DE1950154A1

DE1950154A1 - Elektrohydraulische Steuerung fuer Ventile

Info

Publication number: DE1950154A1
Application number: DE19691950154
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: G Kromschroeder AG
Current assignee: Elster Kromschroeder GmbH
Priority date: 1969-10-04
Filing date: 1969-10-04
Publication date: 1971-04-15
Also published as: DE1950154B2; DE2226520A1

Description

Elektrohydraulisehe Steuerung für Ventile

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Steuerung flir Ventile, deren Verschlußkörper über eine Spindel gesteuert wird, bestehend aus einer, in einem die Druckflüssigkeit aufnehmenden Vorratsbehälter angeordneten, elektrisch angetriebenen Pumpe, einem von einer auf die Spindel einwirkenden Membran oder einem Kolben einseitig abgeschlossenen Arbeitsdruckraum, einem den Ausgang dieses Druckraumes bei Erregung absperrenden Ventil und einer den elektrischen Antrieb der Pumpe bei Erreichen der Soll-Endstellung des Ventilverschlußkörpers abschaltenden Schalteinrichtung.

Es sind Ventile mit elektrohydraulischer Steuerung be-, kannt. Bei diesen Ventilen wird die den Öffnungsquerschnitt und somit die Durchgangsmenge des zu steuernden Mediums bestimmende Soll-Endstellung des Ventilverschlußkörpers durch einen den elektrischen Antrieb der Pumpe unterbrechenden, in seiner Lage vorstellbaren wegeabhängigen Schalter bestimmt. Gleichzeitig überwacht der Schalter die Einhaltung der Soll-Endstellung. Y/enn naoh Abschalten der Pumpe bei erreichter Soll-Endstellung dea Ventilverschlußkörpers, z.B. durch geringe Lecks innerhalb des Hydrauliksystems dor Druck im Arbeit Bdruckraum nachläßt, wird der unter der Einwirkung

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der Rückholfeder stehende VentilversGhlußkörper und seine ihm zugeordnete Spindel dem verringerten Druck' nachgehen und zwar solange, bis die jedem Schalter eigene Sohalthysterese durchlaufen ist und die Pumpe wieder eingeschaltet wird. Die nun arbeitende Pumpe ersetzt den Druckverlust, wobei der Ventilverschlußkörper mit seiner Spindel in die SollTEndstellung zurückgeht, wo dann nach Durchlaufen der Schalthysterese des ; Schalters in umgekehrter Richtung, der Antrieb der Pumpe wieder unterbrochen wird. »

Die nicht zu unterbindenden Druokverluste im Arbeits- druckraum und deren Ersetzen durch das Nachpumpen wirkt sich somit als unterschiedliche Lage des Ventilverschlußkörpers zu seinem Ventilsitz aus.

Bei der größtenSoll-Sndstellung des Ventilvergchlußkörpers, die dem maximalen Ventildurchgang entspricht» wirkt sich die geringe Lageänderung des Ventilverschlußkörper3 auf die Durchflußmenge des Mediums kaum aus. Dagegen macht es sich bemerkbar bei einer Soll-Endstellung des Ventilverschlußkörpers, die einen gedrosselten Durchgangsquerschnitt ergibt, wobei sich mit zunehmender Drosselung und gleichbleibender Lageänderung die Durchflußmenge des Mediums immer mehr in Schwankungen verändert. Diese Schwankung der Durchflußmenge kann bei starker Drosselung des Ventildurohgängea sogar soweit führen, daß die kleinere Durohflußmenge nioht mehr für die notwendige Versorgung

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einos nachge schaltet en Verbrauchers ausreicht ,und zum Beispiel "bei mit Gas oder Öl betriebenen Feuerstätten die Flamme verlöscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrohydraulische Steuerung für Ventile zu schaffen, die eine exakte Einstellung und Einhaltung der Durchflußmenge ermöglicht. Dies geschieht dadurch, daß zur Bestimmung der Soll-Endstellung des Ventilverschlußkörpers ein die Bewegung der dem Ventilverschlußkörper zugeordneten Antriebsoder Übertragungsmittel begrenzender, verstellbarer Anschlag vorhanden ist, und daß ein den elektrischen Antrieb der Pumpe bei Erreichung eines höheren als zur maximalen Bewegung des Ventilverschlußkörpers erforderlichen Druckes abschaltender Druckschalter mit seinem Druckraura direkt oder über einen Kanal mit dem Arbeitedruckraum in Verbindung steht. . ._t Durch die erfindungsgemäße Kombination von einem Anschlag für die Einstellung der Soll-Endstellung dee Ventilverschlußkörpers und eines der Abschaltung des Pumpenantriebes dienenden Druckschalters wird eine einmal eingestellte Durchflußmenge konstant eingehalten dadurch, daß der von der arbeitenden Pumpe erzeugte Druck den Ventilverschlußkörper und seine Spindel bis zum eingestellten Anschlag bewegt und dann erst, durch den sich nun weiter erhöhenden Druck der Druckschalter anspricht

