DE2213932A1 - Druckmittelbetatigtes Schieberventil - Google Patents

Description

DIPL.-IN.G. A. GRÜMECRp.R

DR.-ING. H. KINKELDEY DR.-1 NG. W. STOCKMAIR₁ Ae. E.

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80CO MÖNCHEN 22 Möximillonstraßa 43 Telefon 2971 OD /29 67 44 · Telegronime Monopol NAünchen Telex 05-28380

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P 4658

Carl Malcolm Carlson

344 12th Street, Cresskill,

H."J., U.S.A.

Druckmittelbetätigtes Schieberventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein drucfcmittelbetätigtes Schieberventil und betrifft insbesondere ein solches Ventil, bei welchem ein Steuerglied mittels eines Druckmittels mit oder ohne Unterstützung durch eine mechanische Federanordnung bewegbar ist. ■ .

In einer vorteilhaften und im folgenden beschriebenen Ausführung schafft die Erfindung ein Vierwege-Schieberventil.

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Sie ist jedoch nicht auf eine solche Ausführung beschränkt, da die beschriebenen Vorteile gegenüber herkömmlichen Ventilen bei den verschiedenartigsten druckmittelbetätigten und in eine Normal- oder Ruhelage bringbaren Schieber- oder Kolbenventilen erzielbar sind.

Vierwege-Schieberventile finden vielfach zur Steuerung der Bewegung einer doppeltwirkenden Kolben-Zylinderanordnung Verwendung. In einer bestimmten Stellung des Ventilschiebers oder -kolbens wird dabei das eine Ende des Zylinders über das Ventil, mit Druck gespeist, während das andere Ende des Zylinders über das Ventil mit einem Rücklaufbehälter oder einem Auslaß verbunden ist. In der entgegengesetzt verschobenen Stellung des Schiebers ist dann.das erstere Ende· des Zylinders mit dem Auslaß verbunden und das letztere druckgespeist. Für die Steuerung der hin und her gehenden Bewegung eines Kolbens in einem doppeltwirkenden Zylinder sind in einem Schieberventil vier Paare von Absperrelementen notwendig. Jeweils zwei der Absperrpaare dienen der Verbindung jeweils eines Endes des Zylinders mit der Druckquelle bzw. mit dem Rücklaufbehälter oder Auslaß. Die Absperrpaare sind durch die Bohrung im Ventilkörper und die Stege des Schiebers gebildet und derart aufeinander abgestimmt, daß, solange ein Ende des Zylinders mit der Druckquelle verbunden ist, die Verbindung des betreffenden Endes mit dem Auslaß gesperrt, das andere Ende des Zylinders mit dem Auslaß verbunden und dessen Verbindung mit der Druckquelle gesperrt ist.

Bei verschiedenen druckmittelbetätigten Schieberventilen mit unbetätigter oder Normalstellung des Schiebers sind zum Zurückstellen des Schiebers in seine Normalstellung beim Unterbrechen der Betätigung mechanische Einrichtungen, beispielsweise eine Feder, notwendig. Bei einer solchen Ausbildung ist der für das sachgemäße Funktionieren des Schieberventils in einer Betätigungskammer

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anzuwendende Druck insofern auf bestimmte Bereiche begrenzt, als er jeweils auf die zum Zurückführen des Schiebers in die Normalstellung am Ende der Betätigung vorhandenen mechanischen Einrichtungen abgestimmt sein muß.

Demgegenüber schafft die Erfindung ein druckmittelbetätigtes Schieberventil mit einem in eine unbetätigte Normalstellung bringbaren Schieber, wobei vorgesehen ist, daß an dem einer Betätigungskammer gegenüberliegenden Ende des Schiebers eine geschlossene und zum Zurückführen des Schiebers am Ende einer Betätigung in seine Normalstellung mit dem Druckmittel gespeiste Kammer gebildet ist, so daß die mit dem Druckmittel in der Betätigungskammer .erzeugte Kraft über einen weiten Bereich veränderbar ist. Die Betätigungskam-•mer und die ihr gegenüberliegende geschlossene Kammer können auch jeweils getrennt und in Verlängerung vom Schieber gebildet sein und jeweils einen Kolben von zweckbestimmter Querschnittsgröße enthalten, über welche der Schieber jeweils in die entgegengesetzten Richtungen belastet ist. Die beiden Kammern können sogar auch hintereinander an einem Ende des Schiebers angeordnet sein.

