DE2309874A1 - Ventileinrichtung zur steuerung des durchflusses eines stroemenden mediums - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-lng. Werner Gramm

Albert Orser Ayleaworth 33 Braunschweig, den 27. Febr. 1973

Alexander Boulevard Theodor-Heuss-Straße 1

„. . Telefon .05 31-8 00 79

Windsor 10. Ontario, Kanada

"Ventileinrichtung zur Steuerung des Anwaltsakte 3374 Durchflusses eines strömenden Mediums"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinrichtung zur Steuerung des Durchflusses eines strömenden Mediums.

Bei vielen Arten von mit Druckmittel betriebenen Geräten ist es erforderlich, ein Steuerventil vorzusehen, das den Durchfluß des Druckmittels zum Gerät steuert. Ein derartiges Ventil wird häufig angeordnet entweder zur Umsteuerung des Durchflusses durch das Gerät oder zum Ab- oder Einschalten des Durchflusses. Ein typisches Steuersystem ist z.B. in der CA-PS 629 737 beschrieben worden. Der Steuermechanismus weist dabei ein Grundgehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß auf, die in eine zylindrische Bohrung führen, innerhalb derer ein zylindrisches Ventilglied mit einem Abschnitt verringerten Durchmessers verstellbar ist. Bei dieser Anordnung findet ein Durchfluß statt, wenn der Abschnitt verringerten Durchmessers Ein- und Auslaß miteinander verbindet, während der Durchfluß unterbrochen wird, wenn das Ventilglied sich aus der Verbindungslage bewegt. Für einen reinen Ein- und Ausschaltbetrieb ist dies natürlich vollauf befriedigend. Die Situation wird jedoch komplexer, wenn sowohl eine Stellung mit vollständigem Durchfluß gewünscht wird als auch eine Stellung, in der nur eine geringe Durchflußmenge vorliegt, und schließlich eine geschlossene Stellung. Das Proüem

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wird insbesondere schwierig, wenn die Durchflußmenge in der zugehörigen Stellung geringerer Durchflußmenge sehr genau gesteuert oder eingestellt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung zur Steuerung des Durchflusses eines strömenden Mediums zu schaffen, die sehr schnell von einer Stellung mit vollständigem Durchfluß in eine Stellung begrenzten Durchflusses bewegt werden kann und zugleich die Menge des begrenzten Durchflusses sehr genau steuert oder einstellt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung an einer Ventileinrichtung der eingangs angegebenen Art gelöst durch ein Ventilgehäuse, eine sich durch das Ventilgehäuse erstreckende zylindrische Bohrung mit einem mittleren Abschnitt geringeren Durchmessers und konzentrischen Endabschnitten größeren Durchmessers, ein Paar im axialen Abstand voneinander und im mittleren Bohrungsabschnitt angeordneter ringförmiger Ausnehmungen, deren eine mit einem Einlaß und deren andere mit einem Auslaß verbunden ist, einen im mittleren Bohrungsabschnitt gleitbar angeordneten zylindrischen Ventilgleitteil, der eine durchgehende axiale Bohrung und einen äußeren Umfangsabschnitt verringerten Durchmessers aufweist und bei dem ferner eine ringförmige Wandung den Abschnitt geringeren Durchmessers mit der zylindrischen Umfangsfläche größeren Durchmessers verbindet und eine scharfe Kante mit dieser zylindrischen Umfangsfläche bildet und in dieser scharfen Kante eine Reihe von Einschnitten vorgesehen ist, und durch Mittel zur Bewegung des Ventilgleitteils zwischen drei Lagen, von denen eine die Lage vollen Durchflusses ist, in der der Abschnitt verringerten Durchmessers beide Ausnehmungen übergreift, die zweite die Lage begrenzten Durchflusses ist, in der die Durchflußverbindung zwischen den Ausnehmungen über die Einschnitte erfolgt, und die dritte die

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Schließlage 1st, in der der Ventilgleitteil die Verbindung zwischen den Ausnehmungen vollständig verschließt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Endabschnitten der zylindrischen Bohrung des Ventilgehäuses Jeweils ein Stellglied gleitbar angeordnet ist und jedes Stellglied vom Ventilgleitteil fortgerichtet beaufschlagt ist durch jeweils eine zugehörige Feder, die in einer Ausnehmung im Ventilgleitteil gehalten ist, und daß jedes Stellglied zwischen einer Stellung in Anlage am äußeren Ende der Gehäusebohrung und einer Stellung in Anlage an einem ringförmigen Anschlag gleitbar ist, der ein Ende des mittleren Bohrungsabschnitts geringeren Durchmessers bildet.