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und die Pumpe ausschaltet. Der Druckverlust im Hydrauliksystem wird aber den Druckschalter -wieder ansprechei laosen und somit -die Pumpe einschalten, bevor der Anpressdruck an dem Anschlag unterschritten wird und der Ventilverschlußkörper sich in Schließrichtung bewegen kann. Die Schalthysterese des Schalters ist damit in einen höheren als für die maximale Bewegung erforderlichen Druck verlegt. Eine höhere Pumpenleistung ist mit dieser Maßnahme nicht verbunden, da die größte Leistung zum Abheben des Ventilverschlußkörpers mi,t dem darauf ruhenden Druck des zu steuernden Mediums vom Ventilsitz erforderlich ist und diese, durch den nach dem Abheben des Ventilverschlußkörpers wegfallende Druck des Mediums, zur Verfugung stehende Restleistung zum Betätigen .dea Drucksohalters verwendet werden kann.

Der verstellbare Anschlag kann, je nach den gegebenen Platzverhältnissen am Kolben, an der Spindel oder an. irgendeinem anderen, die Bewegung übertragenden Zwischenglied angreifen. Ss ist jedoch von Vorteil, wenn der verstellbare Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Ventilverschlußkörpers in der dem Antrieb entgegengesetzten Seite des Ventilgehäuses koaxial mit der Spindel angeordnet ist.

Durch die Anordnung des verstellbaren Anschlages im Gehäuse koaxial zur Spindel, wird eine einfache und genaue

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zentrale Begrenzung des Ventilverschlußkcirperweges erreicht.

In vielen Fällen ist es erforderlich, daß eine wahlweise, für den Regelvorgang langsame und für den Sicherheit af all schnelle Schließbewegung vorhanden ist. Um diese Aufgabe zu erfüllen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß parallel zu dem den Ausgang des Arbeitsdruckraumes bei Erregung absperrenden Ventil ein zweites, mit einem kleineren Durchgang versehenes, bei Erregung absperrendes Ventil angeordnet und mit seiner Erregerspule in einen parallelen Stromkreis eingeschaltet iat.

Die Anordnung eines zweiten, den Ausgang des Arbeitsdruckraumes beherrschenden Ventils mit kleinerem Ventil— durchgang, ermöglicht bei Regelabschaltung ein die vor- und nachgeschalteten Geräte _i wie Druckregler, Druckschalter U3W., nicht mit Druckstößen belastendes langsames Schließen des Ventils, hingegen durch Abschalten beider den Ausgang des Arbeitsdruckraumes beherrschender Ventile, ein sofortiges schnelles Schließen bei Meldung eines unnatürlichen Betriebszuatandes oder bei Gefahr, durch die Sicherheitseinrichtung.

Um auch die Öffnungsbewegung.des zu steuernden Ventilverachlußkörpers und somit die Zeit bis zur Freigabe des vollen eingefitellten Durchflußctuerachnittes verändern und

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dem Öffnungsweg anpassen zu können, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß zur Fördermengeneinsteilung ein vom Zylinder der Pumpe im Bereich des Kolbenhubes ausgehender, in den Vorratsbehälter mündender, von einem gegen den Druck im Zylinder arbeitenden, unter verstellbarem Federdruck stehenden

^ Ventilver3Chlußkörper beherrschten Rücklaufkanal angeordnet ist.

