DE1550611A1

DE1550611A1 - Durchflussregelventil

Info

Publication number: DE1550611A1
Application number: DE19661550611
Authority: DE
Inventors: Tadeusz Budzich
Original assignee: Weatherhead Co
Current assignee: Weatherhead Co
Priority date: 1966-06-16
Filing date: 1966-12-03
Publication date: 1969-07-24
Also published as: US3464439A; GB1108723A

Description

Anmelder: The Weatherhead Company, 300 j^ast 1'^1 Street, Cleveland, Ohio 44108, USA

Durchflußrege!ventil

Die Erfindung betrifft Ventile, insbesondere Durchflußregel- oder -begrenzungsventile zur Durchflußmengenregelung in eineu Fluidsystem (im folgenden soll von Flüssigkeit anstatt von Fluid gesprochen werden)=

In vielen hydraulischen Anlagen muß die maximale Durchflußmenge durch eine Leitung so eingeregelt werde ix, daß sie zwar kleiner als ein vorgegebener Wert sein kann, j edoch einen vorgegebenen ~./ert unabhängig von Druckänderungen und anderen Zustandsäriderungen im System nicht überschreiten darf. Zum Beispiel, wenn eine einzige Pumpe verwendet wird, um mehrere Umsteuerschieber zu versorgen, damit jeder Schieber richtig versorgt wird, befindet sich ein Durchflußregel- oder -begrenzungsventil am Einlaß jedes Schiebers, so daß der Gesamtdurchfluß durch die Umsteuerschieber nicht die Pumpenkapa^ität überschreitet, um einen entsprechenden Durchfluß durch jeden Umsteuerschieber zu gewährleisten. Der Leitungsdruck kann innerhalb eines größeren Bereichs schwänzen, was von der durch den Schieber gesteuerten Belastung abhängt. Es ist daher wünschenswert, daß

909830/0782

BAD ORtGlNAt

das DurchfLuI3re_d:elventil unabhängig von Leitv.n-j.-sdruck genau arbeitet, um einen zu /rroisen Durchfluß au vermeiden, iis ist bereits ein Durchflußre i.elventil (üSA-Pacent Hr. 3 120 243) bekannt, dessen Arbeitsweise aber vom Leitungsdruck abhängt. Da für viele Anwendungen getrennte Durchflußre;-;el- oder -begrenzungaventile für die einzelnen Umsteuerscnieber benötigt werden, um die richtige Verteilung der verfügbaren Flüssigkeitsströmung auf die verschiedene/! Verbraucher im System zu gewährleisten, ist es wegen der Kompaktheit und des Wirkungsgrads wünschenswert, ein Durchflußregel- oder -begrenzungsventil im Umsteuerschieber einzubauen. Dann muJB aber das Durchflußregelventil kompakt sein, aber trotzdem auch bei hr.hen i-hirchilußraten zuverlässig arbeiten. Die Verwendung eines derartigen Durchflußre.^elventils zusammen mit einem gegebenen Umsteuerschieber kann wahlweise sein, una ist daher auch wünschenswert, daß das Durchflußregel- oder -begrenzungsventil so aufgebaut ist, daJu sein Einbau in den Körper des Umsteuerscniebers wahlweise vorgenommen werden kann, es also auch vom Schieber gelöst werden kann, wenn aer Durchfluß nicht begrenzt v/erden muß. Ähnlich sollte das Durchflußregelventil leicht von außen verstellt werden können und gegen die Veränderungen der Plüssigkeitsviskosität relativ unempfindlich sein, die durch unterschiedliche Temperaturen oaer Verwendung verschiedener Flüssigkeiten im Systen auftreten.