Ein Schieberventil der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen von einer Längsbohrung durchsetzten Ventilkörper, durch einen beweglich in der Bohrung geführten Schieber, durch eine Anzahl von zwischen einander gegenüberstehenden Flächen des Schiebers und des Ventilkörpers gebildeten Durchlässen, durch eine Anzahl von in dem Ventilkörper gebildeten und mit den Durchlässen strömungsverbundenen Auslassen, durch an dem Schieber und am Ventilkörper gebildete, in bestimmten Relativstellungen des Schiebers im Ventilkörper.die Strömungsverbindung jeweils bestimmter Aus- bzw. Durchlässe freigebende Absperrpaare, durch jeweils eine im. Ventilkörper gebildete Betätigungs- und Rückführkammer, wobei der Schieber im drucki'reien Zustand der Betätigungskammer

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in Bezug auf den Ventilkörper in einer Ruhestellung und bei Druckspeisung der Betätigungskanimer in einer Betätigungsstel-' lung ist und die Betätigungskammer"und die Rückführkammer derartig in Wirkverbindung mit dem Schieber angeordnet sind, daß dieser bei Druckspeisung der Betätigungskammer in die Betätigungsstellung und bei Druckspeisung der Rückführkammer in die Normalstellung belastet ist, durch einen ' Speisedruckdurchlaß und durch eine die Rückführkammer mit dem Speisedruckdurchlaß verbindende Rückführ-Druckleitung.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen nahand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Vierwege-Schieberventils mit dem Schieber in seiner Normalstellung bei druckfreier Betätigungskammer,

■Fig. 2 eine Längsschnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Ventils mit dem Schieber in seiner nach links ver-r setzten Betätigungsstellung bei Druckspeisung der Betätigungskammer,

Fig. 3 eine Vorderansicht des in Fig. 1 und 2 gezeigten Schieberventils und

Fig. 4· eine Längsschnittansicht eines Dreiwege-Schieberventils in der erfindungsgemäßen Ausführung.

Das in Fig. 1 gezeigte Schieberventil enthält einen Schieber 10 mit in Längsabständen daran ausgebildeten, zylindrischen Teilstücken 11, 12 und 13 mit größerem "und dazwischenliegenden zylindrischen Teilstücken 14- und 15 mit kleinerem Durchmesser. An den Enden des Teilstücks 12 sind Ringnuten 16 und 17 gebildet, in welche jeweils ein elastischer Rundring 18 bzw. 19 eingesetzt ist. Das Teilstück 11 hat eine

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Ringnut 20 mit einem aarin sitzenden elastischen Rundring sowie einen Ringsteg 22, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem der Rundringe 18,19 und 21 entspricht. Ebenso hat das Teilstück 13 einen Ringsteg 23 mit einem dem des Ringstegs 22 entsprechenden Außendurchmesser, und am"anderen Ende eine Ringhut 24 mit einem darin sitzenden Rundring 25» dessen Außendurchmesser dem der Rundringe 18, 19 und 21 im wesentlichen entspricht.

