. Druckluft, aufgefüllt ist.

In der dargestellten Lage befindet sich der Ventilstößel in Schließstellung, in der der Druckraum 3 gegen den Ausströmkanal B' und die Ausströmöffnung B durch einen Ventilsitz 9 abgedichtet ist. Das Verschlußstück 5 ist dabei auf seiner Kolbenfläche 10 a, 10 b so angeordnet, daß in Schließstellung nur ein Teil in den Druckraum 3 hineinragt und vom Druck beaufschlagt wird, während der übrige Teil in den Ansatz 6 übergeht und von einem kleinen Hohlraum 11 a, 11 b umgeben ist. Zwischen der Gehäusewandung des Ausströmkanals B' und dem Ansatz 6 entsteht ein enger Spalt 12, über den der kleine Hohlraum 11 a, 11 b mit dem Ausströmkanal B' verbunden und entlüftet wird. Da der Durchmesser d_i des Verschlußstückes 5 etwas größer als der Durchmesser d₃ des Kolbenteils 4 ausgelegt ist, ergibt sich eine Kraft, die das Ventil im geschlossenen Zustand hält.

Der Unterschied der in F i g. 1 und F i g. 2 dargestellten Ventile besteht hauptsächlich in der Ausbildung der Kolbenfläche 10 a, IQb um den Ventilsitz 9. In F i g. 1 ist diese Kolbenfläche konisch ausgebildet, während F i g. 2 eine zylindrische Anordnung zeigt. Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden die Strömungsverhältnisse durch die konische Form günstig gestaltet, während das Ventil nach F i g. 2 mit möglichst kurzem Hub ausgeführt ist.

Zur Öffnung des Ventils wird eine der Schließkraft entgegengerichtete Kraft auf die mit dem Schaft 7 verbundene Verschlußplatte 8 ausgeübt. Hierzu genügt eine kleine Kraft, die nur kurzzeitig aufgebracht werden muß, bis das Verschlußstück um einige Zehntel Millimeter angehoben ist. Die dann in den kleinen Hohlraum 11 α einschießende Druckluft beaufschlagt in äußerst kurzer Zeit den vorher unbeaufschlagten Teil der Kolbenfläche 10 a, so daß nun die Öffnungsbewegung beschleunigt vor sich geht. Während dieses Bewegungsvorganges ist ein Abströmen von Druckluft in den Abströmkanal B' zunächst nicht möglich, da der enge Spalt 12 wie eine Drosselstelle wirkt. Sobald der Ansatz 6 den Ausströmkanal B' freigibt, wird die Öffnung E durch die Verschlußplatte 8 abgedichtet und die Druckluft kann nun über die Öffnung B in eine nicht weiter dargestellte Druckluftleitung ausströmen. Gleichzeitig

ίο wird durch den Ansatz 6 erreicht, daß bei Freigabe der Ausströmöffnung an seinem Ende der engste Strömungsquerschnitt auftritt, so daß damit die höchste Strömungsgeschwindigkeit in vorteilhafter Weise aus dem Bereich des Ventilsitzes 9 verlagert ist. Hierdurch wird die Ventildichtung geschont und ein Herausspringen derselben aus dem Ventilsitz auch bei besonders hohen Drücken weitgehend vermieden.

Da der Durchmesser d₃ größer als der Durchmes-

ser d_i gewählt ist, wird das Ventil durch die über die Öffnung A nachströmende Druckluft zur Selbsthaltung in die Offenstellung gezwungen. Durch einen pneumatischen Druckstoß über die Öffnung AB wird das Ventil abgesteuert und wieder in Schließstellung gebracht. Die an die Öffnung B angeschlossene Druckluftleitung sowie der Ausströmkanal B' werden dann über die Öffnung E entlüftet. An die Stelle einer pneumatischen Schließkraft kann auch eine mechanische Kraft treten.

Ist der Durchmesser d_s des Kolbenteils 4 kleiner als derjenige d\ der Verschlußplatte 8 gewählt, wie es in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet ist, so spielt sich zunächst die Öffnungsbewegung genauso ab wie im vorangehenden Fall. Es braucht zunächst ebenfalls nur eine kleine, kurzzeitig wirkende Betätigungskraft aufgebracht zu werden, um das Ventil zu öffnen. Um es jedoch dann vollständig zu öffnen und in der Offenstellung zu halten, ist eine weitere Betätigungskraft notwendig, die etwas größer als die pneumatisch wirksame Kraft ist. Letztere ergibt sich aus dem im statischen Fall anstehenden Druck sowie der Differenz der Kolbenflächen des unteren Kolbenteils 4 mit dem Durchmesser J₃ und der Verschlußplatte mit dem Durchmesser d\. Wird die äußere Betätigungskraft aufgehoben, so geht das Ventil selbsttätig sofort wieder in Schließstellung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schnellschaltendes Ventil, dessen Ventilsitz so ausgebildet ist, daß im geschlossenen Zustand des Ventils der eine Teil des Verschlußstücks im Druckraum und der andere Teil im entlüfteten Ausströmkanal liegt und daß beim Öffnen des Ventils der im Ausströmkanal liegende Teil des Verschlußstücks von dem ausströmenden Druckmittel zusätzlich beaufschlagt und damit das Ventil voll geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (5) einen in den Ausströmkanal (S') hineinragenden, als Drosselstelle ausgebildeten zylindrischen Ansatz (6) aufweist, derart, daß zwischen diesem Ansatz und der Wandung des Ausströmkanals ein sehr enger Spalt vorhanden ist, der beim Öffnungsvorgang ein unmittelbares Ausströmen des Druckmittels in den Ausströmkanal (B') verhindert.

2. Schnellschaltendes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (6) so bemessen ist, daß eine hohe Anfangsbeschleunigung des Verschlußstücks (5) beim Öffnen erreicht wird und daß die höchste Strömungsgeschwindigkeit am in den Ausströmkanal eintauchenden Ende des Ansatzes auftritt.

3. Schnellschaltendes Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (5) konisch ausgebildete Kolbenflächen (10 a) aufweist.