DE1807009A1 - Mengenregelventil - Google Patents

Description

• Mengenregelventil Die Erfindung betrifft ein Mengenregelventil mit einer Druckwaage zur druckunabhängigen Regelung von Durchflussmengen über eine Meßblende. Solche Ventile werden insbesondere in Hydraulikanlagen benötigt, die Regelung des Ölstromes und damit der Weg bzw. die Geschwindigkeit des zu bewegenden Organes wird bei den bekannten Ausführungen durch das Verstellen einer Meßblende bewerkstelligt. Diese Verstellung kann durch Hand erfolgen, bei Fernverstellung bedient man sich in der Regel eines Elektromotorantriebes. Es handelt sich praktisch in allen Fällen um eine analoge Nachlaufsteuerung mit Soll-Istwert-Vergleich.
• Bei den bekannten Regelsystemen muss ian relativ grosse Stellzeiten in Kauf nehmen, die Meßwerteinpendelung bringt Ungenauigkeiten mit sich. Durch die bei Fernverstellung notwendigen zwischengeschalteten Steuer- und Regelglieder ergeben sich zusätzliche Toleranzen, die insbesonde bei kleinen Regelmengen, die für weggenaue Steuerungen sehr wichtig sind, eine völlig unbefriedigende Reproduzierbarkeit der Stellwerte mit sich bringen. Die Regelgenauigkeit wird weiter durch Temperatur- und ungsschwankungen negativ beeinflusst, die Regelbereiche sind verhältnismässig klein und häufig muss ein Digital-Analog-Wandler zwischengeschaltet werden, so dass eine aufwendige elektrische Steuerung notwendig ist.
• In Yerieidung dieser Nachteile liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein schnellarbeitendes, genau reproduzierbare Werte lieferndes, insbesondere auch für ganz geringe Durchflussmengen geeignetes Mengenregelventil zu schaffen, das dardber hinaus einen geringen Herstellungsaufwand erfordert und mit einer einfachen elektrischen Steuerung bei nahezu wartungsfreier Bedienung auskommt.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass mehrere Moßlenden mit fester Einstellung parallel zueinander geschaltet sind und diesen Blenden Absperrventile zugeordnet sind, die wahlweise zur Festlegung der gewünschten Durchflussmenge betätigbar sind. Man kommt bei diesen digitalgesteuerten Mengenregelventil bei relativ kleinem Stufensprung und grossen Regelbereich mit wenigen Meßblenden aus, wenn die Blenden-Werte der einselzen Meßblenden hinsichtlich der Durchflussmenge in geometrischer Reihe bzw. einer binären Zahlenreihe abgestuft sind. die Meßblenden sind für sick einstellbar und werden auf den einmal eigestellten Festwert justiert.
• Der Bauzufwand lässt zich besonders klein halten, wenn die Meßblende und das Absperrventil jeweils zu einer Baueinheit zusammemgefasst und in einer Durchgangsbehrung eines Gehäusekörpers jeweils von einer Seite her untergebracht sind.
• Um einem kleinen Stufensprung zu erreichen, muss die durch die kleinste Blende bestimmte Durchflussmenge klein sein.
• Voraussetzung ist, dass sowohl das Absperrventil als auch die Drückwaage hermetisch dicht sind. Erfindunggemäss ist deshalb vergesehen, dass das Absperrventil aus einem in die Behrung des Gehäusekörpers eingeschebenen und dert über an Umfang angeornete elastische Ringe abgedichteten Ventilkörper und einem darin beweglichen Ventilkolben besteht, der einerseits unter dem Einfluss eine Stellgliedes und andererseits unter dem Einfluss einer Druckfeder steht und mit einem kegeligen Ventilsitz versehen ist. Die als Dichtventil ausgebildete Druckwaage besteht ihrerseits aus einem in einem Führungszylinder axial verschiebbaren Stufenkolben, der einen Kegel ale Ventilsitz trägt.
• Die Justierbare Konstantblende besteht aus einem in die Bohrung eingeschobenen und gegen diese abgedichteten Zylinder mit einer Regelöffnung, im Zylinder ist ein Kolben gegen die Wirkung einer Feder ueber eine Stellschraube verschiebbar, der den freien Öffnungsquerschnitt bestimmt.
