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Entlüftungsventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zur ständigen
Entlüftung einer Vorrichtung, welche die Druckmittelzufuhr in ein druckmittelbetätigtes
System überwacht, und dieses Ventil eine mit der Atmosphäre verbindbare Düse besitzt.
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Bisher ist es erforderlich gewesen, um eine kleine Auslaßöffnung in
einem Druckmittelsystem vorzusehen, die Auslaßöffnun.g zu bohren, deren Durchmesser
außerordentlich klein, z.B. in der Größenordnung von 1,016 mm ist. Da es von der
Pertigungsseite her außerordentlich schwierig ist, eine Öffnung mit einem derart
kleinen Durchmesser genau zu bohren, ist als Folge der Toleranzen und der Fertigungsungenauigkeiten@damit
zu rechnen, daß der Durchsatz entsprechend schwankt. Darüber hinaus ist eine sehr
kleine Öffnung Verschmutzungen unterworfen
Selbst wenn aber diese
Öffnung einwandfrei arbeitet, so sind Überschall-Turbulenzen nicht zu vermeiden,
die die Ursache von Geräuschen und härm sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil dieser Art zu schaffen, dessen
Auslaßöffnung einem Selbstreinigungseffekt unterworfen ist, wobei die hindurchtretende
Strömung ein Minimum an Turbulenzen hat und gleichwohl der Durchsatz relativ klein
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußglied
des Ventiles als Platte ausgebildet ist, welche in der Schließstellung die Austrittsöffnung
der Düse überdeckt und etwa in axialer Richtung der Düse in engen Grenzen bewegbar
ist, und daß die maximale Offenstellung der Platte von Anschlägen begrenzt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Platte längs Zapfen
geführt.
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Zweckmäßig ist das Ende eines jeden Zapfens als Kopf ausgebildet,
welcher für die Platte als Anschlag 'dient.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas ausführlicher
erläutert. In dieser zeigen in rein schematischer Weise: Fig. 1 einen senkrechten
Schnitt durch das erfindungsgemäße Ventil, das in einer Vorrichtung zur Überwachung
der Druckmittelzufuhr in ein druckmittelbetätigtes System gelagert ist
Fig.
2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch das Ventil nach Figur 1 Fig. 3 eine
Ansicht von rechts der Anordnung nach Figur 2.
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In Figur 1 der Zeichnung ist das Ventil im allgemeinen mit der Bezugsziffer
1 bezeichnet; es arbeitet mit einer druckmittelgesteuerten Vorrichtung zusammen,
die ganz allgemein mit der Bezugsziffer 2 angedeutet ist.
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Diese Vorrichtung 2 soll für ein beliebiges Druckmittelsystem stellvertretend
sein, mit einem Kanal, welcher über eine Öffnung zur Atmosphäre entlüftet wird.
Lediglich zur näheren Erläuterung der Erfindung ist als Vorrichtung 2 ein herkömmliches
druckmittelgesteuertes Druckregelventil dargestellt. Dieses Regelventil besitzt
ein Gehäuse mit@einem Zuführkanal ¢, welcher mit einem Hohlraum 5 in Verbindung
steht, in welchem ein Ventilsitz 6 gelagert ist. Das Ventilverschlußglied wird @Bgen
den Ventilsitz 6 gedrückt, wobei ein Entlüftungskanal vorgesehen ist. Mit g ist
ein membrangesteuertes Ventilbetätigungsglied bezeichnet, welches von einer verstellbaren,
eine Rückstellkraft erzeugenden Anordnung 9 in eine Stellung überführt wird, in
welcher das Ventilverschlußglied 7 sich von dem Ventilsitz 6 löst. Dabei wird der
Hohlraum 5 mit einer Druckkammer 10 in Verbindung gebracht, welche ihrerseits mit
der unter der Membran liegenden Kammer in Verbindung steht,, so daß das Ventilbetätigungaglied
entgegen der Rückstellkraft der Anordnung 9 in entgegengesetzter Richtung gedrückt
wird derart, daß sich das Ventilverschlußglied 7 wieder in die Schließstellung bewegt,
wobei ein Kanal 11 die Druckkammer 10 mit einem Drucksystem (nicht gezeigt) verbindet.
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Bei zunehmendem Druckmittelbedarf in der Bohrung 11 wird der Druck in der Druckkammer
10 vermindert, woraufhin die eine Rückstellkraft ausübende Anordnung 9 das Ventilbetätigungs@-glied
8 aus der Überdeckungsstellung heraus nach unten drückt, so daß sich das Ventilverachlußglied
7 von dem Ventilsitz 6
löst, derart, daß der Zuführkanal 4 über die Kammern
5 und 10 mit der Bohrung 11 verbunden wird. Wenn der Druckmittelbedarf hingegen
sinkt, so steigt der Druck in der Kammer 10 an und bewegt das Ventilbetätigungsglied
8 in entgegengesetzter Richtung bis es sich in der Überdeckungastellung befindet,
in welchem. Falle das Ventilverschlußglied 7 sich gegen den Ventilsitz 6 anlegt.
