DE2034766C - Steuerventil fur elastisches Druckmittel - Google Patents

Description

Die C.indung betrifft ein Steuerventil für elastisehe Druckmittel, bestehend aus einem Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßkanal für das Packmittel, den Einlaß- und Auslaßkanal in einer ersten Stellung unter gleichzeitiger Entlüftung des Auslaßkanals voneinander trennendem und in einer zweiten Stellung verbindendem Venülkörper und den Ventilkörper in Abhängigkeit vom Druckmitteldruck betätigender, das Gehäuseinnere in zwei Kammern, von denen die eine mit der freien Atmosphäre verbunden ist, unterteilender Membran.

Bei einem bekannten Steuerventil der genannten Art (vgl. deutsche Patentschrift 886 991) wird die M' auf der einen Seite über den Auslaßkanal vom dort herrschenden Druckmitteldruck und auf der -anderen Seite durch eine Spiralfeder mit einstellbarer Vorspannung belastet, wobei der Venülkörper im Schließsinn durch eine schwache Feder beaufschlagt ist und auf ihn im Öffnungssinn kraftschlüssig ein gemäß den Durchbiegungen der Membran sich verstellender Stößel einwirkt, welcher mit dem Ventilkörper ein Auslaßventil bildet, das den Auslaßt, anal über eine zentrale Bohrung im Stößel entlüftet, wenn

ίο sich der Venülkörper in Schließlage befindet und der auf die Membran einwirkende Druckmitteldruck den Stößel vom Ventilkegel abhebt. Nachteilig ist, daß die b?.i solchen oder ähnlichen Ventilen im allgemeinen verwendeten Gummimembranen im Betrieb oft unzuverlässig sind und wegen der in Abhängigkeit vom Druckmitteldruck konünuierlichen Auslenkung nur ein allmähliches und nicht abruptes Betätigen des Ventilkörpers zulassen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein ein

so faches, unbedingt zuverlässiges und preiswerte-Steuerventil für elasüsche Druckmittel anzugeben, be welchem der Ventilkörper nur bei einem vorgegebenen Druckmitteldruck betätigt wird.

Die Erfindung lost diese Aufgabe bei einem Steuer

»5 ventil der eingangs beschriebenen Art dadurch, dali die Membran au, einer gewölbten Tellerfederscheibt besteht, deren Federkraft gegen den infolge einezweiten Einlaßkana!^ in der anderen Kammer hen sehenden Druckmitteldruck gerichtet ist und bein Durchbiegen aus der einen Endlage in die ebene Lag. einen Höchstwert durchläuft und in der entgegen gesetzten Endlage am geringsten ist.

Bei Ansteigen des Druckmitteldrucks wird d>. Tellerfederscheibe zunächst konünuierlich in Rieh tung zu deren ebenen Lage durchgebogen; übersteigt der Druckmitteldruck dtn Höchstwert der Federkraft der Tellerfederscheibe, so schnappt diese plötzlich in die entgegengesetzte Endlage über und drückt den Ventilkorper von der einen Stellung in dL andere.

4-> Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Steuerventil geschaffen ist, deren Ventilkorper infolge Verwendung einer Tellerfederscheibe in einem bestimmten Bereich der Federkennlinie nur bei Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Druckmitteldrucks betätigt wird. Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Steuerventil durch eine wesentlich höhere Zuverlässigkeit im Betrieb aus, da eine in der Regel aus MeUlI bestehende Tellerfeder wesentlich haltbarer ist al« eine Gummimembran.

Die nachfolgende Beschreibung, aus welcher sich weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben werden, erläuteu ein bevorzugtem Avsführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung, welche einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil darstellt.

Das dargestellte Steuerventil besitzt ein dreiteiliges Gehäuse, bestehend aus einem Oberteil 1, einem Zwischenteil 2 und einem Unterteil 3, welche vorzugsweise miteinander verschraubt sind. Diese Ausführungsform ist zum Einsatz als Überlastungsschutz oder Druckregler für einen Motorkompressor bestimmt. Das Oberteil 1 des Gehäuses besitzt einen Einlaßkanal 5, welcher beim Einsatz des Ventils für den vorgenannten Zweck mit Preßluft vom Windkessel oder einem anderen Teil der Preßluftleitung an der Abgabeseite des Kompressors gespeist wird. Die diesem Einlaßkanal 5 eingespeiste Preßluft kann ver-