• Bei der gewählten Anordnung, nämlich der Aufeinanderfolge des ibsperrventils und der Meßblende in einer Bohrung, hat zweckmässig der Zylinder eine zentrale Eintrittsd.ffnung und eine radial verlaufende Austrittsöffnung, im Kolben ist ftlr den Druckausgleich eine Durchbohrung angeordnet.
• Der Stufenkolben der Druokwaage, die die druckunabhängige Regelung bewirkt, stdt in an sich bekannter Weiee einerseits unter dem Einfluss einer Feder, erfindungsgemäss ist er aber andererseits durch ein Stellglied, insbesondere einen Elektromagnet,bewegbar, der Ventilsitz liegt zwischen dem grossen und dem kleinen Einzelkolben. Der Stufenkolben muss im Führungszylinder einwandfrei laufen, durch die abgesetzten Einzelkolben und dem Ventilkegelsitz ist eine sehr genaue Bearbeitung erforderlich. Um beim Einbau und im Betrieb keine schädigenden Einflüsse wirksam werden zu lassen, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der PUhrung8-zylinder in einer Bohrung eines Gehäuse teiles mit Spiel gelagert und mittels elastischer Ringe abgedichtet ist. Das Mengenregelventil kann in einfachster Weise dadurch jeweils auf die Verhältnisse abgestimmt sein, dass die die MeBblenden und Absperrventile aufweisenden Baueinheiten zusanen mit einem die Druckwaage enthaltenden Gehäuse teil auf einer Grundplatte leicht austauschbar nebeneinander liegend befestigt sind Bei grösserem Regelbereich werden einfach weitere Baueinheiten zugeschaltet, bei einer Störung kann die betroffene Baueinheit schnell ausgewechselt werden.
• Bei sehr grossen Regelbereichen können mehrere, wahlweise einschaltbare Druckwaagen vorgesehen sein.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsform darstellt, näher erläutert.
• Es zeigen s Fig. 1 eine schematische Wiedergabe des Aufbaues des Nengenregelventiles Fig. 2 einen Schnitt durch das Mengenregelventil Fig. 3 eine Ansicht eines Mengenregelventile von der Seite Fig. 4 eine ansicht dazu von vorn Das Mengenregelventil nach Fig. 2 setzt sich zusammen aus einer Reihe von Meßblenden 1 bis 5, die parallel sueinander geschaltet und mit Jeweils einem Absperrventil 6 bis 10 zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und einer Druckwaage 11. Die Absperrventile 6 bis 10 sind Jeweils durch ein Stellglied 12 gegen die Wirkung einer Feder 24 von aussen betätigbar, insbesondere eignet sich ein Elektromagnet. Die Meßblenden 1 bis 5 bzw. Absperrventile 6 bis 10 werden von einer Zulauleitung 13 gespeist und geben Je nach Zuschaltung den Durchfluss zu einer gemeinsamen Ablaufleitung frei, die zur Druckwaage 11 führt. Von hier aus gelangt die Druckflüssigkeit zur Einsatzstelle.
• Die Durchflusswerte der einzelnen Meßblenden 1 bis 5 sind fest eingestellt und in besonders vorteilhafter Weise gemäß einer geometrischen Reihe abgestuft. Die Werte der Meßblenden 1 bis 5 liegen also z.B. bei 5 , 10 , 20 , 40 80 cm³/min. Würden weitere Meßblenden vorgesehen sein, so hätten diese 160 , 320 , 640 ... cm³/min . Durch digitale Ansteuerung der Absperrventile bzw. Meßblenden können alle Durchflussmengen mit einem Stufensprung von 5 cm³/min eingestellt werden, bei fünf Meßblenden - wie im gezeigten Beispiel nach Figur 1 - in einem Regelbereich zwischen 5 und 155 cm³/min. Soll z.B. der Durchfluss 125 cm³/min betragen, so werden die Absperrventile 6,9,10 geöffnet und der Durchfluss durch die Meßblenden 1,4 und 5 freigegeben. Ohne weitere lässt sich die Durchflussmenge s.B. von 150 auf 155 cm³/min ändern , ns mit den bekannten verstellbaren Meßblenden praktisch unmöglich ist. Die Reproduzierbarkeit der Durchflussmengen ist bis zu kleinsten Werten herunter einwandfrei gegeben, darüber hinaus ergeben sich geringste Stellzeiten, denn die Stellzeit des ganzen Gerätes ist praktisch gleich mit der Zuschaltzeit der Stellglieder 12 , die, wenn es sich um Elektromagnete handelt, bei ca. 20 ms liegt. Die elektrische Steuerung des Mengenregelventiles ist ausserordentlich einfach, sie kann direkt von Wahlschaltern, Lochkartenlesegeräten oder dergleichen, erfolgen.