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Um einen toten Gang des Ventilbetätigungsgliedes 8 und das Ventilverschlußgliedes
7 aus der Überdeckungsstellung heraus in eine die Druckmittelzufuhr auslösende Stellung
zu vermeiden, so daß bei einem Druckmittelbedarf in der Bohrung 11 ein sofortiges
Ansprechen sichergestellt ist, ist es erwünscht, das Ventilbetätigungsglied 8 in
der unteren Stellung zu halten derart, daß es sich gegen das Ventilverschlußglied
7 voll anlegt und damit das Ventilverschlußglied 7 von dem Ventilsitz 6 ein wenig
abgehoben ist. Dies ist bisher durch Entlüften der Druckkammer 10 über eine entsprechende
Entlüftungsöffnung außer ordentlich geringen Durchmessers, z.B..1,02 mm geschehen.
Diese Entlüftungsöffnung wird in das Gehäuse des Regelventiles gebohrt, Dabei wird
ein simulierter, außerordentlich kleiner und kontinuierlicher Druckmittelbedarf
des Regelventiles verwirklicht' mit allen denjenigen Nachteilen, die mit der Anordnung
von Entlüftungsöffnungen mit derart kleinen Durchmessern verbunden sind.
Das
Ventil 1 besitzt eine Halterung, deren eines Ende 12 ein Gewinde trägt, das von
einer Bohrung 13 aufgenommen wird derart, daß die innere Endfläche 14 mit einem
Druckkanal, z.B. mit der Druckkammer 10 des Regelventiles 2 verbunden wird.
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Das andere Ende besitzt einen polygonalen Umriß 14, um das Ansetzen
eines Werkzeuges, z.B. eines Schraubenschlüssels zu erleichtern mit dem Zweck, die
Halterung in die Bohrung 13 einzuschrauben. In der Halterung ist eine Düse 15 mit
der Austrittsöffnung 16 vorgesehen, welche die Druckkammer 10 mit der Atmosphäre
verbindet, wobei diese Austrittsöffnung 16 in der Mitte der ebenen Endfläche 17
vorgesehen ist. Außerhalb der Ventilhalterung ist eine Scheibe oder Platte 18 vorgesehen,
deren eine Seite 19 neben der Endfläche 17 liegt, so daß die Austrittsöffnung 16
vollständig überdeckt wird. Der ümriß diese Platte 18 kann beliebige Form haben,
ohne daß hierdurch der Betrieb in einem ins Gewicht fallenden Maße berührt wird.
Aus Gründen der einfacheren Fertigung ist einer kreisrunden Platte der Vorzug zu
geben. Die Flächen 17 und 19 können eben oder gewölbt sein, ohne daß hierdurch der
Betrieb berührt wird, solange sie zueinander passen. Wegen der einfacheren Fertigungsmöglichkeit
sind diese Flächen vorzugsweise eben. Die Platte 18 kann auch durch eine Kugel ersetzt
werden, deren Oberfläche in der Nähe einer entsprechenden Einbuchtung in der Fläche
17
ist, wobei diese Vertiefung mit der Austrittsöffnung 16 verbunden ist.
Die Platte 18 kann relativ zu der Austrittsöffnung 16 konzentrisch oder aber auch
außermittig gelagert sein; es ist lediglich erforderlich, daß die Fläche 19 größer
ist als diejenige der Austrittsöffnung 16, so daß ein Abzugskanal zwischen den Flächen
17 und 19 in allen bezüglich der Austrittsöffnung 16 radialen Richtungen entsteht.
In
der Halterung ist eine Vielzahl von Zapfen 20 mit gleich großen Abständen verankert.
Diese Zapfen 20 erstrecken sich über die ebene Fläche 17 hinaus; dabei.werden seitliche
Grenzen für einen senkrechten Weg der Platte 18 festgelegt, wobei sich diese Platte
18 relativ zu der ebenen Fläche 17 bewegt. Ein jeder Zapfen 20 trägt an seinem Ende
einen in seitlicher Richtung sich erweiternden Kopf 21, welcher in Querrichtung
den Umriß der Platte 18 überlagert. Hierdurch wird eine Art Falle gebildet, welche
die Platte 18 daran hindert, sich aus der Halterung des Ventiles herauszulösen.