Ein Ventilkörper oder -zylinder 26 ist an beiden Enden mittels Endkappen 27 und 28 dicht abgeschlossen. Seine Längsachse .ist mit 29 bezeichnet.und fällt mit der des Schiebers 10 zusammen. . ' ; " ·

Eine den Ventilkörper 26 durchsetzende Bohrung weist vier verengte Bereiche 30 bis 33 auf. In den-Bereichen 31 und sind in dafür vorgesehene Ringnuten elastische Rundringe 33' bzw. 34 eingesetzt. Die verengten Bereiche 30 bis 33 bilden Absperrflächen zur Begrenzung von fünf Aus- bzw. Einlassen 35 bis 39. Die Absperrflächen 30 und 31 begrenzen den Auslaß 35 > die Absperrflächen 31 und 32 den Einlaß 37» die Absperrflächen 32 und 33 den Auslaß 39 _? und die Ein-/ Auslässe 36 und 38 münden in. den Ahsperrflächen 31 bzw. 32 selbst. Die Auslässe 35 und 39 führen über Ausmündungen 40 bzw. 41 zum Rücklaufbehälter, die Ein/Auslässe 36 und über Ausmündungen 42 bzw. 43 zu den Enden eines Zylinders und der Einlaß 37 ist über eine Ausmündung 44 mit einer Druckquelle verbunden. In dieser Anordnung sind vier Paare von Absperrelementen oder Absperrpaare gebildet. Ein Absperrpaar besteht aus dem Ringsteg 22 des Schiebers 10 und dem Rundring 33' in der Absperrfläche 31_T das zweite aus der rechtsseitigen Kante der Absperrfläehe 31 und dem Rundring 18, das dritte aus dem Rundring 19 und dem linksseitigen Rand der Absperrfläehe 32 und das vierte aus dem Ringsteg des Schiebers 10 und dem Rundring 34 in der Absperrfläehe

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Αίη rechtsseitigen Ende des Schieberventils ist zwischen der Endkappe 28, der Stirnfläche des Schiebers 10 und der Ab-. sperrfläche 53 eine Betätigungskammer 45 gebildet» Zwischen dem linksseitigen Ende des Schiebers 10 und der Endkappe 27 ist eine Rückführkammer 46 gebildet. Eine in der Rückfuhr-*·" kammer 46 angeordnete Feder 47 belastet den Schieber 10 nach rechts in die in Pig. 1 gezeigte Normalstellung. Wie aus der weiteren Beschreibung ersichtlich wird, braucht die· Starke der Feder 47 nicht sehr groß zu sein, sondern gerade dazu auszureichen, den Schieber im druckfreien Zustand des Ventils in der unbetätigten oder Normalstellung zu halten. Die Feder 47 ist in der Rückführkaminer 46 auf eine Führung 48 aufgesetzt. Als feste Abdichtungen sind an den Enden des Ventilkörpers Rundringe 39^! , 40', 41' und 42' sowie elastische Zwischenstücke 45' und 46· eingesetzt. In den Ausmündungen 40 bis 44 sind Rundringe 47' bis 51' vorgesehen.

Die Rückführkammer 46 ist über eine den Schieber 10 längs durchsetzende Bohrung 52 mit einer Mündung 53 niit dem Durchlaß 38 strömungsverbunden. Anstatt durch den Schieber hindurch kann die Strömungsverbindung zwischen dem Durchlaß 38 und der Rückführkammer auch im Ventilkörper oder außerhalb desselben verlaufen.

In der in Fig. 1 gezeigten Normalstellung des Schiebers, in der der Zylinder-Auslaß 43 in Strömurigsverbindung mit dem Rücklauf-Auslaß 41, der Durchlaß 38 also in Strömungsverbindung mit dem Durchlaß 39 ist, besteht mithin auch eine Strömungsverbindung der Rückfühkammer 46 über die Bohrung 52, die Mündung 53 und den Durchlaß 39 zum Rücklaufauslaß 41. Der Zylinderdurchlaß 42 steht inzwischen über die Durchlässe 36, 37 mit cLem Druckeinlaß 44 in Strömungsverbindung.

