DE1550462A1

DE1550462A1 - Stroemungsmittel-Steuerventil

Info

Publication number: DE1550462A1
Application number: DE19661550462
Authority: DE
Inventors: Bains William R
Original assignee: Philco Ford Corp
Current assignee: Space Systems Loral LLC
Priority date: 1965-11-03
Filing date: 1966-11-02
Publication date: 1968-11-07
Also published as: DE1550462B2; US3385309A

Description

a trömungemitte@.-ß teuex@renti@..
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strömungsmitteleteuerung und im besonderen ein Ventil zur Steuerung der relativen Durchsätze eines gasförmigen Strömungsmittels durch zwei Auslaßleitungen.
Für Steuerventile der bakten Art zur Regelung der relativen Strömungamitteldurchsätze bildet es ein. bedeutsames Erforder nie, daß das Ventil den Durch®atz großer Btrömungsmittelmengen Über verhältnismäßig kurze Zeitperioden zu steuern vermag. Des weiteren muß ein derartiges Ventil. in dieser Weise auch dann tzuverlässig funktionieren, wenn das zu steuernde Strömungsmittel Verunreinigungen mit sich führt.

Ein bekanntes Ventil dieser Art weist eine in einem zylindrischen Hohlraum federnd angeordnete Ventilklappe auf, die elektromagnetisch betätigbar ist und das Ausströmen. von am einen Ende des Hohlraums zugeführten Gas durch zwei in den Seitenwandungen

i

des Hohlraums gegenüberliegend angeordnete Auoläoo& oteuert.

Bin derartigen Ventil ist in Patent der gleichen in»lderiü

.............. (Patentanmeldung P 37 178 X11/479 voM.ge Juli

1965) beschrieben.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine verbeasertt a

struktion eines derartigen Steuerventils geschaffen Weedenv

das den oben genannten Anforderungen genügt. Im besonderen

soll ein Steuerventil der in dem genannten Patent .....E...

(Patentanmeldung P 37 178 %II%47g) beschriebenen Art dahin-

gehend verbessert werden, daß die zum Abheben der Klappe gegeit

den im Inneren des Systems herrschenden Druck erforderliche

Kraft verringert wird. Das Ventil gemäß der Erfindung soll

in seinem konstruktiven Aufbau einfach und zuverlässig in

seiner Betriebsweise sein. Nach dem Grundgedanken der Erfindung

wird die erwähnte Verringerung der zum Abheben der Ventilklappt

gegen den Innendruck in dem Ventil erforderliche Kraft in der

Weise erreicht, daß man mit Hilfe eines Teils des gesteuerten

Strömungsmittels ein Gegen- bzw. Ausgleichsdrehmoment auf die

Schwenkwelle der Ventilklappe ausüben läät.

Die Erfindung betrifft somit ein Strömungsmittel-Steuerventil

des Typs mit einem mittleren hohlen Ventilkörper, einer Zuleitung

zu diesem Ventilhohlraum sowie zwei gegenüberliegend angeordne-

ten Auslässen aus diesem Hohlraum, sowie mit einer in dem

Hohlraum allgeordneten Ventilklappe zur Steuerung der relativen

Strömungsmitteldurchsätze durch die beiden Ausläone.

-***aß der lirfindung ist ein derartiges Ventil mit zwei Pilot-

bzw. Rilf ekaMlen versehen, deren jeder jeweils mit einem der

1uslgsse und mit einer insgesamt «zylindri-achen Kammer verbunden

ist, welche in Richtung quer sowohl zu dem Haupthohlraum des

Ventils als auch zu einem von dem Steuerende der Ventilklappe

entfernten Teil der Ventilklappe verläuft. In der genannten

Kammer ist ein Kolben angeordnet und mit dem genannten, vom

Oteuerende abliegenden Teil der Ventilklappe kraft- bzw. form-

echlüssig verbunden, derart daß ein Teil des durch den jeweils

offenen Auelaß austretenden Gases über den betreffenden Hilfs-

kanal eine 1Cfaft auf den Kolben ausübt. Diese Kraft versucht

den Kolben zu verstellen, derart.daß eine Gegen- bzw. Rüekatell-

kratt auf die Ventilklappe ausgeübt wird, welche die Klappe

Richtung auf den derzeit. geöffneten ventilauslaß zu verstellen

bestrebt irt. in an sich bekannter Weise sind Vorrichtungen

zur periodischen Betätigung der Ventilklappe nach Maßgabe eines

«vorgegebenen Steuersignals vorgesehen, derart daß die Klappe

jeweils abwechselnd auf beiden Auslässen verweilt und so den

8mungadurahsatz durch die Auslässe steuert. Diese Vorrichtungen

stx periodischen Betätigung werden in ihrer Wirkungsweise durch

die koaäß der Brfindung vorgesehenen Hilfskanäle und zugeordneten

Zusatzvorrichtungen unterstützt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in dieser zeigen Fig. 1 in Schnittansicht ein Ventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 in schematischer Darstellung das Ventil nach Fig. 1 zur Veranschaulichung seiner bevorzugten Betriebe-und Arbeitsweise. .

