DE2054218B2 - Als Überströmventil ausgebildetes, steuerbares Druckhalteventil - Google Patents

Description

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feder 23 angeordnet, welcher der Ventilteller 21 mit Hub Δ L ändern. Die Kurve »α« zeigt die Charakteeiner Führungsnut 22 als Federteller dient. Auf dem ristik einer linearen, die Kurve »ft« diejenige einer Ventilteller 21 ist koaxial zur Zuströmleitung 1 erne progressiven Feder. Für größere Bereiche Δ L muß Dichtungsscheibe 25 angeordnet, deien Größe auf zur besseren Übereinstimmung, d. h. besserer Kondie Größe der Öffnung der Zuströmleitung 1 abge- 5 slanthaltung von R, die Federcharakteristik K_F gleich stimmt ist. Das Abströmen des überschüssigen Me- gekrümmt, also progressiv wie die Magnetcharaktediums aus dem Ventilgehäuse 3 erfolgt durch eine ristik K_M sein. Die Resultierende R entspricht mithin Öffnung 31. In der Zuströmleitung 1 ist vor der Ab- der Kraft, die ein gewünschter Druck auf den Venzweigung einer Leitung 29, in der gesteuerter Druck tilteller 21 ausübt. Sie kann entsprechend dem geherrscht, eine Blende oder Düse 27 angeordnet. io wünschten Druck durch den Spulenstrom verändert Angenommen, eine Flüssigkeit fließe mit einer werden (Scharparameter I). Eine bestimmte Ventilderartigen Geschwindigkeit durch die Blende oder stellung bei konstant gehaltenem Spulenstrom entDüse 27 ein, daß in der Abflußleitung 29 gerade der spricht nicht einem bestimmten Differenzdruck Δ ρ, gewünschte Druck auftritt bzw. die vorgesehene sondern einer bestimmten Zulaufmenge bzw. Ein-Flüssigkeitsmenge abströmt, so wird die Ventil- 15 Strömgeschwindigkeit. Der Differenzdruck Δ ρ hat öffnung 28 durch die auf dem Leitungsende auf- bei jeder Ventilstellung im Intervall Δ L einen konliegende Dichtungsscheibe 25 geschlossen. Es können sfanten Wert. Das Diagramm gemäß F i g. 3 zeigt auch mehrere Leitungen 29 vorgesehen werden. den Zusammenhang zwischen dem Differenzdruck Steigt die anströmende Flüssigkeitsmenge und mit ihr Δ ρ und dem Spulenstrom / für zwei verschiedene die Zuströmgeschwindigkeit, so wird der Flüssigkeits- 20 Federvorspannungen der Druckfeder 23 (F i g. 1). Die druck auf den Ventilteller 21 erhöht. Das System be- Gerade »1« gilt für eine stärkere, »2« für eine findet sich nun nicht mehr im Gleichgewicht. Ange- schwächere Federvorspannung. P₁ ist der gesteuerte nommen, der Ventilteller 21 werde so lange gegen die Dreck und p₀ der Umgebungsdruck. Wird eine starke Federkraft der Feder 23 vom Leitungsende weg- Federvorspannung eingestellt, so muß der Spulengedrückt, bis sich die Kraft aus dem neu einstellen- 35 strom I₁ für einen gleich groß gesteuerten Druck P₁ den Druck und die Rückstellkraft der Feder 23 und bei gleich großem Umgebungsdruck p₀ größer Gleichgewicht halten. In dieser offenen Ventilstellung gewählt werden (Punkt A) als der Spulenstrom /₂ bei würde in der Zuströmleitung 1 gegenüber dem ur- einer schwächeren Federvorspannung (Punkt B).