Bei Druckspeisung der Betätigungskammer 45 wird eine Kraft ausgeübt, welche für eine Bewegung des Schiebers aus der in

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Fig. 1 dargestellten nach links in die in Fig* 2 gezeigte Stellung lediglich groß genug für die Überwindung der statischen Reibung zwischen den Berührungsstellen zwischen dem Schieber 10 und dem Ventilkörper 26 und der sehr geringen Kraft der Feder 47 zu sein braucht. Aufgrund einer solchen v- Verschiebung des Schiebers 10 tritt das Absperrpaar 33'/22 auseinander, so daß der Durchlaß 36 mit dem Durchlaß 3.5 in Strömungsverbindung kommt und den Zylinderdurchlaß 42 mit dem Rücklaufauslaß 40 verbindet. Das Absperrpaar 19/32 tritt eb_enfalls auseinander, während sich die Absperrpaare 18/31 und 23/34 schließen, so daß. nun der Zylinderdurchlaß 38 druckgespeist ist. Der im Zylinderdurchlaß 38 herrschende ' Druck wird auf die Rückführkammer 46 übertragen und bewirkt dort einen Druckanstieg, welcher eine weitere Bewegung des Schiebers nach links verhindert, sobald ein Gleichgewicht zwischen Druck, Trägheits- und Reibungskräften am Schieber erreicht ist. . ■

Ein derartiges Gleichgewicht ist nicht zu erreichen, falls in dem Ventilkörper ein Anschlag vorhanden ist, an dem der Schieber 10 in seiner linken Endstellung auch dann zum Stillstand kommt, wenn die durch den Druck in der Betätigungskammer 45 erzeugte Kraft noch größer ist als die durch den Druck, in der Rückführkammer 46 hervorgerufene. Bei einer Verwendung des Schieberventils, in welcher die Druckspeisung der Betätigungskammer mit dem Betriebs-Druckmittel erfolgt, kann daher die druckbeaufschlagte Fläche in der Rückführkammer

gleich der in der Betätigungskammer 45 oder kleiner als diese sein.

Für das Zurückführen des Schiebers 10 in die rechtsseitige oder Normalstellung braucht lediglich die Betätigungskammer ganz oder teilweise druckentlastet zu werden, so daß dann die durch das Druckmittel in der Rückführkammer hervorgerufene Kraft größer ist als die in der Betätigungskammer ausgeübte. Bei Verringerung des Drucks in der Betätigungs-

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kammer 45 wird der Schieber 10 also durch die in der Rückführkammer 46 hervorgerufenen Kräfte nach rechts verschoben, wobei die einzelnen Absperrpaare jeweils auseinandertr.eten bzw. sich schließen und der Durchlaß 38 bei Annäherung des Schiebers 10 an seine Normalstellung zum Rücklaufauslaß hin geöffnet wird.·

Man erkennt, daß die Feder 47 für den eigentlichen Betrieb nicht notwendig, sondern nur dafür vorgesehen ist, daß der Schieber 10 bei druckfreier Betätigungskammer 45 jederzeit in der Normalstellung bleibt. Sofern die druckbeaufschlagten Flächen in der Betätigungskammer und der Rückführkammer ' gleich groß und die in beiden Kammern herrschenden Drücke einander ebenfalls gleich sind, darf die Federkraft keinesfalls größer sein als die den Schieber dann allein in der Betätigungssteilung haltenden Reibungskräfte. Treten andererseits bei Verwendung einer Feder und gleichen Drücken in den Kammern keine nennenswerten Reibungskräfte einer Verschiebung des Schiebers entgegen, so müßte zur Erzielung des den Schieber in der betätigten Stellung haltenden Kräftegleichgewichts die druckbeaufschlagte Fläche in der Rückführkammer kleiner sein als die in der Betätigungskammer.

Wie eingangs bemerkt, ist die Erfindung auch auf andere als Vierwegeschieber anwendbar. Ein in Fig. 4 gezeigtes Dreiwegeschieberventil hat einen Ventilkörper 60, einen Schieber .61, Endkappen 62, 63 eine Rückführkammer 64, eine Betätigungskammer 65 und eine Rückführfeder 66, sowie einen Druckeinlaß 67, einen Zylinderdurchlaß 68 und einen Rücklaufauslaß 69. Die Rückführkammer 64 ist über eine Bohrung 78 mit einer Mündung 79 mit dem Zylinderdurchlaß 68 strömungsverbunden.