minderten Speisedruck aufweisen, steht aber zu den Druckschwankungen in den vom Kompressor gespeisten Preßluftleitungen in einer gewissen Beziehung. Dieses Gehäuse 1 bis 3 besitzt weiterhin einen Einlaßkanal 6 im Unterteil 3, in weichen zur Betätigung einer Leerlaufschaltung des Kompressors Preßluft vorzugsweise von der Abgabeseite des Kompressors oder vom Windkessel eingespeist wird. Im Zwischenteil 2 des Gehäuses befindet sich ein Auslaßkanal 7, welcher mit der Leerlaufschaltung des Kompressors in Verbindung steht. Das Ventilgehäuse besitzt außerdem einen Entlüftungskanal 8, welcher mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht.

Bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Steuerventils für einen anderen Zweck kann selbstverständlich statt Preßluft auch irgendein anderes Druckmedium Verwendung finden.

Das Oberteil 1 und das Zwischenteil 2 des Gehäuse bilden eine erste Kammer il und eint zweite Kammer 12. Der DruckmittelzuP <A vom Einlaßk:inal 6 zum Auslaßkanal 7 wird durch einen zweite iligen Ventilkörper 9,10 gesteuert, welcher im Zwischenteil 2 des Gehäuses angeordnet ist. Die erste Kammer 11 steht mit dem Einlaßkanal 5 in Verbindung, während die zweite Kammer 12 ständig über den Entlüftungskanal 8 mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht. Beide Kammern 11 und 12 sind durch eine Membran voneinander eetrennt, weiche aus einer napf- und kreisringförmigen Tellerfederscheibe 13 aus Metall besteht, deren Innenrand gegen tinen Federträger 14 durch einen Dichtring 17, wie tinen O-Ring abgedichtet ist. Der Federträger 14 wird durch eine Schraubenfeder 15 in der Figur nach unten gedrückt. Die Tellerfederscheibe 13 ruht auf einer ringförmigen Auflage iö an der Unterseite des Federträgers 14, wobei diese Auflage derart verläuft, daß für die Innenkant; der Tellerfederscheibe 13 ein gewisser Spielraum 20 bleibt, so daß sie sich radial nach innen schieben kann. Mit ihrem Außenrand ruht die Tellerfederscheibe auf einem im Zwischenteil 2 des Gehäuses eingesetzten Sitzring 18, dessen Sitzfläche ebenfalls einen gewissen Spielraum 21 nach außen zuläßt, so daß sich die Tellerfederscheibe radial nach außen schieben kann. Zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und der Tellerfederschcibe ist außerdem nahe ihrer Außenkante ein Dichtring 19, z. B. ein O-Ring, eingesetzt. Vorzugsweise bestehen der Federträger 14. der Sitzring 18 und der Ventilkörper 9,10 aus einem harzartigen Werkstoff.

Die Schraubenfeder 15 ist zwischen dem Federt:äger 14 und einem einstellbaren Widerlager 22 eingesetzt, welches ein Innengewinde besitzt, in welches eine Einstellschraube 23 eingreift. Diese Einstellich raube 23 trägt einen Ringbund 24, mit welchem tie an einem Absatz einer Durchgangsbohrung 26 im Gehäuseoberteil 1 anliegt, während der eigentliche Kopf der Einstellschraube 25 von außen her erreichbar ist. Als Dichtring zwischen dieser Einstellschraube 23 und dem Gehäuseoberteil 1 ist ein O-Ring 27 vorgesehen. Mit der Einstellschraube 23 läßt sich die Spannung der Schraubenfeder 15 einstellen, und, da d'e Schraubenfeder 15 und der Druckmitteldruck in der ersten Kammer 11 der von der Tellerfederscheibe 13 erzeugten Federkraft entgegenwirken, bestimmt die Einstellung /^r Schraubenfeder 15 den Druckmitteldruck im Einlaßkanal 5, bei welchem die Tellerfederscheibe 13 nach unten durchgebogen wird.