• Insbesondere bei kleinen Durchflussmengen in einem k nem Stufensprung ist es unerlässlich, dass die Absperrventile und die Druckwaage hermetisch dicht abschliessen.
• Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, ist Jede Meßblende mit dem dazugehörigen Ibsperrventil in einem Gehäusekörper 15 zu einer Baueinheit zusammengefasst. Auch die Druckwaage 11 ist in einem Gehäuseteil 16 untergebracht und die Gehäusekörper 15 können entsprechend der Anzahl der notwendigen Meßblenden nebeneinander auf einer Grundplatte zusammen mit dem Gehäuseteil 16 angeordnet eein, wobei eine Zulaufleitung alle Meßblenden beaufschlagt und eine Ablaufleitung zur Einlaßöffnung 17 der Druckwaage 11 ftthrt. Im Schnitt nach Figur 2 ist das Absperrventil 6 und die Meßblende 1 gezeigt. Die anderen Absperrventile und Meßblenden sind in gleicher Weise aufgebaut. Das Absperrventil 6 besteht aus einem Ventilkörper 18 , der in einer Durchgangsbohrung 19 im Gehäusekörper 15 untergebracht und durch elastische Ringe 20 , die in Umfangsnuten im Ventilkörper 18 liegen, nach außen abgedichtet ist. Im Ventilkörper 18 ist ein Ventilkolben 21 axial beweglich, der an seinem einen Ende einen Ventilkegel 22 trägt, der am Ventilsitz 23 unter dem Einfluss einer Druckfeder 24 dichtend anliegt. Auf der anderen Seite des Ventilkolbene 21 ist das Stellglied 12 angeordnet, das im vorliegenden Fall als Elektromagnet ausgebildet ist, der den Ventilkolben 21 von seinem Sitz 23 gegen die Wirkung der Feder 24 abhebt. Im Gehäueekörper 15 befindet sich eine Eilaufbohrung 25 , die mit der Zulaufleitung 13 verbunden ist und Uber eine Querbohrung 26 in das Innere des Yentilkörpers 18 führt, das durch den Ventilkegel 22 abgeschlossen ist, so lange das Stellglied 12 nicht betätigt wird.
• In der gleichen Durchgangsbohrung 19 ist von der anderen Seite her die Meßblende 1 eingeschoben, die im wesentlichen aus einem Zylinder 27 , einem Kolben 28 , einer Feder 29 und einer Stellschraube 30 besteht. Die Druckfeder 24 , die gegen den Ventilkolben 21 drUckt, stützt sich am Zylinder 27 ab , die Feder 29 , die gegen den Kolben 28 drückt , liegt in einem Sprengring 31 an , der in den Zylinder 27 eingelassen iat. Der Zylinder 27 ist mit einer Regelöffnung 32 versehen, die Je nach der Stellung des Kolbens 28 abdeckbar ist und dadurch eine Einstellung der Durchflussmenge zulässt. Zur Einstellung wird an der Stellschraube 30 gedreht, beim gewünschten Wert wird die Stellung durch eine Kontermutter 33 fixiert. Die Druckfltissigkeit gelangt vom Absperrventil 6 Uber eine zentrale Eintrittsöffnung 34 zur Regelöffnung 32 der Meßblende 1 und von hier aus zu einer Austrittsbohrung 35, die mit der Ablaufleitung 14 verbunden ist. Im Boden des Kolbens 28 ist zur Druckentlastung eine Durchgangsbohrung 36 eingebracht.
• In einer Bohrung 38 des Gehäuseteiles 16 iet ein FUhrungszylinder 39 " schwimmend " gelagert und durch elastische Ringe 40 nach aussen abgedichtet. Dabei ist ein grosser Einzelkolben 41 mit einem kleinen Einzelkoben 42 durch einen Schaft 43 zu einem Stufenkolben 48 verbunden, der einen Ventilkegel 44 aufweist. Gegen den kleinen Einzelkolben 42 legt sich eine Druckfeder 45, die den Ventilkegel 44 von seinem Ventilsitz 46 abzuheben sucht. Auf der anderen Seite des Stufenkolbens 48 greift ein Stellglied 47 - zweckmässig ebenfalls in Form eines Elektromagneten - an , das den Kolben 48 gegen die Wirkung der Feder 45 zum Ventilsitz 46 hin schieben kanne Im Führungszylinder 39 ist oberhalb des grossen Einzelkolbens 41 eine Einlaßöffnung 49 und unterhalb des grossen Einzelkolbens 41 eine Einlaßöffnung 50 angeordnet, die mit Eintrittsbohrungen 51,52 im Gehäuseteil 16 verbunden sind, die wieder an die Austrittsbohrungen 35,37 der Gehäusekörpers 15 bsw. an die Ablaufleitung 14 angeschlossen sind. Die Einlaßöffnung 50 liegt zwischen dem grossen Einzelkolben 41 und dem Ventilsitz 46. Der Stufenkolben 48 trägt eine Bohrung 53, die die Einlaßöffnung 50 mit einem Raum 54 hinter dem kleinen Einzelkolben 42 verbindet. Zwischen den Ventilsitz 46 und dem kleinen Einselkolben 42 liegt eine Auslaßöffnung 55 , die mit einer Austrittsbohrung 56 des Gehäuseteiles 16 verbunden ist.