Durch diesen von einem Ventilverschlußkörper beherrschten Rücklaufkanal ist es möglich, ohne Veränderung des Enddruckes im Zylinder der Pumpe, je nach Einstellung der den Verschlußkörper beaufschlagenden Feder, ein mehr oder weniger großer Teil der vom Kolben zu fördernden Druckflüssigkeit vor Erreichen der Endstellung des Kolbens, in den Vorratsbehälter zurücklaufen zu lassen. Bei geringem Auflagedruck des VentilVerschlußkörpers wird die

" vom Kolben zu fördernde und somit unter Druck stehende Druckflüssigkeit solange durch den Rücklaufkanal entweichen, bis der Kolben den Rücklaufknnal verdeckt. Der noch verbleibende geringe Re-3thub des Kolbens fördert nun Druckflüssigkeit in den Arbeitndruckraum. Die in den Arbeitsdruckraum geförderte Druekmittelnienge bei gleichbleibendem Kolbenhub ist gering und der Druckaufbau im Arbeitsdruckraum erfolgt langsam» Das Gegenteil wird erreicht, durch eine große Beaufschlagung des Ventilverschlußkörpers durch die Feder, wobei kein Druckmittel durch den Rücklaufkanal entweichen kann und die gesamte Fördermenge der

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Pumpe zum schnellen Druckaufbau im Arbeitsdruckraum zur Verfügung steht. Zwischen diesen extremen Einstellungen läßt sich die Geschwindigkeit des Druckaufbaues im Arbeitsdruckraum durch Veränderung des Federdruckes stufenlos einstellen.

Je ein, die Erfindung nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen scheraatisch dargestellt. "3s zeigen:

Figur 1 ein Ventil mit Steuerung im Schnitt,

Figur 2 die der Ausführung nach Fig.1 zugehörige elektrische Schaltung,

Figur 3 ein Ventil im Schnitt mit dem Grundaufbau nach Fig.1 und zusätzlichem zweiten Hilfsventil und

Figur 4- die der Ausführung nach Fig.3 zugehörige elektrische Schaltung.

In den Figuren sind die gleichen Teile mit denselben Bezugsziffern versehen.

Grundsätzlich ist in den Zeichnungen ein Ventil mit 1 und eine zugehörige Steuereinrichtung mit 2 bezeichnet. Das Ventil 1 besitzt in seinem Ventilgehäuse 3 einen Eingang 4-, Ventildurchgang 5 und Ausgang 6. Ein Ventilverschlußkörper 7 beherrscht den Ventildurchgang 5 und wird durch eine sich am Ventilgehäuse 3 abstützende Rückholfeder 8 an den Ventilsitz 9 gedruckt. Die -Tirkverbindung zwischen dem

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Ventilverschlußkörper 7 und der Steuereinrichtung 2 wird durch eine Spindel 1o hergestellt. Me Steuereinrichtung 2 besteht aus einem Gehäuse 11, das gleichzeitig den Vorratsbehälter 12 für die Druckflüssigkeit, z.B. öl, bildet, einem von einer Membran 13 einseitig abgeschlossenen Arbeitsdruckraum 14 und im Vorratsbehälter 12 angeordneten Pumpe 15, Druckschalter 16 und ersten Ventil

" Die Pumpe 15 besteht im wesentlichen aus einem elektomotorischen. Antrieb 18, Zylinder 19, Kolben 2o und federbelastetem Rückschlagventil 21. Im Bereich des Kolbenhubes .führt aus den Zylinder 19 ein Rücklaufkanal 22 in den Vorratsbehälter 12. In dem Rücklaufkanal 22 ist ein wie. ein Überdruckventil arbeitendes Ventil mi,t einem unter dem Druck einer Feder 23 stehender Ventilverschlußkörper angeorinet. Der Druck der Feder 23 ist durch eiae Schraube 25 einstellbar. Durch einen Ansaugkanal 49 gelangt in

( der äußeren Stellung des Kolbens 2.o vom Vorratsbehälter Druckflüssigkeit in den Zylinder 19.

Mit dem Ärbeitsdruckraum 14 steht über einen Kanal 26 der Druckschalter 16 in Verbindung. Der Druckschalter 16 besteht aus einem, in einem Zylinder 27 gleitenden, unter dem Druck einer Feder 28 stehenden Kolben 29 mit Spindel 3o, und einem Hikroschalter 31. Von dem Arbeitsdruckraum 14 führt auch ein Ausgangskanal- 32 in den Vorratsbehälter 12. Dieser Ausgangskanal 32 wird durch das Ventil 17» bei Erregung dessen, verschlossen. Das Ventil 17 besteht

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aus der Erregerspule 34, einer am Drehpunkt 35 gelagerten Ankerklappe 36 und einer als,Verschlußkörper dienende Kugel 37. Im Ventilgehäuse 3 ist ein verstellbarer Anschlag 33 angeordnet.

In dem Schaltdiagramm der Figur 2 ist außerdem ein Regelschalter, z.B. Thermostat, mit 38 und ein einer nicht dargestellten Sicherheitseinrichtung zugeordneter Schalter mit 39 bezeichnet. Die Bezeichnung der Stromkreise entspricht der in der Figur 4 angegebenen Ziffern.