Für den zweiteiligen Ventilkörper 9, 10, dessen beide Teile über einen Zylinderstutzen 30 miteinander verbunden sind, sind im Gehäusezwischenteil 2 Ventilsitze 28 und 29 ausgebildet. Dabei ragt der Zylinderstutzen 30 mit einem gewissen Spiel durch

eine Bohrung 31 im Gehäusezwischenteil 2, welche eine Verbindung mit dem Auslaßkanal 7 herstellt. Zwischen dem unteren Teil 10 dieses Ventilköipers und einem in eine Bohrung 34 eingeschraubten Stopfen 33 ist eine Schraubenfeder 32 angeordnet. Diese

ίο Bohrung 34 ist mit dem Einlaßkanal 6 verbunden. In dieser Bohrung 34 sind dabei einmal das untere Teil 10 des Ventilkörpers, sodann die Feder 32 und eine Anzahl von Beilagscheiben 35 angeordnet, mittels welcher die Spannung der Feder einstellbar ist. Diese Spannung der Feder 32 bestimmt das sogenannte Druckverhältnis eines Kompressors und läßt sich durch Veränderung der Anzahl der Beilagscheiben 35. welche außerdem noch verschieden stark sein können, einstellen.

ao Das vorbeschriebene Steuerventil arbeitet bei seiner Verwendung als Druckregler für einen Kompressor folgendermaßen:

Der Einlaßkanal 5 steht normalerweise mit einer Druckmittelquelle, beispielsweise dem Windkessel

»5 eines Luftkompressors in Verbindung, so daß in der ersten Kammer 11 ein Luftdruck herrscht, welcher dem jeweiligen Luftdruck im Windkessel entspricht. Der Einlaßkanal 6 steht vorzugsweise mit dem Windkessel des Kompressors ouer einem anderen Teil der Preßluftleitung in Verbindung, so daß über ihn Arbeitsluft zur Verfügung steht. Der Entlüftungskanal 8 bildet eine ständige Verbindung zwischen der zweiten Kammer 12 und der freien Atmosphäre, so daß diese zweite Kammer ständig entlüftet wird. Der Auslaßkanal 7 steht vorzugsweise mit einer Leerlaufschaltung für den Kompressor in Verbindung, welche derart arbeitet, daß bei Zufuhr von Arbeiuluft durch den Auslaßkanal 7 der Kompressor leer läuft. Die krei>ringförmige Tellerfederscheibe 13 hat eine derartige Federkennlinie, daß die Federkraft zunächst ansteigt, wenn sie aus der in der Figur umgestellten Lage nach unten gedrückt wird, und bis zu einem gewissen Höchstwert ansteigt und dann abnimmt, wenn die Tellerfederscheibe eben wird. Die Federkraft der TeI-lerfederscheibe nimmt dann noch weiter ab, ist jedoch immer noch nach oben gerichtet, und zwar auch dann, wenn die Tellerfederscheibe nach unten durchgeschnappt ist, so daß sie in der Figu^r nach unten durchgebogen ist. Die Federkraft nimmt jedoch kontinuierlich innerhalb des Steuerbereiches des Steuerventils vom vorgenannten Höchstwert aus ab. In der Figur ist das erfindungsgemäße Steuerventil in der Stellung dargestellt, welche es einnimmt, wenn der Kompressor in Betrieb ist und arbeitet. Wenn der Druck i λ der Abgabeseite des Kompressors, d. h. im Windkessel, ansteigt, dann steigt auch der Druck im Einlaßkessel 5 an und infolgedessen auch der Druck iin der ersten Kammer 11, weicher zusammen mit der Kraft der Feder 15 die Tel'erfederscheibe 13 in der !Figur nach unten drückt, so daß diese allmählich eben wird. Wenn nun der Druck im Einlaßkanal 5 und in tier Kammer 11 auf einem bestimmten vorgegebenen Wert ansteigt, dann steigt die nach oben gerichtete Kraft Teile rf ederscheibe 13 zunächst auf einen Maxiimalwert an. Sie nimmt jedoch ab, wenn die Scheibe plattgedrückt wird. Wenn der Druck in der Kammer Il weiterhin ansteigt, schnappt die Tellerfederscheibe 13 infolge dieses Druckes nach unten durch, so daß

sie in der Figur nach unten durchgebogen wird. Der Federträger 14 schlägt dabei gegen das Teil 9 des Ventilkörpers und preßt dieses entgegen der Wirkung der Feder 32 gegen seinen Sitz 28.