• 8011 das Mengenregelventil in Tätigkeit gesetzt werden, so werden die Btellglieder 12 eingeschaltet, die sur Freigabe des Durchflusses durch die Meßblenden mit dem entsprechenden Durchflusswert führen. Wird also s.B. das Stellglied 12 nach Fig. 2 eingeschaltet, so drUckt es den Ventilkolben 21 gegen die Wirkung der Druckfeder 24 nach rechts, so dass die Druckflüssigkeit von der Einlaufbohrung 25 her durchtreten kann, Sie gelangt über die Regelöffnung 32 mit dem feut eingestellten Durchlaßquerschnitt in die Austrittsbohrung 35. Von hier aus geht die Druckflüssigkeit, eventuell über die Ablaufleitung 14, weiter zur Druckwaage 11.
• Ein ungedrosselter Ölstrom gelangt von der Einlaufbohrung 25 über die Leitung 37 und die Einlaßöffnung 49 hinter den grossen Einzelkolben 41, der durch die Meßlende 1 gedrosselte Ölstrom tritt in die Einlaßöffnung 50 ein, ul tiber die Bohrung 53 auch in den Raum 54 hinter den kleinen Sinsolkolben 42 zu gelangen. Der Ventilkegel 44 wird durch den grösseren Druck hinter dem grossen Einzelkolben 41 auf den Sitz 46 gedrückt, daß Ventil öffnet sobald die Kraft der Druckfeder 25 zusammen mit dem gedrosselten Öldruck auf den kleinen Einzelkolben 42 und die eine Seite des grossen Einzelkolbens 41 die Kraft des Öldruckes auf die andere Seite des grossen Einzelkolbens 41 überwiegt. Jetzt tritt die Druckflüssigkeit durch die Austrittsbohrung 56 mit der Regenmenge aus. Durch die Kegelsitzventile ( Absperrventil 6 und Ventilkegel 44 des Stufenkolbens 48 ) ist eine einwandfreie leckölfreie Regelung bis zu den kleinsten Mengen ( 2 cm3/ min ) herunter möglich. Durch die Anordnung des Stellgliedes 47 , in der Regel eines Elektromagneten, kann der Durchfluss durch das Mengenregelventil beliebig unterbrochen werden. Wird auf diese Weise der Durchfluss durch den Ventilsitz 46 gestoppt, so wird vermieden, das beim Wiederöffnen des Ventils ein unerwünschter " Anfahrsprung " eintritt, der dadurch entsteht, dass der Stufenkolben 48 druch das Auftreten des vollen Drucke auf den grossen Einselkolben 41 schlagartig nach links verschoben wird, so daß also die anfängliche Bewegungsunregelmässigkeit am Werkzeug oder dergleichen entfällt.
• In den Figuren 3 und 4 ist dargestellt, wie die Gehäusekörper 15 mit den Absperrventilen und den Meßblenden und die Druckwaage 11 , also der Gehäuseteil 16, auf einer Grundplatte 57 befestigt sind. Entsprechend dem Regelbereich des Mengenregelventile werden auf die Grundplatte 57 mehr oder weniger solche Einheiten aufgesetzt.
• Der Austausch erneuerungebeddrftiger Teile ist besonders einfach.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Durchflussmengen mit grosser Genauigkeit reproduzierbar einstellbar sind, und zwar mit sehr geringen Stellzeiten. Dabei ist der elektrische Steuerungsaufwand äusserst gering, ein Digital-Analog-Wandler entfällt und Meßfehler durch unvermeidliche Toleranzen der sonst notwendigen Steuer- und Regelglieder wie Potentiometer und dergleichen sowie Einflüsse durch Temperatur- und Spannungs schwankungen kommen in Wegfall. Daa Mengenregelventil arbeitet bis zu kleinsten Regelmengen herunter, die fUr weggenaue Steuerungen sehr wichtig sind, völlig einwandfrei. Das Ventil hat einen leicht änderbaren Regelbereich in dem einfach weitere Absperrventil-Meßblende-Baueinheiten hinzugesetzt oder weggelassen werden. Bei sehr grossen Bereichen können, wenn es die Abmessungen wünschenswert erscheinen laasen, auch zwei Druckwaagen Verwendung finden. Dabei ist der Bauauiwand fEr das digital gesteuerte Mengenregelventil klein, Störungen sind so gut wie ausgeschlossen.