In der Normalstellung sind die Rückführkammer und der Zylinderdurchlaß 68 mit dem Rücklaufauslaß 69 strömungsverbunden. Bei Druckspeisung der Betätigungskammer 65 wird der Schieber 61 nach links verschieben, wobei der Durchlaß 68 in

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Strömungsverbindung mit dem Druckeinlaß 67 kommt., Damit wird auch die Rückführkammer 64 druckgespeist₉ so daß der Schieber bei Erreichen eines Gleichgewichtszustandes an einer weiteren Bewegung nach links gehindert "ist= Bei Druckentlastung der Kammer 65 verschiebt sich der Schieber wieder nach rechts j wobei die Rückführkammer wieder in Strömungsverbin-■ dung mit dem Rücklaufdurchlaß kommt»

Wie vorstehend bemerkt, ist die Erfindung auch für andere Schieberventile als Drei- oder Vierwegeschieberventil-e anwendbar, und die Verbindung zwischen der Rückführkammer und einem in der Normalstellung druckentlasteten Durchlaß kann wahlweise durch den Schieber, durch den Ventilkörper hindurch oder auch außerhalb desselben verlaufen«

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ( 1·; Druckmittelbetatigtes Schieberventil, gekennzeichnet durch einen von einer Längs-bohrung durchsetzten Ventilkörper, durch einen beweglich in der Bohrung geführten Schieber, durch eine Anzahl von zwischen einander gegenüberstehenden Flächen des Schiebers und des Ventilkörpers gebildeten Durchlässen, durch eine Anzahl von in dem Ventilkörper gebildeten und mit den Durchlässen strömungsverbundeneη Auslässen, durch an dem Schieber und am Veriilkörper gebildete, in bestimmten Relativstellungen des Schiebers im Ventilkörper die Strömungsverbindung jeweils bestimmter Aus- bzw. Durchlässe freigebende Absperrpaare, durch ^jeweils eine im Ventiikörper gebildete Betätigungs- und Rückführkammer, wobei der Schieber im druckfreien Zustand der Betätigungskammsr in Bezug auf den Ventilkörper in einer Ruhestellung und bei Druckspeisung der Betätigungskammer in einer Betätigungsstellung ist und die Betätigungskammer und die Rückführkammer derartig in Wirkverbindung mit dem Schieber angeordnet sind, daß dieser bei Druckspeisung der Betätigungskammer in die Betätigungsstellung und bei Druckspeisung der Rückführkammer in die Normalstellung belastet ist, durch einen Speisedruckdurchlaß und durch eine die Rückführkammer mit dem Speisedruckdurchlaß verbindende Rückführ-Druckleitung-
2. 2. Druckmittelbetatigtes Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückführ-Druckleitung im Schieber gebildet ist.
3. 3. Druckmittelbetätigtes Schieberventil nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungskammer und die Rückführkammer an entgegengesetzten Enden des Schiebers in der Achse desselben im Ventilkörper·gebildet sind.

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   4, Druckmittelbetätigtes Schieberventil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ₍g e k e η η - · zeichnet, daß der Druckzustand des Speisedruckdurchlasses durch Druckspeisung der Betätigungskammer und Verschiebung des Schiebers in die Betätigung-sstellung veränderbar ist. - ' - ' '

   5- Druckmittelbetätigtes Schieberventil nach wenigstens e intern der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisedruckdurchlaß in der Noriaal-• stellung des Schiebers druckentlastet und in der Betätigungsstellung des Schiebers druckgespeist ist»

   6« 'Druckmittelbetätigtes Schieberventil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber in einem durch Druckspeisung der Betätigungskammer und dadurch bewirkten Druckanstieg in der Rückführkammer herbeigeführten Gleichgewichtszustand an einer weiteren Verschiebung gehindert ist.

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