sprünglichen Druck ein Überdruck herrschen. Es üeii gleichen Effekt kann ein Ventil mit der Anwäre also der Druck in der Zuströmleitung 1 um 30 Ordnung gemäß F i g. 4 aufweisen. Ein aus nichteinen der Ventilöffnung entsprechenden Wert größer magnetischem Material, z. B. aus Kunststoff, bestehenals der Ausgangsdruck. Um den ursprünglichen des Zuleitungsrohr 32 ragt durch den inneren Hohl-Druck in der Zuströmleitung 1 wieder zu erreichen, raum eines Topfmagneten mit einem Spulenkörper 5 muß das Ventil noch weiter geöffnet werden, was und einem Topf 7. Koaxial zum Zuleitungsrohr 32 durch eine der Federrückstellkraft entgegengerich- 35 ist ein als Magnetkern dienendes Eisenrohr 33 zwitete Kraft erfolgt. Das öffnen erfolgt so lange, bis sehen dem Spulenkörper 5 und dem Zuleitungsrohr sich die resultierende Rückstellkraft und die druck- 32 angeordnet. Dieses Eisenrohr 33 überragt die an bedingte Kraft des durch das weitere öffnen des Ven- der Stirnseite des Topfmagneten angebrachte Platte tils auf den Ausgangswert abgesunkenen Druckes 10 aus nichtmagnetischem Material. Das Zuleitungs-Gleichgewicht halten. Diese den Flüssigkeitsdruck 40 rohr 32 steht über das Eisenrohr 33 vor. Über der unterstützende, das Ventil öffnende Kraft wird durch Stirnseite des Topfmagneten ist als Ventilgehäuse den Topfmagneten bewirkt. Der eine Pol ist der eine Büchse 34 aus nichtmagnetischem Material anTopf 7, während der andere Pol durch den Eisen- gebracht, die nebst der Mündung des Zuleitungskern 9 gebildet wird. Die magnetischen Feldlinien rohres 32 einen Ventilteller 35 und dahinter eine verlaufen demzufolge vom Eisenkern 9, dem N-PoI, 45 Druckfeder 36 umschließt. Die Stirnwand der Büchse über den Luftspalt L' zum Ventilteller 21 und von 34 dient der Feder 36 als Auflage,
diesem durch den Luftspalt L zum Gegenpol S, dem Der Ventilteller 35, der zentral eingestülpt ist, bil-Topf 7. Demzufolge wirkt bei Erregung des Spulen- det mit seinem vertieften Rand den Federteller der körpers 5 eine anziehende Kraft zwischen dem Ven- Feder 36. Er kann unter Belastung der Feder 36 in tilteller 21 sowie dem Topf 7, welche progressiv mit 50 der Büchse 34 axial bewegt werden. Der Ventilteller zu- oder abnehmender Luftspaltgröße L ab- oder zu- 35 liegt mit eine koaxial angebrachten Dichtung 37 nimmt. Die Richtung der Schließkraft wird positiv. gegenüber der Mündung des Zuleitungsrohres 32. Dann ergibt sich für diese Magnetkraft die in Fig. 2 Die Feder 36 drückt den Ventilteller 35 und damit dargestellte Abstandsabhängigkeit K_M—f (L). Diese die Dichtung 37 mit der Kraft K_P in Richtung der Kraft-Wegfunktion kann je nach Wahl des Spulen- ₅₅ Mündung des Rohres 32. Das durch das Rohr 32 in Stroms I_x bis zur Sättigung bezüglich der Abszisse den Topfmagneten fließende Medium kann durch also in Richtung der Kraftachse K (Ordinate) ver- eine zwischen Topfmagnet und Ventilteller 35 in der schoben werden, wobei die Charakteristik dieser Büchse 34 angebrachte öffnung 38 entweichen, wäh-Funktion in beschränktem Bereich nahezu gleich rend in einer Abflußleitung 39 das Medium mit gebleibt. Die in entgegengesetzter Richtung zur Ma- 60 steuertem Druck abfließt. Hier bewirkt der Magnet, gnetkraft K_M verlaufende Federrückstellkraft K_P ist wie in F i g. 5 gezeigt, eine mit der Schließkraft in Abhängigkeit des Abstandes L ebenfalls in Fig. 2 gleichgerichtete Kraft K_M auf den Ventilteller 35. ersichtlich. Aus den überlagerten Funktionen gemäß Steigt die Magnetkraft mit abnehmendem Abstand L Fig. 2 geht hervor, daß im Bereich ΔL die resultie- des Ventiltellers 35 vom Magneten, so fällt die rende Kraft R aus Federkraft K_P und Magnetkraft 65 Federrückstellkraft K_P. Werden die beiden Charakte- K_M nahezu konstant ist, da sich in diesem Bereich ristiken überlagert, so entsteht wieder in einem gedes Ventilkörperhubs die Magnetkraft K_M und die wissen Abstandsbereich Δ L eine lageunabhängige, Federkraft K_P praktisch direkt proportional dem konstante positive, d. h. in Schließrichtung wirkende