Das in Pig. 1 gezeigte Ventil weist ein Gehäuse 10 mit einem eich in diesem in Längsrichtung erstreckenden im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 11 auf. An seinem einen $nde steht der Hohlraum mit einer Zuleitung 12 in Verbindung, die ihrerseits an einen (nicht-dargestellten) unter Druck stehenden Vorrat des zu steuernden Strömungsmittels angeschlossen werden kann. An den Seiten des Hohlraums 11 sind einander gegenüberliegend Auslässe 13 und 14 angeordnet. Innerhalb des Hohlraums 11 ist eine Klappe 15 schwenkbar gelagert; ihr freies Ende 18 erstreckt sich in den Raum zwischen den Ventilauslässen 13 und 14.
Gemäß der Erfindung sind Pilot- bzw. Steuerkanäle 16 und 17 vorgesehen, die an ihrem einen Ende jeweils mit den Auslässen 13 bzw. 14 in Verbindung stehen. An ihrem anderen Ende stehen die Steuerkanäle 16 bzw. 17 mit zwei axial ausgerichteten Zylinderkammern 20 bzw. 21 in Verbindung, die in dem Gehäuse 10 vorgesehen sind und sich quer zum unteren Ende des Zylinderhohlraums 11 erstrecken. In den quer verlaufenden Zylinderkammern 20 bzw. 21 ist ein Kolben bzw. Stempel 22 angeordnet. Mit seinem mittleren Teil erstreckt sich dieser Kolben durch den Hohlraum 11 und ist mittels eines als Ganzes allgemein mit 19 angedeuteten Kugelgelenke mit dem Ende der Klappe 15 gekuppelt, derart daß die Ventilklappe und der Kolben 22 sich als eine Einheit verschieben können, wobei die Klappe sich um ihre Welle 23 versehwenkt und der Kolben in den Kammern 20, 21 gleitet. In der Kammer ist axial ausgerichtet ein Schraubstöpsel S zum leichteren Zusammenbau des Ventils vorgesehen.
Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, ist die Klappe auf einer in dem Ventilgehäuse 10 gelagerten Welle 23 schwenkbar angeordnet. Mittels zweier durch einen Impulszeitmodulator 26 gesteuerten llektromagneten"24 bzw. 25 kann ein mit der Welle 23 gekuppelter Hebel 27 alternativ in der einen und der anderen Richtung verschwenkt werden, derart daß die Klapp* 15

abwechselnd auf den Ventilsitzen der Auslässe 13 bzw. 14 auf-

ruht. Die Klappe 15 und der Hebel 27 sind/in Fig. 2 (strich-

punktiert) in ihrer voll nach rechts Busgelenkten Be-

triebsstellung dargestellt, wobei die entsprechende Stellung des Kolbens 22 ebenfalls strichpunktiert angedeutet ist: Eine Steuerung der relativen Strömungsflüsse durch die Aualässe 13 und 14 wird dadurch erreicht, daß man die Verweildauer der Klappe an einem: der ventileitze der Äualäoee er- höht und entsprechend die Verweildauer an dem anderen ver- ringert. Die Steuerung erfolgt nach Maßgabe elektrischer Impulssignale, welche den Elektromagneten 24 und 25 von dem Impulazeitmodulator (Impulebreitenmodulator) 26 zugeführt werden. Auf diese Weise erhält man einen differentiellen Strömungsmittelfluß durch die Auslässe 13 bzw. 14, der direkt proportional den Steuersignalen des Impulszeitmodulators ist. Für das Steuersignal Null ist die Verweildauer an den beiden*Aueläsaen gleich groß, was zu gleichen Qtrömungeflüesen durch die Auslässe führt.
Im folgenden soll die Betriebeweiae des Ventile im einzelnen erläutert werden; das Arbeiteetrömungsmittel tritt durch die Einlaßöffnung 12 in der Pfeilrichtung ein und unterteilt sich von hier aus im weiteren Verlauf zur Strömung durch die Aus- lässe 13 bzw. 14. Sobald der Elektromagnet 25 von dem Verweilzeitmodulator 26 einen Impuls erhält, wird die Klappe 15 durch die Blektromagnetwirkung zum verweilen auf der Sitzfläche des Auslaaaee 14 veraulaßt (vergl. die strichpunktierte Darstellung den Hebels 27 und der Klappe 15), wodurch; ein Strömungsmittelfluß durch den Auelaß 14 unterbunden wird.