Die Enden der Bohrung des Gehäuses können in üblicher Weise durch Endverschlußkappen verschlossen sein. Diese Endverschlußkappen können ferner mit Bohrungen versehen sein, durch die hindurch gleitbar Stellstifte geführt sind. Diese Stifte stehen dann in Eingriff mit dem jeweils zugehörigen Stellglied zu deren axialer Verschiebung nach innen gegen die Wirkung der zwischen Ventilgleitteil und Stellglied jeweils eingeschalteten Feder. Diese Stellstifte können durch die verschiedensten Antriebsquellen betätigt werden, z.B. durch Elektromagnete, Luftkolben, hydraulische Kolben und dergleichen.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Ventileinrichtung nach der Erfindung als Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 gleiche Längsschnitte der Ventileinrichtung, in denen sich das Ventilgleitteil in seinen drei Betriebsstellungen befindet,

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Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht des Ventilgleitteils, Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 eine Endansicht des in Fig. 4 dargestellten Ventilgleitteils,

Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht eines Kreuzkopf-Stellglieds,

Fig. 8 eine Endansicht des in Fig. 7 dargestellten Stellglieds.

Gemäß Fig. 1 bis 3 weist die Ventileinrichtung ein Grundgehäuse bzw. einen Grundkörper 10 auf, durch den hindurch sich eine zylindrische Bohrung erstreckt. Diese zylindrische Bohrung weist zwei Endabschnitte 11 größeren Durchmessers und einen mittleren Abschnitt 12 geringeren Durchmessers auf, In einem Mittenbereich des Abschnitts 12 geringeren Durchmessers ist ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Ausnehmungen 13 und 14 vorgesehen. Diese Ausnehmungen 13 und 14 sind getrennt durch einen schmalen ringförmigen Abschnitt 35. Die Ausnehmung 14 ist mit einem Einlaß 15 verbunden, während die Ausnehmung 13 mit einem Auslaß 16 verbunden ist.

Die Enden der axialen Bohrungen 11 sind mithilfe von Endverschlußkappen 17 verschlossen. Diese Kappen weisen kleine axiale öffnungen 18 auf, durch die Stellstifte 25a und 25b hindurchfuhren·

Innerhalb des Ventilgehäuses 10 ist ferner ein Durchlaß 19 vorgesehen, der eich von einem Bereich in der Nähe des äußeren Endes einer der Bohrungen 11 größeren Durchmessers zu einem Bereich in der Nähe des äußeren Endes der anderen

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Bohrung 11 größeren Durchmessers erstreckt. Dieser Durchlaß mündet in die zylindrische Bohrung durch Öffnungen 20 und 21.

Innerhalb der zylindrischen Bohrung 12 ist ferner ein zylindrischer Ventilgleitteil 22 angeordnet. In den Bohrungsabschnitten 11 größeren Durchmessers ist jeweüs ein Stellglied 23 angeordnet, das, von den Enden des Ventilgleitteils 22 fortgerichtet, jeweils durch eine Feder 24a bzw. 24b beaufschlagt ist. Jedes Stellglied 23 steht ferner mit dem zugehörigen Stellstift 25a bzw. 25b in Verbindung.

Der zylindrische Ventilgleitteil 22 ist im einzelnen in Fig. 4 bis 6 dargestellt. Er ist demnach rohrförmig mit einem hohlen Innenraum 25 ausgebildet. An der inneren Wandung des Ventilgleitteils 22 sind langgestreckte Vorsprünge 26 vorgesehen. Diese Vorsprünge 26 sind von den Enden des Ventilgleitteils 22 nach innen eingezogen. Dies ist auf beiden Enden vorgenommen worden, so daß Ausnehmungen zur Aufnahme der Federn 24a und 24b gebildet werden, wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist.

Im mittleren Bereich des Ventilgleitteils 22 ist ein Abschnitt 28 mit reduziertem Durchmesser vorgesehen. Dieser Abschnitt verringerten Durchmessers ist mit den Abschnitten größeren Durchmessers über ringförmige Wandungsabschnitte 29 verbunden. Die Verbindung zwischen der äußeren Zylinderwandung und der Wandung 29 bildet eine sehr scharfe Kante.. In dieser scharfen Kante ist eine Reihe von längsgerichteten und nach innen geneigten Einschnitten 30 vorgesehen.

Die Kreuzkopf-Stellglieder 23 sind im einzelnen in Fig. 7 und 8 dargestellt. Vom Ende her gesehen weist diese Anordnung eine im wesentlichen kreuzförmige Gestaltung auf.