äs ist daher ..ufgabe der Erfindung, ein Durchfluß begrenzungsventil anzugeben, das den maximalen Durchfluß in Abhängigkeit vom Strömungsvolumen und unabhängig vom Einlaß- oder Aus-

909830/0782

BAD OHlGlNAt..

laßdruck des Ventils begrünst. Ferner soil derriaximale Durchfluii von außen einsoellb'ir sein, und das Vei-til soll kompakt und einfacn aufgebaut sein. Ferner soll die Re elung durch eine scharfkantige Düse vorgenommen werden. Ferner soll uie Regelung durch eine verschiebbare Drosseidüse stromabwärts zur verstellbaren Regeldüse und von ihr geregelt vorgenommen werden können. V/eiter soll der Durchfluß durch Änderung der Flüche der Düse und damit des Druckabfalls an der Düse zur Regelung der stromabwärts gelegenen Drosseidüse verwendet werden. Ferner soll die üjiderun/, des Druckabfalls für einen gegebenen Durchfluß an der Düse Hit veränderlicher Fläche die Federkonstante einer Feder kompensieren, die eines der Düsenglieder vorspannt, das uie änderung der Düsenfläche bewirkt.

Bin bevorzugtes •«•usführungsbeispiel gemäß der Erfindung hat eine verschiebbare Hülse, die an einem Ende eine scharfk,-.jitige Du.se aufweist, die gegenüber einen sich durch die Düse erstreckenden verjüngten Körper"koaxial verschiebbar ist, so daß die Bewegung der die Düse tragenden Hülse gegen den Körper die effektive Re icel fläche aer Düse regelt. Die H;.JLse regelt auch eine DrosselÖffnung stromabwärts zur Düse, deren Fläche durch Verschiebung der Hülse geregelt wird, um den Durchfluß durch das Ventil zu regeln und zu begrenzen. Der Körper kann entlang seiner Achse verschoben werden, um den maximalen Durchfluß durch das Ventil zu ändern, under ist so geformt, daß die Bewegung der Hülse während der Drosselung zur Reduzierung der Fläche der Regeldüse eine Änderung des Druckabfalls an dieser Düse erzeugt, die der Federkonstanten der Feder entspricht, um ständig einen konstanten Durchfluß zu gewährleisten.

BAD ORIGINAL 909830/0782

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Durchflußregel- oder -begrenzungsventils gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Regelhülse dee in Pig. 1 abgebildeten Ventils} und

Fig. 3 eine Endansicht der Hülse von Fig. 2.

Fig. 1 zeigt, wie das Durohflußregel- oder -begrensungsventil in einem Gehäuse 10 eingebaut ist, das ein Teil eines Umsteuerschiebere oder einer anderen Einheit einer hydraulischen Anlage sein kann. Das Gehäuse 10 wird mit Flüssigkeit durch einen Einlaßkanal 11 versorgt, der in eine vergrößerte Einlaßkammer 12 mündet, von der eine zylindrische Bohrung 14 ausgeht. Die Bohrung 14 ist in Längsrichtung mit einem ausgebohrten Kanal oder Auslaßkammer 15 versehen, die mit einem Auslaßkanal 16 verbunden ist, der zum übrigen Schieber verläuft.

Eine zylindrische Hülse 20 ist in der Bohrung 14 verschiebbar, so daß sie zwar frei verschiebbar ist, aber im wesentlichen an ihrem Ende abgedichtet ist, das vollständig dem Flüssigkeitsdruck in der Kammer 12 ausgesetzt ist. Die Hülse 20 hat eine-Wand mit ungefähr gleichmäßiger Dicke, die von der inneren Hülsenbohrung 21 gebildet wird, die am Ende in der Nähe der Einlaßkammer 12 durch eine sich nach innen erstreckende Endwand 22 verschlossen ist. Die Endwand 22 hat einen konisch abgefasten Teil 24 und eine Regeldüsenöffnung 25 mit minimaler axialer Ausdehnung, um eine scharfkantige Düse zu begrenzen und die Durchflußeigenschaften einer derartigen Düse für Regelzwecke zu erhalten.

909830/0782 BADORlGiNAL

Die Bohrung 14 mündet an ihrem anderen Ende in eine aufgeweitete Bohrung 27, die dazwischen eine radiale Schulter 26 "bildet. An ihrem anderen Ende hat die Bohrung 27 ein Gewinde 28, um einen eingeschraubten Stöpsel 30 aufzunehmen, der mit einem radialen Flansch 31 auf einer Fläche 32 des Gehäuses sitzt, um die axiale Stellung des Stöpsels 30 in der Bohrung 27 genau zu bestimmen. Ein geeigneter Dichtungsring 33 verhindert eine Undichtigkeit zwischen dem Stöpsel 30 und dem Gewinde 28.