Dabei wird das Teil tO des Ventilkörpers von seinem Sitz 29 abgehoben und die Arbeitsluft vom Einlaßkanal 6 strömt durch die Bohrung 34 und die Bohrung 31 in den Auslaßkanal 7 und von dort zur Lecrlaufschaltung des Kompressors, so daß dieser leer läuft, indem beispielsweise die Einlaßventile durch die Schaltung offengehalten werden.

Der Kompressor läuft dann so tangc leer, wie der Druck in der ersten Kammer 11 plus dem Druck der Schraubenfeder IS größer ist als der nach oben wirkende Druck der federnden Tcllerfederscheibcn 13 plus dem Druck der Feder 32, mit welchem das Teil 9 des Ventilkörpers auf den Federträger 14 einwirkt. Sobald der Druck jedoch an der Abgabeseite des Kompressors bzw. im Windkessel wieder auf einen unter den Leerlaufwert liegenden, vorgegebenen Wert absinkt, drückt die Federkraft der Tellerfederscheibe 13 und die Kraft der Feder 32 den Federträger 14 in der Figur nach oben, wobei infolge der Federkennlinie der Tcllerfcjcrscheibe 13 der Federträger und die Tellerfedcrscheibe selbst in die in der Figur dargestellte Position nach oben schnappen, in welcher die Tellerfcderscheibe 13 nach oben durchgebogen ist. Gleichzeitig schließt das Teil 10 des Ventilkörpers die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 6 und dem Auslaßkanal 7, während das Teil 9 des Ventilkörpers die Verbindung zwischen dem Auslaßkanal 7 und der Kammer 12 sowie dem Entlüftungskanal 8

ίο öffnet, so daß die Lccrlaufschaltung des Kompressors entlüftet wird und der Kompressor erneut lädt. Durch Veränderung der Vorspannung der Feder 32, d. h. durch Veränderung der Anzahl der Bcilagscheibcn 35, läßt sich der Ladedruck des Kompressors, d. Ii.

is sein Druckverhältnis verändern.

Abgesehen von der vorbeschriebenen Ausführung eines erfindungsgemäßen Steuerventils für einen Luftkompressor sind naturgemäß auch andere Ausführungen möglich. So kann das erfindungsgemäße

ao Steuerventil beispielsweise auch für andere Druckmedien als von Kompressoren gelieferte Preßluft zur Betätigung der Leerlaufschaltung oder anderer Einrichtungen eingesetzt werden. ,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuerventil für elastische Druckmittel, bestehend aus einem Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßkanal für das Druckmittel, den Einlaß- und Auslaßkanal in einer ersten Stellung unter gleichzeitiger Entlüftung des Auslaßkanals voneinander trennendem und in einer zweiten Stellung verbindendem Ventilkörper und den Ventilkörper in Abhängigkeit vom Druckmitteldruck betätigender, das Gehäuseinnere in zwei Kammern, von denen die· eine mit der freien Atmosphäre verbunden ist, unterteilender Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einer giwöibien Tellerfeikrsdieibc (13) besteht, den Federkraft tegen den infolge eines zweiten Einlaßkanals (5) in der anderen Kammer (II) herrschenden Druckmittel-ück gerichtet ist und beim Durchbiegen aus der einen Endlage in die ebene Lage einen Höchstwert durchläuft und in der entgegengesetzten Endlage am geringsten ist.

2. Steuerventi. nach Anspruch ',, dadurch gekennzeichnet, daß der Tellerfederscheibe (13) ein Federträger (14) mit Auflage (16.) für den Innenrand der Tellerfederscheibe zugeordnet ist und daß zwischen dem Federträger und dem Innenrand sowie zwischen dem Gehäuse und dem Außenrand der Tellerfederscheije jeweils ein Dichtring (17 bzw. 19) angeordnet ist

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Innen- und Außenkante der Tellerfederscheibe (13) jeweils ein Spielraum (20 bzw. 21) zu deren ungehinderter radialer Verschiebbarkeit vorgesehen ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (11) zwischen Federträger (14) und Gehäuse eine die Tellerfederscheibe (13) in der gleichen Richtung wie der Druckmitteldruck beaufschlagende einstellbare Schraubenfeder (15) angeordnet ist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9,10) entgegen der Kraft einer mittels Beilagscheiben (35) einstellbaren Feder (32) aus der ersten in die zweite Stellung verschiebbar ist.