Um ein Herauslösen der Platte 18 aus der-Halterung zu verhindern, und gleichzeitig
aber zuzulassen, daß während des Betriebes des Ventiles die Platte 18 die vorerwähnte
Gleichgewichtsstellung in der Höhe h einnimmt, haben die verbreiterten Köpfe 21
der Zapfen 20 gegenüber der Fläche 17 einen vorbestimmten Abstand, so daß sich die
Köpfe 21 von der Platte 18 lösen, sofern letztere die Stellung mit der Höhe h einnimmt
(Figur 2). Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventiles ist die folgende: Es
soll einmal angenommen werden, daß in der Druckkammer10 ein bestimmter Druck herrscht,
so daß das Druckmittel in der Düse 15 über die Austrittsöffnung 16 entlüftet wird
Das Druckmittel trifft auf der Unterseite 19 der Plätte 18 auf und hebt diese über
die ebene Fläche 17 hinaus an. Das austretende Druckmittel strömt dann. in radialer
Richtung zur Atmosphäre, und zwar von der Austrittsöffnung 16 ausgehend zwischen
den beiden ebenen Flächen 17 und 19. Hierdurch wird die Platte 18 gezwungen, einige
tausendstel Zoll oberhalb der ebenen Fläehe 17 zu schweben. Dieses Phänomen ist
die Folge der Geschwindigkeitszunahme des zwischen der ebenen Fläche 19 der Platte.18
und der ebenen Fläche 17 des Ventilhaltegliedes strömenden Mediums. Diese Geschwindigkeitszunahme
wird von einem Druckabfall
begleitet, und zwar in Übereinstimmung
mit dem Gesetz von Bernoulli, so daß der Atmosphärendruck oberhalb der Platte 18,
welcher größer ist als der Druck zwischen den Flächen 17 und-19 eine Kraft erzeugt,
welche in senkrechter Richtung nach unten auf die Platte 18 einwirkt. Diese Kraft
ist bestrebt, die Platt 18 gegen die Austrittsöffnung 16 zu drücken. Gleichzeitig
beaufschlagt das aus der Austrittsöffnung 16 austretende Druckmittel die Fläche
19 der Platte 18, was eine senkrechte und nach oben gerichtete Kraft zur Folge hat,
die der Kraft der Atmosphäre entgegenwirkt. Deshalb entfernt sich die Platte 18
in senkrechter Richtung von der Fläche 17, bis diese beiden, einander entgegenwirkenden
Kräfte, im Gleichgewicht sind, woraufhin die Platte 18 im Abstand h oberhalb der
Fläche 17 eine Gleichgewichtsstellung einnimmt (Figur 2). Die Strömung durch die
Austrittsöffnung 16 hindurch ist etwa 5 bis 10mal kleiner als die Strömung durch
die Austrittsöffnung gleichen Durchmessers ohne die Platte 18. Versuche haben gezeigt,
daß bei Verwendung der Platte 18 zusammen mit einer Auslaßöffnung der vorstehend
beschriebenen Art, eine Auslaßöffnung mit einem Durchmesser von 2,032 mm in der
Zeiteinheit um etwa 50 g6 mehr Druckmittel überträgt als eine Auslaßöffnung
mit einem Durchmesser von 1,016 mm, sofern In diesem Falle auf die Platte verzichtet
wird. Daraus geht hervor, daß die aus einer Auslaßöffnung von 1,016 mm- Durchmesser
austretende Menge des Mediums verdoppelt werden kann, sofern eine Austrittsöffnung
mit einem Durchmesser verwendet wird, welcher viermal größer ist, vorausgesetzt,
daß diese Austrittsöffnung mit der vorstehend näher erläuterten Platte 18 kombiniert
wird. Bei Verwendung einer im Durchmesser größeren AuslaBöffnung ist die Gefahr
der Verstopfung mit Schmutz und dergleichen ungleich geringer; überdies ist die
Geräuschbildung wegen der geringeren Turbulenz kleiner. Hinzu kommt noch der Selbstreinigungseffekt.
Dadurch,
daß die Geschwindigkeit des Mediums an der Fläche 19 der
Platte 18 in der Nähe der Schallgeschwindigkeit legt,-ist die Platte 18 selbstreinigend.
Der Betrieb des erfindungsgemäßen Ventiles wird mehr vorausschaubar, da im Gegensatz
zu einer einzigen Auslaßöffnung die Strömung vergleichsweise@unabhängig von der
Geometrie der Austrittsöffnung ist; sie@hängt in erster Linie von der Ebenheit und
der Bearbeitung sowohl der j?läche.17 als auch er Fläche 19 der Platte 18 ab. Die
Ebenhet'und die Art der Bearbeitung können viel leichter kontrolliert'wefden als
die Geometrie der Auslaßöffnung, die in:hohem Maße schwankten kann. Darüber hinaus
haben Versuche gezeigt,>daß,die Strömung längs der Platte 18 mit Bezug auf den Druck
linearer ist als die Strömung durch eine 'einfacheAuslaßöffnung- hindurch, wöbei
hinsichtlich des Betriebes eine größere Vorausschaubarkeit: erzielt wird. Aus vorstehenden
Überlegungen geht hervor, daß die Zapfen 20 und die Platte 18 unmittelbar an der
Außenfläche des Regelventiles 2: über einer einfacheren.Ausla'ßöffnung:angeordnet
werden können. In diesem Falle entällt'ein besonderer ventilträger; der Erfindungsgedanke
wird hierdurch jedoch nicht berührt.