Die Hülse 20 erstreckt sich in die Bohrung 27, wo sie mit einem radialen Flansch 35 versehen ist, der an der Schulter 26 anliegt, um die Hülse festzustellen. Die Hülse 20 hat auch einen axialen Rand 36, der mit dem Flansch 35 zusammenarbeitet, um einen Sitz für eine schraubenförmige Druckfeder 37 zu ergeben, die sich in der Bohrung 27 befindet. An ihrem anderen Ende ruht die Feder 37 auf einer Sohulter 38 am Stöpsel 30 und dient zum Vorspannen der Hülse 20 gegen die Einlaßkaiomer 12, so daß der Flansch 35 normalerweise auf der Schulter 26 sitzt.

Wie genauer in den Figuren 2 und 3 abgebildet ist, hat die HülBe 20 mehrere, in der Abbildung vier axiale Schlitze 40 in ihrer Wand, die sich durch den Flansch 35 und den Hand 36 erstrecken. Die Schlitze 40 haben leicht V-förmige Endflächen 41, die mit der benachbarten Seitenwand 42 der ausgebohrten Auslaßkammer 15 zusammenarbeiten, um die aus dem Innern der Hülse in die Auslaßkammer 15 austretende Flüssigkeit zu drosseln, was durch Änderung der effektiven Öffnung infolge Verschiebung der , Hülse 20 zum Stöpsel 30 erreioht wird.

Um die Einstellung der effektiven Fläche der Regeldüsen-

909 830/07 8 2

öffnung 25 zu ermöglichen und Änderungen dee Druckabfalls an der Düse zu kompensieren, damit die Hülse 20 verschiedene axiale lagen wegen der Federkonstanten der Feder 37 annehmen kann, befindet sich ein Körper 44 in der Hülse 20. Der Körper 44 hat einen zylindrischen Teil 45» der in eine axiale Bohrung 46 im Stöpsel 30 eingepaßt ist, gegen die er durch eine O-Ringdiohtung 47 abgedichtet ist, um ein Austreten von Flüssigkeit naoh außen zu verhindern. Der Körper 44 hat einen Gewindeschaft 491 der von einer Gewindebohrung 50 im Stöpsel 30 aufgenommen ist, so daß durch Drehung des Schafts 49 die axiale lage des Körpers 44 gegenüber dem Stöpsel 30 nach Wunsch verändert werden kann. Eine Sioherheitamutter 52 auf dem Schaft 49 hält den Körper in der eingestellten Lage fest, und der Gewindesohaft 49 kann mehrere Ringnuten 54 haben, um Federbügel 5 5 aufzunehmen, die ala Ansohlag dienen, damit eine leichte Verstellung des Körpers in vorgeschriebene Lagen möglich ist.

Der Körper 44 hat einen konisch abgefasten Teil 57, der sioh hinter das Ende des Stöpsels 30 in der Hülse 20 erstreokt, um in einem Ende 58 in der Regeldüsenöffnung 25 zu enden. Wenn das Durchflußregelventil auf maximalen Durchfluß eingestellt ist, was in Fig. 1 abgebildet ist, ragt das Ende 58 aus der öffnung 25 heraus und in die Einlaßkammer 12 hinein, so daß für alle Stellungen des Körpers und der Hülse der abgefaste Teil 57 in der Regeldüsenöffnung 25 liegt.

Der abgefaste Teil 57 hat eine Form entsprechend der Vorbelastung und der Federkonstanten der Feder 37. Die Form ist so ausgewählt, daß bei Einnahme der abgebildeten Lage durch die _t Hülse 20, wobei die Schulter 38 an der Schulter 26 des Gehäuses

909830/0782

10 anliegt, der Druckabfall an der effektiven Regeldüsenfläche, der als eine nicht im Gleichgewicht sich befindende Kraft auf die Hülee 50 angeeehen wird, welche Kraft die Hülse nach rechts bewegen will, wie in Pig. 1 abgebildet ist, bei geregeltem Durchfluß im wesentlichen gleich der Vorspannung der Feder 37 ist. Unter diesen Bedingungen bleibt die Hülse 20 in dieser Lage, solange der Durchfluß durch das Ventil über den Kanal