Das Strömungsmittel fließt sodann durch den anderen AuelaB 't3. Sobald der an dem Elektromagneten 25 anliegende Impuls beendet

und dem Elektromagneten 24 ein Impuls zugeführt ist, wird

die Klappe 15 zum Verweilen auf der Sitzfläche des anderen

Auelaeeee 13 gebracht, derart daß der Strömungsmittelflu2-

durch diesen Auslaß unterbunden wird und das Strömungsmittel

.nunmehr durch den gegenüberliegenden Auslaß 14 strömen kann.

'bis relativen Strömungeflüeee durch die Äusläsae 13 bzw. 14

sind direkt proportional den jeweiligen Verweildauern der

Klappe 15 auf den betreffenden Sitzflächen der Ausläase.

SOX,$ der Irfindung wird die Wirkung der Elektromagnete durch

*inen vermittels der Pilot- bzw. Steuerkanäle auf den Kolben

2 ausgeübten Gasdruck unterstützt, der bestrebt ist, die

tappe durch Kraftauetibung auf den Kolben zum Anliegen an

den gegenüberliegenden Auslaß zu bringen. Der Querschnitt

des Zolbena ist hinreichend groß, daß der durch die Pilot-

Sv. ßteuerkanäle zugeführte Gasdruck zur Ausübung ent-

sprechender ltttokatellkräfte auf die Klappe ausreicht, wodurch

die fr die $lektromagneten erforderlichen Kräfte weit-

gehend verringert werden. Des weiteren ist der Kolben so

hb»rean, da8-er die Klappe veranlaßt, ihre Kittel- oder

etttraie atellung eineunehnen, soferne keine anderweitige

Oteuer"irkung von den llektromagneten ausgeübt wird.

Das Oteuerventil eignet dich insbesondere als Ventil kon-

stanter flgohe zur Änderung der Strömungsrichtung und damit

der Rüokatcßwirkung zwischen (nicht dargestellten) gegenüber-

stehenden Dünen, welchen das Strömungsmittel von den betreffenden

Auslässen zugeführt wird. Gleichstrometeuereignale werden von

dem Impulszeitmodulator mit einer vorgegebenen Frequenz modulierte derart daß eine dem Modulations Eingangssignal proportionale mittlere Steuerkraft erzeugt wird. Für Eingangssignal Null fließt-das Strömungsmittel während gleicher Zeitperioden abwechselnd durch die betreffenden Auslässe und die mit diesen verbundenen Düsen, was einen Netto Düsenschub Null ergibt.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete Ventil wird infolge der Anordnung der Pilot- bzw. Steuerkanälöffnungen in einer zur Strömungsrichtung des Strömungsmittels in den Auslässen im wesentlichen senkrechten Richtung durch in dem Strömungsmittel enthaltene Verunreinigungen nicht beeinträchtigt, da die in schneller Strömung befindlichen Verunreinigungen durch ihre Massenträgheit an den Öffnungen der Pilot- bzw. Steuerkanäle vorbeigetragen werden. Ein weiterer Vorteil der Ventilanordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die zur Verstellung der Klappe erforderliche elektrische Energie verringert wird. Dies beruht auf dem Umstand, daß der Kolben 22 als Gleichgewichtskolben zum Abheben der Klappe von einem verschlossenen AuslaB, entgegen den Strcimungsmitteldruckkrä.ften innerhalb des Hohlraume 11, wirkt.
Der Kolben 22 kann selbst.i'ersständlich alternativ auch äuf der gleichen Seite der Welle 23 wie die Aussläsee angeordnet werden. Bei dieser Anordnung wären zwei Enden der Pilot- bzw. Steuerkanäle 16 bzw. 17 zu vertauschen, um die erwünschte Ausbalanzierung der Ventilklappe um ihre Welle zu erzielen.