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Kraft/?. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, wie der Spulen- in den Magnethohlraum ragende Büchse 57 ausgestrom / gewählt werden muß, damit sich bei gegebe- bildet, in der der Ventilkörper 58 kolbenartig bewegt ner Federvorspannung (»1«: starke, »2« mittlere, wird. Der Topf 54 ist mittels einer Abdeckbüchse 62 »3«: keine Vorspannung) das Ventil beim gewünsch- abgedeckt. Sie bildet mit dem Magnettopf 54 einen ten Differenzdruck öffnet. Stellt sich bei eingestell- 5 Hohlraum 63. Die Flüssigkeit fließt durch die Muntern Spulenstrom I₁ und Federvorspannung Null dung 65 der Leitung 52, an einer im Ventilkörper 58 (»3«) ein Differenzdruck von Ap_x ein, so benötigt angebrachten Dichtung 66 vorbei durch den Hohlman einen kleineren Spulenstrom I₂, um bei einer raum 64 und eine öffnung 67 im Topf 54 in den mittleren Federvorspannung (»2«) den gleichen Dif- Hohlraum 63. Diesen verläßt sie durch eine öffnung ferenzdruck Ap₁ zu erhalten. io 68 in der Abdeckbüchse 62. Die Magnetfeldlinien

Es ist auch durchaus möglich, das Ventil gemäß verlaufen hier über den Topf 54 in die Abdeckplatte Fig. 4 so zu konzipieren, daß die Feder und der 53, von dieser über einen Luftspalt in den Ventil-Topfmagnet auf der gleichen Seite des Ventiltellers körper 58 und zurück in die vom Mittelteil des Topangebracht werden. Diese Anordnung arbeitet grund- fes 54 gebildete Büchse 57. Die Kräftecharakteristik sätzlich gleich wie diejenige gemäß Fig. 1, jedoch 15 ist gleich wie diejenige gemäß den Fig. 5 und 6.
haben die am Ventilteller angreifenden Kräfte um- Um ein Einströmen von Flüssigkeit zwischen die gekehrte Vorzeichen, und sie werden mit öffnendem Gleitflächen des Ventükörpers 58 und der Büchse 57 Ventil kleiner, d. h., die Feder ist in geschlossenem zu verhindern, sind an den Stirnseiten zwischen den Zustand des Ventils vorgespannt, und die Resultie- beweglichen Teilen 58, 59 und der Büchse 57 sowie rende, z. B. R₄, ist konstant im Bereich A L, um die ao der Büchse 71 Membranen 69 und 70 angebracht, Unabhängigkeit des Druckes von der Zuströmmenge welche die erwähnten Gleitflächen und die öffnung im Medium vor dem Ventilkörper sicherzustellen. Es 61, in der der Bolzen 59 gleitet, gegen die mit Flüsergibt diese Anordnung Charakteristiken gemäß den sigkeit gefüllten Hohlräume 63/64 abschließen. Wählt Fig. 7 und 8, eines Ventils also, das den gleichen man die Federsteilheit der Feder in den verschiede-Effekt wie die oben bechriebenen Varianten zeitigt. »5 nen Ausführungen so, daß mit der Magnetkraft zu-In Fig. 8 gilt die Gerade »1« mit, die Gerade »2« sammen keine konstant verlaufende Resultierende/? ohne Vorspannung. über dem Ventilhub Λ L resultiert, so ist es möglich,

Eine weitere konstruktive Variante zeigt F i g. 9. das Ventil mit einer sogenannten negativen Charak-

An einer mit einer Leitung 52 versehenen Abdeck- teristik auszustatten. Dabei würde der Differenzdruck

platte 53 ist ein Topf 54 eines Topfmagneten koaxial 30 A ρ mit steigender Zulaufmenge bzw. Einström-

mit der Leitung 52 befestigt. Der Topf 54 ist so aus- geschwindigkeit, der Charakteristik entsprechend,

gebildet, daß er einen durch eine Kunststoffhülle 55 sinken. Die in den verschiedenen Ausführungen vor

geschützten Spulenkörper 56 trägt. Das Topfinnere der Überströmstelle, deren Querschnitt durch die

ist so dimensioniert, daß zwischen dem Spulenkörper Lage des Ventilkörpers geregelt wird, angeordnete

56 und der Abdeckplatte 53, wie auch zwischen dem 35 Blende oder Düse 27 ist als Zuflußwiderstand aus-