11 und den Kanal 16 nicht größer als das durch die axiale

Lage des Körpers gegenüber dem Stöpsel 30 bestimmte Maximum ist, Venn eine Druckdifferenz auftritt, zum Beispiel ein Druckabfall am Auelaß 16 infolge eines größeren Flüssigkeitsbedarfs, bewirkt jedes Ansteigen des Durchflusses durch die Regeldüsenöffnung 25 und um den verjüngten Körperteil 57 einen erhöhten Druckabfall an der Regeldüse und ein Ansteigen der unausgeglichenen Vorspannung, die die Hülse 20 nach rechts verschieben will. Wenn die Hülse 20 sich nach rechts bewegt, benötigt sie wegen der Federkonetanten der Feder 37 eine zunehmende Kraft. Entsprechend nimmt wegen der Form des verjüngten IeIIs 57 die effektive Fläche der Regeldüse ab, so daß beim gleichen Durchfluß der Druckabfall ansteigt, wodurch der zunehmende unausgeglichene Flüssigkeitsdruck, der die Hülse 20 vorspannt, gleich der zunehmenden Vorspannung der Feder 37 wird. Daher ■ bleiben unabhängig von der Lage der Hülse 20 die vom Druckabfall auf die Hülse 20 ausgeübte Kraft und die Vorspannung der Feder 37 für die gleiche Durchflußmenge durch das Ventil im Gleichgewicht, und diese Durchflußmenge nimmt weder zu noch ab/ ·

909830/0782

Wenn sich jedoch die Hülse 20 nach rechts "bewegt, "bewegen sich, die Enden 41 der Schlitze 40 au den Seitenwänden 42 der ausgebohrten Öffnung 15, um die Fläche dieser Öffnungen zu reduzieren, so daß der Flüssigkeitsstrom gedrosselt wird. Daher bewegt sich die Hülse 20 nach rechts nur in eine Stellung, in der die Drosselung stattfindet, und zwar zwischen den Schlitzenden 41, und die Seitenwand 42 "bewirkt die Begrenzung des Flüssigkeitsstroms in den Auslaßkanal-16 auf den durch die Stellung des Körpers 44 "bestimmten Regelwert. Auf diese Weise kompensiert das Ventil automatisch sich ändernde ZustandslDedingungen der Strömung, die von verschiedenen Druckdifferenzen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß herrühren, um den gleichen maximalen Durchfluß durch Regelung aufrechtzuerhalten. V/e^en des Verlaufs des verjüngten Teils 57 kompensiert der Durchfluß durch die Düse die Federkonstante der Vorspannungsfeder 37, so daß eine starke Feder verwendet werden kann, während die eigent; iche Drosselung zur Reduzierung der Strömung an den durch die Schlitze 40 gebildeten Öffnungen stattfindet. Die Tatsache, daß bei verschiedenen Durchflußmengen, wie sie durch die axiale Stellung des Körpers 44 bestimmt sind, die effektiven Drosselöffnungen der Schlitze sich ändern, beeinflußt nicht den Betrieb des Ventils, da die Kompensation der Vorspannun_e.skraft der Feder 37 durch die Form des verjüngten Teils 57 vorgenommen wird.

Das Ventil ist daher selbstregelnd, um von den Druckwerten am Einlaß und Auslaß unabhängig zu sein, und weil es nur vom Druckabfall an der Düse abhängt, und dieser Druckabfall ist allein von der Durchflußmenge und nicht vom Druck abhängig, so daß dasVentil einen zuverlässigen und genauen Betrieb in einem

BAD ORIGINAL 909830/0782

großen'Betriebsbereich erlaubt, wobei eine genaue und zwangsläufige Regelung der maximalen Durchflußmenge erzielt wird. Diese Anordnung führt zu einem kleinen Gehäuse oder kleinen Abmessungen des Ventils, das leicht in ein Gehäuse mit einem Umsteuerschieber eingebaut werden kann, und wegen s einer patronenartigen Anordnung kann die ganze Ventileinheit, wenn das Ventil nicht für einen bestimmten Zweck des im Gehäuse 10 enthaltenen Umsteuerschiebers verwendet wird, durch Lösen des Stöpsels 30 zusammen mit der Feder 37 und der Hülse 20 entfernt und durch einen einfachen Stöpsel ersetzt werden, um eine ungehinderte Strömung vom Einlaßkanal 11 zum Auslaßkanal 16 zu ermöglichen.