Claims

Patentansprüche 1. Strömungsmittel-Steuerventil, mit einem einen vorzugsweise zylindrischen Hohlraum definierenden Ventilgehäuse, einer Zuleitung zu dem Hohlraum und zwei gegenüberliegend in den Seitenwandungen des Hohlraums angeordneten Auslässen, sowie mit einer in dem Hohlraum schwenkbar angeordneten Ventilklappe zur Steuerung der relativen Strömungsflüsse des Strömungsmittels von der Zuleitung zu den beiden Auslässen, sowie mit einer Vorrichtung zur periodischen Betätigung der Ventilklappe nach Maßgabe eines elektrischen Steuersignals, derart daß die Klappe gemäß ihren jeweiligen Verweilzeiten auf den Auslaßöffnungen den Strömungsfluß durch die Auslässe steuert, g e k e n n z e i c h n e t durch Vorririhtungen (16 bzw. 17, 20 bzw. 21, 22,19) welche durch den Druck des durch den nach der jeweiligen Stellung der Ventilklappe unverschlossenen Auslasses strömenden Strömungsmittel betätigt werden und bestrebt sind, die Ventilklappe (15) im Sinner einer Schließung des jeweils geöffneten Auslasses und Öffnung des jeweils verschlossenen Auslasses zu verstellen.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Vorrichtung zur Vorspannung der Vatilklappe in die jeweils andere Stellung folgende Teile umfaßt: eine in Richtung quer zur Achse des Haupthohlraums (11) und zur Ventilklappe (15) verlaufende zylindrische Kammer (20, 21)t die an ihren beiden Enden (bei 20 bzw. 21) jeweils durch einen Hilfekanal (1& bzw. 17) mit einem der beiden Auslässe (13 bzw. 14) verbunden ist, einen in der Kammer (20, 21) verochiebbar angeordneten Kolben (22), dessen axiale Stellung in der Kammer von dem durch den jeweils unverschlossenen ,AuslaB strömenden Strömungemitteldruck über den betreffenden Hilfskanal (1G bzw. 17) gesteuert wird, sowie eine kraft-bzw. formoohlüssige Kupplung (1g) zwischen dem Kolben (22) und der Ventilklappe (15), derart daß der Kolben (22) je nach der Richtung der auf ihn von dem Strömungsmittel über einen der beiden gilfakanäle ausgeübten Kraft die Klappe in eine der Schließung den jeweils geöffneten Auslasses entsprechende Stellung zu' verstellen bestrebt ist. '. oteuexventl nach ,Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i o h - n e t , jag die quer verlaufende Kammer zwei gegenüberliegend in den Waudungen tee Vontilgehtusen (10) angeordnete zylindri- sehe Rohlrgume (20, 21) aufweist, welche azisl miteinander fluchten lmd en ihrer inneren Stirnseite in den Haupthohl- ranm (11)- den Ventils münden, und daß der Kolben (22) an $enen beten etirnütitigen Ruten in den beiden Zylinder- kammern (0, 21) geführt Ist und sieh mit seinem Mittelteil quer durch den Baupthohlraum (11) des Ventils erstreckt. . 4. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch g e k e n n s e i c h'n e t , daß die Ventilklappe (15) auf einer in dem Ventilgehäuse (10) drehbar gelagerten Welle (23) angeordnet ist und daß die Vorrichtung zur periodischen Verschwenkung der Klappe einen elektromagnetisch betätigbaren Anker (27, fig. 2) aufweist, welcher mit der Schwenkwelle (23) der Ventilklappe (15) gekuppelt ist. 5. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e ich n e t , daß die in dem Ventilhohlraum schwenkbar gelagerte Ventilklappe (15) mit ihrem einen, freien Ende (18) zwischen die Xtindunge- öffnungen der Ventilauslässe (13 bzw. 14) ragt und aus einer neutralen Mittelstellung nach beiden Seiten so verechwenkbar ist, daß das genannte freie Ende '(18) derlentilklappe ab- wechselnd die Mündungsöffnung des einen bzw. des anderen Auslaseee verschließt, und daß die Ventilklappe an ihrem gegenüberliegenden Ende (19) kraft- bzw. formschlüssig mit dem in dem Querkanal (20, 21) verschiebbar gelagerten.Kolben (22) in Eingriff steht, derart daß der Druck den durch den jeweils geöffneten Auslaß strömenden Strömungsmittels über den betreffenden Eilfskanal (16, bzw. 17) auf den Kolben (22) einwirkt, daß dieser die Ventilklappe (15) in die jeweils andere Bohließstellung zu verschwenken bestrebt ist. 6. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t 9 da$ die .

rle%trsoht $teuervorräahtu( 24 bis 26) zur elektromag4eti- sahen Zettidar Ventilklappe (15) einen Impulaeeit- mdulator (Impulebreiten»dulator) (.26) aufweist, derart das die jeegiligen relativen Strdmuxgstlüßoa durch-die beiden xueläane (ö5 beer. 14) proportional der jeweiligen relativen gerwell$eiten der Ventilklappe auf ,den Vontilaueläesen sind.