In der Ausführung nach Figur 3 ist dem ersten Ventil 17 ein dem Ausgangskanal 32 parallelen Kanal 40 beherrschendes Ventil 41 zugeordnet. Der Durchgang des Kanals 4-0 ist durch eine Düse 42 verengt. Die Arbeitsweise des Ventils 41 und die Anordnung seiner Teile entsprechen denen des Ventils 17, jedoch ist die Erregerspule mit 43» die Ankerklappe mit 44 und die Kugel mit 45 bezeichnet.

In der Figur 4 ist ein da3 zweite Ventil 41 aufnehmender Stromkreis mit 46, ein das erste Ventil 17 einschließender Stromkreis mit 47 und ein den elektrischen Antrieb 18 der Pumpe 15 beinhaltenden Stromkreis mit 48 bezeichnet.

Die Wirkungsweise der Ausführung nach Figur 1 und 2 ist folgende; Wird bei geschlossenem Schalter 39 der Sicherheitseinrichtung, der Hegelschalter 38 eingeschaltet, so fließt ein Strom in de» Stromkreis 47 durch die lirreger-

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spule 34 des Ventils 17» und über den Mikroschalter 31 des noch nicht mit Druck beaufschlagtem Druckachalters. 16, in dem parallelen den elektromotorischen Antrieb 18 der Pumpe 15 aufnehmenden Stromkreis 4-8. Das Magnetfeld der erregten Spule 34 des Ventils 17 zieht die Ankerklappe an und diese drückt, sich am Drehpunkt 35 abstützend, die

^ Kugel 37 auf den Ausgang des Kanals 32 um ihn zu verschließen. Gleichzeitig wird durch den elektromotorischen Antrieb 18 die Pumpe 15 in Betrieb genommen und Druckflüssigkeit vom Vorratsbehälter 12 in den Arbeitsdruckraum 14 gedrückt. Die von der Pumpe 15 geförderte Druckflüssigkeit wird in der äußeren Stellung des Kolbens 2o über den Ansaugkanal 49 vom Vorratsbehälter 12 angesaugt und durch die Bewegung des Kolbens 2o in Richtung Rückschlagventil 21 gedruckt. Bei entsprechender Einstellung der Feder 23 des den Rücklaufkahal 22 beherrschenden Ven-

* tilverschlußkörper3 24 wird ein Teil der im Zylinder 27 eingeschlossenen Druckflüssigkeit durch aen Rücklaufkanal 22 in den Vorratsbehälter 12 zurückgedrückt solange, bis der Kolben 2o den Rücklaufkanal 22 bedenkt. Der Resthub des Kolbens 2o drückt die noch eingeschlossene Druckflüssigkeit durch das Rückschlagventil· 21 an den Arbeitsdruckraum 14. Infolge des Druckaufbaus im Arbeitsdruck·- raum 14 wird die Membran 13 nach außen gedruckt und diese hebt über die Spindel 1o den Ventilverachlußkörper 7 gegen die Kraft der Rückholfeder 8 vom Ventilsitz 9 ab bis".

zum eingestellten Anschlag 33. Der Ventilversehlußlcör-

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per 7 legt sich am Anschlag 33 an und beendet somit auch die Bewegung der Kembran 13* Dabei wird der Druck im Arbeitsdruckräum 14 weiter aufgebaut und der im Zylinder 27 des Drucksehalters 16 gleitend gelagerte, unter dem entsprechend eingestellten Druck der Feder 28 stehende Kolben 29 mit seiner Spindel 3o bewegt. Die Spindel 3o schaltet dabei den Mikroschalter 31 um, wodurch der elektomotorische Antrieb 18 der Pumpe 15 abgeschaltet wird. Bei Druckabfall im Arbeitsdruckraum 14-,. hervorgprufen durch geringe Undichtheiten, im Ventil 17 oder Rückschlagventil 21, wird durch die größere Kraft der Feder 28, evat der Kolben 29 des Druckschalters 16 zurückgehen und den Kikroschalter 31 ansprechen lassen und den elektromotorischen Antrieb 18 der Pumpe 15 einschalten bevor der Ventilverschlußkörper· 7 vom Anschlag abhebt. Der durch die arbeitende Pumpe 15 wieder aufbauende Druck, wird über den Druckschalter 16 den Antrieb wieder abschalten. Beim Abschalten der Stromkreise 47,48 durch den Regelachalter 38 oder den Sicherheitsschalter wird das Ventil 17 nicht mehr erregt und der Druck im Arbeit3druckr'mm 14 hebt die nun lose auf dem Ausgang des Kanals 32 liegende Kugel 37 ab und die Rückholfeder drückt in schneller Bewegung den Ventilverschlußkorper an seinen Ventilsitz 9.