Claims (15)

Patentansprüche

1. Mengenregelventil mit einer Druckwaage zur druckunabhängigen Regelung von Durchflussmengen Uber eine Meßblende, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Meßblenden (1 bis 5) mit fester Einstellung parallel zueinander geschaltet und diesen Absperrventile (6 bis 10) zugeordnet eindW die wahlweise zur Festlegung der gewünschten Durchflussmenge be tätigbar sind.

2. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenwerte der einzelnen Meßblenden (1 bis 5) hinsichtlich der Durchflussmenge in einer geometrischen Reihe abgestuft sind.

3. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßblenden (1 bis 5) einstellbar und auf einen Festwert justierbar sind.

4. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Meßblende und das dazugehörige Absperrventil zu einer Baueinheit zusammengefasst und in einer Durchgangsbohrung (19) eines Gehäusekörpers (15) Jeweils von einer Seite her untergebracht sind.

5. Mengenregelventil nach Anspruch 1 und 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (6) aus einem in die Bohrung (19) des Gehäusekörpers (15) eingeschobenen und dort über am Umfang angeordnete elastische Ringe (20) abgedichteten Ventilkörper (is) und einem darin beweglichen Ventilkolben (21) besteht, der einerseits unter den Sinflus eine. Stellgliedes (t2) und andererseits unter dem Einfluss einer Druckfeder (24) steht und mit einem Ventilkegel (22) versehen ist.

6. Mengenregelventil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßblende (1) aus einem in die Bohrung (19) eingeschobenen und gegen diese abgedichteten Zylinder (27) mit einer Regelöffnung (32) besteht und im Zylinder (27) ein Kolben (28) gegen die Wirkung einer Feder (29) über eine Stellschraube (30) verschiebbar ist, der den freien Öffnungsquerschnitt bestimmt.

7. Mengenregelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (28) mit einer Durchgangsbohrung (36) versehen ist und der Zylinder (27) eine zentrale Eintrittsöffnung (34) und eine radial verlaufende Austrittsöffnung aufweist.

8. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage (11) gleichzeitig als Dichtventil ausgebildet ist.

9. Mengenregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage (11) aus einem in einem FUhrungszylinder (39) axial verschiebbaren Stufenkolben (48) besteht, der einen Ventilkegel (44) trägt.

10. Mengenregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (48) einerseits unter dem Einfluss einer Druckfeder (45) steht und andererseits durch ein Stellglied (47) bewegbar ist und der Ventilsitz (46) zwischen dem grossen und dem kleinen Einzelkolben (41,42) liegt.

11. Mengenregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennx zeichnet, dass der Führungszylinder (3g) zwei Einlaßöffnungen (49,50) und eine Auslaßöffnung (55) aufweist, die eine Einlaßöffnung (49) auf der einen Seite des grossen Einzelkolbens (41) und die andere Einlaßöffnung (50) auf der anderen Seite des grossen Einzelkolbens (41) zwischen Ventilsitz (46) und dem grossen Einzelkolben (41) liegt und die Auslaßöffnung (55) zwischen dem kleinen Einzelkolben (42) und dem Ventilsitz (46) angeordnet ist.

12. Mengenregelventil nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaßd.ffnung (50) zwischen dem Ventilsitz (46) und dem grossen Einzelkolben (41) aber eine Bohrung (53) im Stufenkolben (48) mit der dem Ventilsitz (46) abgewendeten Seite des kleinen Einzelkolbens (42) verbunden ist.

13. Mengenregelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der FUhrungszylinder (39) in einer Behrung (38) des Gehäuseteiles (16) mit Spiel gelagert und mittels elastischer Ringe (40) abgedichtet ist.

14. Mengenregelventil nach Anspruch 1 , 4 und 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die die MeBblenden und die Absperrventile aufweisenden Baueinheiten zusammen mit einem die Druckwaage (11) enthaltenden Gehäuseteil (16) auf einer Grundplatte (57) leicht austausuhbar nebeneinander liegend befestigt sind.

15. Mengenregelventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei grossen Regelbereichen mehrere, wahlweise einschaltbare Druckwaagen (11) vorgesehen sind.