Spulenkörper 56 und der Außenwand des Topfes 54 gebildet. Sie dient der Stabilisierung der Strömung,

ein Hohlraum 64 entsteht. Ein Ventilkörper 58 dient Es ist auch möglich, einen Ventilkörper aus nicht-

auch zur Führung und Abstützung einer Druck- magnetischem Material zu verwenden, z. B. eine

feder 60. selbsttragende oder auf einem dünnen Spulenträger

Zur unteren Befestigung einer Membrane 70 ist 4° aufgebrachte Wicklung, die sich im ringförmigen

im Ventilkörper 58 ein Bolzen 59 vorgesehen. Als Luftspalt eines Topfmagneten bewegen kann, wie

äußere Aufnahme der Membrane 70 und gleichzeiii- dies z. B. bei Tauchspulen von Lautsprechern der

ger Abstützung der Druckfeder 60 dient eine aus Fall ist. An Stelle eines stromerregten Magneten

nichtmagnetischem Material bestehende Büchse 71, kann eine Kombination aus einem Dauermagnet und

welche auf dem Boden des Topfes 54 befestigt ist. 45 einem stromerregten Magneten verwendet werden.

Die Büchse 71 hat eine öffnung 61, durch welche der Die Feder läßt sich in diesem Fall infolge ihrer da-

Bolzen59, je nach Bewegung des Ventilkörpers 58, durch notwendigen Vorspannung, hervorgerufen durch

austreten kann. Der Mittelteil des Topfes 54 ist als den Dauermagneten, bedeutend besser dimensionieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

/AA

Claims (9)

Lediglich durch Verändern des Spulenstromes Patentansprüche: läßt sich diese auf das Verschlußteil einwirkende resultierende Kraft stetig verstellen, so daS sich ein

1. Gesteuertes Druckregelventil mit feder- und einfach zu handhabendes gesteuertes Druckregelelektromagnetbelastetem Verschlußteil zur Rege- 5 ventil ergibt, dessen Wirkungsweise an Hand mehrelung des freien Querschnitts einer Abflußöffnung rer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsin einer druckmitteldurchflossenen Leitung, wo- beispiele nunmehr erläutert wird. Es zeigt

bei die magnetische Erregung mittels gesteuertem F i g. 1 einen Längsschnitt eines feder- und magnetelektrischem Strom erfolgt, dadurch ge- belasteten, steuerbaren Druckhalteventils in geöffnekennzeichnet, daß die Feder und der io terLage,

Magnet derart angeordnet sind, daß ihre auf das F i g. 2 ein Kraft-Weg-Diagramm der auf den

Verschlußteil einwirkende resultierende Kraft Ventil-Körper des Druckhalteventils gemäß Fig. 1

wenigstens im Bereich dessen Hubes konstant wirkenden Kräfte, wobei »α« die Charakteristik einer

oder annähernd konstant ist linearen und »ö« einer progressiven Feder dar-

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gesenn- 15 stellt,

zeichnet, daß zur Stabilisierung, insbesondere bei F i g. 3 an Hand eines Diagrammes die Abhängignegaiiver Charakteristik, bei der der System- keit der Druckdifferenz Δ ρ eines feder- und magnetdruck mit steigender Zuströmmenge sinkt, in der belasteten Ventils gemäß F i g. 1 vom Spulenstrom /, druckmitteldurchflossenen Leitung ein Durch- bei zwei verschiedenen Federvorspannungen, flußwiderstand, z. B. eine Blende (27), angeord- ao F i g. 4 einen Längsschnitt eines steuerbaren Drucknet ist. halteventils anderer Ausführung, bei welchem Feder-

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch rückstellkraft und Magnetkraft gleichgerichtet sind, gekennzeichnet, daß der Magnet als Kombina- Fig. 5 ein Kraft-Weg-Diagramm für Federrücktion eines Permanent- mit einem Elektromagne- stell- und Magnetkraft des Ventils von F i g. 4 und ten ausgebildet ist. 25 deren Resultierende, bei verschiedenen Spulen-

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, strömen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet F i g. 6 an Hand eines Diagramms die Abhängigais Topfmagnet ausgebildet ist, wobei im büchsen- keit der Druckdifferenz Δ ρ eines Ventils gemäß förmig gestalteten Kern des Topfes ein als KoI- F i g. 4 vom Spulenstrom / für verschiedene Vorben ausgebildeter Ventilkörper verschiebbar an- 30 spannungen der Feder, geordnet ist. F i g. 7 ein Kraft-Weg-Diagramm für Feder- und

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Magnetkraft eines Druckhalteventils, bei dem die zeichnet, daß zur Verhinderung eines Eindrin- Feder zwischen Ventilteller und Magnetspule im gens von Flüssigkeit ins Innere des Topfes bzw.