Die Arbeitsweise der Ausführung nach Figur 3 und 4 ist wie zuvor beschrieben. Hierbei ist jedoch das zweite, den

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Ausgang des Arbeitsdruckraumes 14- über eine Düse 42
steuernde Ventil 41 mit seiner Erregerspule 43 in einem parallel zum Stromkreis 48 liegenden Stromkreis 46 ein- ' geschaltet und nur diese beiden Stromkreise 46,48 werden vom Regeinchalter 38 geschaltet. Der Sicherheitsschalter 39 ist jedoch allen drei Stromkreisen 46,47,48 vorgeschaltet.

Solange der Sicherheitaschalter 39 eingeschaltet ist,
bleibt das Ventil 17 erregt und verschließt den größeren Ausgangskanal 32 des Arbeitsdruckraumes 14, während der Regelschalter 38 nur das den mit der Düse 42 versehene Ausgangskanal 4o abschließende. Ventil 41 abschaltet und der Druckabbau im Arbeit s-druckraura 14 erfolgt langsam
über die Düse 42 im Ausgangskanal 4o. Bei einer Sicherheitsabschaltung durcli den Schalter 39 Werden beide Ventile 17,41 abgeschaltet und der Druckabbau erfolgt schnell

Die Verwendung der erfindungsgemäi3en Steuerung beschränkt sich nicht auf die beschriebene Ventilausführung, vielmehr kann sie überall da eingesetzt werden, wo eine exakte Soll-^ndstellung des Ventilverschlußkorpers, Schiebers, Küken oier sonstigen Stellgliedes verlangt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrohydraulische Steuerung für Ventile, deren Verschlußkörper über eine Spindel gesteuert wird, bestehend aus einer, in einem die Druckflüssigkeit aufnehmenden Vorratsbehälter angeordneten, elektrisch angetriebenen Pumpe, einem von einer auf die Spindel einwirkenden Membran oder einem Kolben einseitig abgeschlossenen Arbeitsdruckraum, einem den Ausgang dier sea Druckraumes bei Erregung absperrenden Ventil und einer den elektrischen Antrieb der Pumpe bei Erreichen der Soll-Endstellung des Ventilverschlußkörpers abschaltenden Schalteinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß zur Bestimmung der Soll-Endstellung des Ventilverschlußkörpers (7) ein die Bewegung der dem Ventilverschlußkörper (7) zugeordneten Antriebsoder Übertragungsmittel (io,13) begrenzender, verstellbarer Anschlag (33) vorhanden ist, und daß ein den elektrischen Antrieb (18) der Pumpe (15) bei Erreichung eines höheren als zur maximalen Bewegung des Ventilver— schlußkörpera (7) erforderlichen Druckes abschaltender Druckschalter (16) mit seinem Druckraum (27) direkt oder über einen Kanal (26) mit dem Arbeitsdruckraum (14) in Verbindung steht.

2. Elektrohydraulische Steuerung für Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ver- - ateilbare Anschlag (33) zur Begrenzung der Bewegung de3

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VentilVerschlußkörpers (7) in der dem Antrieb (13) entgegengesetzten -Seite des "Ventilgehäuses (3) koaxial mit der Spindel (io) angeordnet ist.

3. Elektrohydraulische Steuerung für Ventile nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e η η ζ e i ohne t , daß parallel zu dem den Ausgang (32,4o) des Arbeitsdruckraume.g (14) bei Erregung absperrenden Ventil (17) ein zwei-.tes, mit einem kleineren Durchgang (42) versehenes, bei Erregung absperrendes Ventil (41) angeordnet und mit seiner Erregerspule (^3) in einen parallelen Stromkreis (4C>) eingeschaltet ist.

4. ¹Dlektrohydraulisehe Steuerung für Ventile nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Fördermengeneinstellung ein vom Zylinder (19) der Pumpe (15) tm Bereich des Kolbenhubes ausgehender, in den Vorratsbehälter (12) mündender, von einem gegen den Druck im Zylinder (19) arbeitenden, unter verstellbarem Federriruck (23) stehenden Ventilverschlußkörper (24) beherrschten Rücklaufkanal (2¹) angeordnet ist.

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