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Mit anderen Worten ist ein mittlerer Kernabschnitt 32 vorgesehen, von dem aus sich vier radiale Arme 31 nach außen erstrecken. Eine große zylindrische Ausnehmung 33 ist in das eine Ende des Stellglieds 23 eingeschnitten, im entgegengesetzten Ende ist eine kleine Bohrung 34 vorgesehen. Die Ausnehmung 33 nimmt die Federn 24a bzw. 24b auf, die kleinere Bohrung 34 die Stellstifte 25a bzw. 25b.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Ventileinrichtung ist die folgende:

Fig. 1 zeigt diejenige Betriebsstellung, bei der der in der Zeichnung links liegende Stellstift 25a nach innen gestoßen ist. Der Stellstift 25a hat dabei das Stellglied 23a axial verschoben, soweit es sich in der Zeichnung nach rechts verschieben kann, nämlich zur Anlage am Anschlag 35· Gleichzeitig ist infolge der Wirkung der Feder 24a der Ventilgleitteil 22 in der Zeichnung nach rechts gleitend verschoben worden, ebenso auch das zweite Stellglied 23b. Das Ergebnis dieser Bewegung ist, daß der Abschnitt 28 mit verringertem Durchmesser in eine Lage über beide ringförmige Ausnehmungen 13 und 14 gebracht worden ist, so daß eine Lage für den vollständigen Durchfluß zwischen dem Einlaß 15 und dem Auslaß 16 erreicht ist. Dies bedeutet, daß die Ventileinrichtung eine Lage eingenommen hat, bei der maximaler Durchfluß durch das Ventil bewirkt wird.

Soll der Ventilgleitteil 22 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage vollen Durchflusses in eine Lage begrenzten Durchflusses überführt werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wird der rechtsseitige Stellstift 25b gleichzeitig mit dem linksseitigen Stellstift 25a betätigt. Das Ergebnis dieser Betätigung ist, daß beide Stellglieder 23a und 23b nach innen gegen die Anschläge 35 gedrückt werden. Da der

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Ventilgleitteil 22 genau die gleiche Länge aufweist wie der Abschnitt 12 verringerten Durchmessers im Ventilgehäuse, ist es klar, daß bei einem Eindrücken beider Stellglieder 23a und 23b gegen die Anschläge 35 und entgegen den Wirkungen der Federn 24a und 24b der Ventilgleitteil 22 eine sehr genaue vorgegebene Lage innerhalb der Bohrung 12 einnimmt. Diese genaue Vorgabe der Lage des Ventilgleitteils geschieht derart, daß nur die Einschnitte 30 einen direkten Durchfluß zwischen den ringförmigen Ausnehmungen 13 und 14 und somit zwischen dem Einlaß 15 und dem Auslaß 16 bewirken. Der tatsächlich in dieser Lage bewirkte Betrag des Durchflusses kann natürlich sehr genau durch die Anzahl und Größe dieser Einschnitte 30 bestimmt und eingestellt werden. Für jede vorgegebene Anzahl und Größe der Einschnitte ist der tatsächlich bewirkte Durchfluß stets der gleiche, und zwar eben wegen der sehr genauen Positionierung des Ventilgleitteils 22.

Wenn schließlich das Ventil vollständig geschlossen werden soll, wird der linksseitige Stellstift 25a freigegeben, so daß das linksseitige Stellglied 23a in die in Fig. 3 dargestellte Lage zurückgleiten kann. Dies bedeutet, daß auch der Ventilgleitteil 22 in die linksgerichtete Richtung gleitet, und zwar unter der Wirkung der rechtsseitigen Feder 24b, so daß er die in Fig. 3 dargestellte Lage einnimmt. In dieser Lage ist sowohl der Abschnitt 28 verringerten Durchmessers des Ventilgleitteils 22 als auch der ganze Umfang der Einschnitte 30 nach links bewegt worden, und zwar über die Kante der ringförmigen Ausnehmung 14 hinaus, so daß danach keinerlei Verbindung für einen direkten Durchfluß zwischen den Ausnehmungen 13 und 14 besteht. Somit wird jeder Durchfluß des strömenden Mediums zwischen diesen Ausnehmungen 13 und 14 und damit zwischen dem Einlaß und dem Auslaß verhindert.