SpaltL (Fig. 4) angeordnet ist,

des Topfkerns im Bereich der axialen Enden des 35 F i g.

8 an Hand eines Diagrammes die Abhängig-

Ventilkörpers Dichtungen vorgesehen sind. keit des Differenzdruckes Δ ρ eines Ventils gemäß

den Kennlinien von F i g. 7, vom Spulenstrom /, bei

verschiedener Federvorspannung,

Die Erfindung betrifft ein gesteuertes Druckregel- F i g. 9 ein steuerbares Druckhalteventil, wobei ein

ventil mit feder- und elektromagnetbelastetem Ver- 40 Eisenkern eines Topfmagneten im Magnethohlraum

schlußteil zur Regelung des freien Querschnitts einer als Büchse für den Ventilkörper ausgebildet ist, wel-

Abflußöffnung in einer druckmitteldurchflossenen eher mittels Membranen vom durchströmenden Me-

Leitung, wobei die magnetische Erregung miitels ge- dium flüsssigkeitsdicht getrennt ist.

steuertem elektrischem Strom erfolgt. Beim Druckhalteventil gemäß Fi g. 1 mündet eine

Herkömmlicherweise werden steuerbare Druck- 45 Zuströmleitung 1 in ein Ventilgehäuse 3 aus nicht-

regelventile durch Feder- oder Gewichtsanordnun- magnetischem Material. In diesem befindet sich eir

gen gesteuert. Die Konstanthaltung des geregelten Topfmagnet mit einem Spulenkörper 5, einem Topf Ί

Druckes bei stark variierenden Abflußmengen be- _Und einem Eisenkern

9. Dieser Topfmagnet ist an dei

dingt relativ komplizierte Gewichts- und Hebel- Stirnseite mit einer Platte 10 aus nichtmagnetischeir

anordnungen oder bedarf spezieller Federn am Ven- 50 Material abgedeckt. Der Eisenkern 9 weist an seinen

tilteller, wobei die Einstellung des Ventils auf andere einen Ende einen Gewindebolzen 12 auf, der durcl

konstant zu haltende, vorgewählte Ausflußdriicke den Topf 7 und die Rückwand des Ventilgehäuses 2

umständliche Änderungen der Feder- bzw. Gewichts- ragt. Das andere Ende des Eisenkerns 9, welche;

anordnungen notwendig macht und nicht auf ein- über die Platte 10 vorsteht, ist im Durchmesse:

fache Art stetig verstellbar vorgenommen werden 55 größer. Durch Aufschrauben einer Mutter 13 auf da:

kann. Gewinde 12 werden die Platte 10, der Ventilkopf'

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht und der Spulenkörper 5 im Ventilgehäuse 3 festge

demgegenüber darin, ein steuerbares Druckhalte- halten. Am verbreiterten Ende des Eisenkerns 9 is

ventil zu schaffen, bei dem sowohl die Einstellung eine Gewindebüchse 15 eingelassen, auf der mittel

des konstant zu haltenden Ausflußdruckes als auch 60 einer Schraube 17 eine Metallmembrane 19 festge

deren stetige Verstellbarkeit auf einfachere Weise schraubt ist. Gewindebüchse 15 und Schraube 1'

als bei den bekannten Ventilen der genannten Art sind aus nichtmagnetischem Material. Die Metall

vorgenommen werden kann. membrane 19 ist auf ihrem Umfang mit einem Ven

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung da- tilteller 21 verbunden, z. B. punktgeschweißt. Diese

durch gelöst, daß die Feder und der Magnet derart 65 Ventilteller 21 ist gewölbt und sein Abstand von de

angeordnet sind, daß ihre auf das Verschlußteil ein- Schraube 18 so groß, daß im Hubbereich des Ventil

wirkende resultierende Kraft wenigstens im Bereich keine Behinderung des Ventils durch die Schraub

dessen Hubes konstant oder annähernd konstant ist. 17 erfolgen kann. Um den Topf 7 ist eine Druck