Patentansprüche BAD ORIGINAL

909830/0782

Claims

30.jioveriber 19όό EH/S

Unsere Akte: 1698

Pa tent an 3 prüohe

1« Durchx'lußregelventil, "bestehend aus einem Gehäuse, das für die Flüssigkeit einen Einlaß und einen Auslaß hat, aus einer den Einlaß und den Auslaß verbindenden Bohrung in dem Gehäuse, einem in der Bohrung verschiebbaren Düsenglied mit einer Regeldüse für die Fl Is si_&keitsströffiung von dem Einlaß zu dein Auslaß, einer Drosselöffnungseinheit zwischen der Regeldüse und dem Auslaß, die durch Bewegung des Glieds betätigbar ist, um eine abnehmende Drosselfläche zu erreichen, wenn sich das Glied in der Bohrung von der;, Einlaß wegbewegt, aus einer das Glied gegen den Einlaß vorspannenden Feder, aus einer Anschlageinrichtung zur Begrenzung der Bewegung der Hülse zu dem Einlaß, welches Glied eine unabgeglichene Fläche hat, die dem Flüssigkeitsdruck an dem Einlaß ausgesetzt ist, um das Glied entgegengesetzt zu dem Einlaß mit einer zu dem Druckabfall an der Regeldüse proportionalen Kraft vorzuspannen, und aus einem verstellbaren, einen Druckabfall bewirkenden Glied, das sich im Gehäuse stromabwärts zu dem Einlaß und der Regeldüse befindet, wenn die Hülse an der Anschlagseinrichtung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Druckabfall bewirkende Glied ein Körper (45) mit einer sicn verjüngenden äußeren Form (57) ist, deren Durchmesser von dem Einlaß (11) und der Regeldüse

Θ09830/0782

(25) weg zunimut, üo daß unausgeglichene Vorspannungskräfte, die die Hülse (2ü) stromabwärts verschieben woilen, die effektive Fläche der Regeldüse verringern, wodurch bei der gleichen Durcliflußmenge der Druckabfall ansteigt und der erhöhte, unausgeglichene Flüssigkeitsdruck:, der die Hülse (20) vorspannt, gleich der erhöhten Vorspannun/'skraft der Feder (57) ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Durchfiußmenge durch die Re_>:-eldüse (25) das Ansteigen des Druckabfalls, der die Hülse (20) von dem Einlaß (11) weg vorspannt und durch die Abnahme der effektiven RegeldüsenilLiche entsteht, proportional der zunehmenden Vorspsunungskraft der Feder ist, und daß die Flüssigkeitsströmung zwischen der;. Einlaß und dem Auslaß durch Änderung der Fläche der Drosselöffnungseinheit (40) geregelt wird, die in der u'and der Hülse ausgebildet ist,
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöfl"nun_;vseinheit (4-0) axiale Schlitze in der Wand der Hülse hat, die leicht V-fÖrmige Endflächen (41) haben, die mit den benachbarten Seitenwänden einer Auslaßkammer (15) zusammenarbeiten.
4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldüse so in der Endwand der Hülse ausgebildet ist, daß sie. eine verringerte axiale Ausdehnung an der Düse hat, um die Durchflußeigenschaften einer scharfkantigen Düse zu "bewirken.

909830/078 2
5. Ventil nach. Anspruch. 1, dadurch 'gekennzeichnet, daß der Körper einen in einen Stöpsel eingeschraubten Gewindeschaft, hat und sich nach außen zu dem Stöpsel und dem Gehäuse erstreokt, um eine Verstellung von außen der geregelten Durohflußmenge des Ventils durch Änderung der axialen lage des Körpers gegenüber der lage der Regeldüse zu ermöglichen, wenn die Hülse durch die Anschlag β inr ich tung in ihrer lage festgelegt wird.

ORIGINAL INSPECTED

90983Q/Q782