Wie eingangs erwähnt, ist es besonders wichtig, daß diese Ventileinrichtung in der Lage ist, sich zwischen den drei

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Betriebsstellungen mit höchstmöglicher Geschwindigkeit zu bewegen. Es darf daher keinen nennenswerten Widerstand für die Bewegung des Ventilgleitteils geben, vielmehr muß dieser in der Lage sein, sich in seine jeweiligen Stellungen ohne jedes Auf- oder Rückprallen u.dgl. zu bewegen. Um diese Art zwangsweisen Ansprechens zu erreichen, ist der Ventilgleitteil 22 mit einem hohlen Innenraum versehen, so daß ein Durchfluß des strömenden Mediums durch den hohlen Innenraum des Ventilgleitteils 22 möglich ist. Ebenso ist die Gestaltung der Stellglieder 23 mit deren Kreuzarmen 31 vorgenommen worden, damit, wie in Fig. 6 ersichtlich ist, eine direkte axiale Durchflußverbindung zwischen den beiden Stellgliedern 23 und dem zylindrischen Ventil gleitteil 22 ermöglicht wird. Diese direkte Durchflußverbindung kombiniert mit dem Durchlaß 19, der über die Öffnungen 20 und 21 mit den zylindrischen Bohrungen 11 und ebenso mit dem Auslaß 16 verbunden ist, sorgt für eine vollständige Freigabe eines jeden RUckdrucks des strömenden Mediums, das sich jenseits der äußeren Enden des Ventilgleitteils 22 und der Stellglieder 23 ansammeln könnte.

Es wird bemerkt, daß die Kreuzkopf-Stellglieder 23 eine unbegrenzte Zahl von Abwandlungen in ihrer Gestaltung erfahren können. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß sie den funktioneilen Erfordernissen gerecht werden, und zwar einschließlich des freien

hgangs jeder angesammelten Menge des strömenden Medfiums durch die Öffnungen 20 und 21 und in den chlaß 19.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   /1 ·) Ventileinriohtung zur Steuerung des Durohflueses eines — strömenden Mediums, gekennzeichnet durch

   a) ein Ventilgehäuse (10),

   b) eine sich duroh das Ventilgehäuse erstreckende zylindrische Bohrung mit einem mittleren Abschnitt (12) geringeren Durchmessers und konzentrischen Endabschnitten (11) größeren Durohmessers,

   c) ein Paar im axialen Abstand voneinander und im mittleren Bohrungsabsohnitt (12) angeordneter ringförmiger Ausnehmungen (13,14), deren eine (14) mit einem Einlaß (15) und deren andere (13) mit einem Auslaß (16) verbunden ist,

   d) einen im mittleren Bohrungsabsehnitt (12) gleitbar angeordneten zylindrischen Ventilgleitteil (22), der eine durchgehende axiale Bohrung (25) und einen äußeren Umfangsabsohnitt (28) verringerten Durohmes sere aufweist und bei dem ferner eine ringförmige Wandung (29) den Abschnitt (28) geringeren Durchmesser s mit der zylindrischen Umfangefläche größeren Durohmessers verbindet und eine soharfe Kante mit dieser zylindrischen Umfangsfläohe bildet und in dieser sonarfen Kante eine Reihe von Einschnitten (30) vorgesehen ist, und

   e) Mittel zur Bewegung des Ventilgleitteils (22) ■wischen drei Lagen, von denen eine die Lage vollen Durchflusses ist, in der der Absohnitt (28) verringerten Durchmesserβ beide Ausnehmungen (13,14) übergreift, die zweite die Lage begrenzten Durchflusses ist, in der die Durohflußverbindung zwischen den Ausnehmungen (13,14) über die Einschnitte (30) erfolgt, und die dritte die Sohließlage ist, in der der Ventilgleitteil (22) die Verbindung zwisohen den Ausnehmungen (13,14) vollständig vereohließt.

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2. 2. Yentileinriohtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endabeohnltten (11) der zylindrischen Bohrung des Ventilgehäusea (10) jeweils ein Stellglied (23a, 23h) gleitbar angeordnet ist und jedes Stellglied vom Ventilgleitteil (22) fortgerichtet beaufschlagt 1st duroh jeweils eine zugehörige Feder (24a,24b), die in einer Ausnehmung im Ventilgleitteil (22) gehalten ist, und daß jedes Stellglied (23a,23b) zwischen einer Stellung in Anlage am äußeren Ende der Gehäusebohrung und einer Stellung in Anlage an einem ringförmigen Anschlag (35) gleitbar ist, der ein Ende des mittleren Bohrungsab'sohnitts (12) geringeren Durchmessers bildet·

   3· Ventileinrichtung naoh Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, dad sioh duroh die Enden der Gehäusebohrung gleitbare Stell- stift· (25a,25b) erstrecken, die mit den Stellgliedern (23a, 23b) au deren axialer Verschiebung in Eingriff sind.

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