DE2343675A1

DE2343675A1 - Regelventilanordnung fuer ein stroemungsmittel

Info

Publication number: DE2343675A1
Application number: DE19732343675
Authority: DE
Inventors: Joseph L Peczkowski
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-09-15
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1974-03-28
Also published as: JPS4968926A; FR2200459B1; FR2200459A1; GB1379329A; US3818921A

Description

Regelventilanordnung für ein Strömungsmittel

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmittelregelventilanordnung für die Regelung einer Flüssigkeits- oder Gasströmung durch eine Leitung. Derartige Drosselventile sind bekannt. Auch kennt man die unerwünschten Strömungsregelchara_kteristiken der bekannten Drosselventile, die sich insbesondere in solchen Strömungssystemen nachteilig bemerkbar machen, in denen es auf eine genaue und verläßliche Regelung über einen relativ weiten Strömungsbereich ankommt. Solche unerwünschten Charakteristiken schließen Ventilinstabilität, übermäßigen Abfall, mangelnde Strömungskapazität, mangelnde Verläßlichkeit, komplexen strukturellen Aufbau und/oder ein schlechtes Ansprechverhalten ein. Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, Drosselventile zu schaffen, bei denen

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die eine oder andere unerwünschte Eigenschaft auf ein Minimum beschränkt ist oder gänzlich ausgemerzt ist; dies führte aber ι

{ zu einer Verschlechterung der verbleibenden unerwünschten Eigen- ;

schäften und/oder zum Auftreten neuer Probleme.

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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungsmittelregelventilanordnung zur drosselnden Regelung eines Strömungsmittelflusses über einen weiten Bereich an StrömungsIntensitäten zu schaffen, bei der die oben erwähnten Eigenschaften einschließlich der Regelstabilität und der Verläßlichkeit verbessert sind. Insbesondere soll das Ventil zur Regelung sowohl von Flüssigkeitsströmungen als auch von Luftströmungen über einen solchen weiten Bereich geeignet sein.

Die erfindungsgemäße Strömungsmittelregelanordnung ist gekennzeichnet durch eine Leitung einschließlich einer Zumeßöffnung für die Fortleitung des unter Druck stehenden Strömungsmittels von einer Druckquelle zu einem Strömungsmittelempfänger, einen mit der Zumeßöffnung zusammenwirkenden Ventilkörper zur Einstellung der effektiven Strömungsfläche der Zumeßöffnung, einer Strömungsmittelkammer, auf Strömungsmitteldruck ansprechende Mittel einschließlich eines auf Strömungsmitteldruck ansprechenden Kolbens, der in der Kammer verschiebbar gelagert und zur Betätigung des Ventilkörpers betriebsmäßig mit diesem verbunden ist, einem ersten Kanal einschließlich einer Dämpfdrossel für die Zuleitung des unter veränderlichem Steuerdruck stehenden Strömungsmittels zu der Kammer, eine ringartige

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Ausnehmung in dem Kolben für die Aufnahme des Strömungsmittels aus der Leckage zwischen den benachbarten Flächen des Kolbens und der Kammer und einen zweiten Kanal, der die ringartige Ausnehmung mit dem ersten Kanal stromauf der Dämpfdrossel verbindet, wobei der auf den Strömungsmitteldruck ansprechende Kolben auf einer Seite dem in der Leitung herrschenden Druck und auf der anderen Seite dem in der Kammer herrschenden Steuerdruck ausgesetzt ist, der einen relativ niedrigeren Wert aufweist.

Die Erfindung soll nun in einer Ausführungsform anhand der beigefügten einzigen Zeichnung beschrieben werden, in der die Strömungsmitteldruckquelle und der Strömungsmittelempfänger (Verbraucner) schematisch als Blöcke dargestellt sind.

Die Bezugs zahl 1o bezeichnet ein Gehäuse, das mit einem Ein-

laß, der mit einer geeigneten Druckmittelquelle 13 (in Blockform dargestellt) verbunden ist, und mit einem Auslaß 14, der mit einem Strömungsmittelempfänger 15 verbunden ist, der ebenfalls in Blockform dargestellt ist. Der Strömungsmittelempfänger kann zum Beispiel ein üblicher druckluftbetriebener Motor sein, der für den Betrieb unter einer vorgegebenen und auf ihn einwirkenden Druckluftdifferenz P₁ - P₂ ausgelegt ist.

Das Gehäuse 1o ist mit einer Strömungszumeßöffnung 16 versehen, j die in Reihe zwischen dem Hinlaß 12 und dem Auslaß 14 liegt. Bin Ventilkörper 18, der mit einer ersten und einer zweiten sicn jeweils radial nach innen verjüngenden Ringfläche 2o bzw.

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22 versehen ist, kann sich gegen die stromab liegende Kante der Strömungszumeßöffnung 16 legen. Der Ventilkörper 18 ist über einen einstückig mit ihm ausgebildeten Fortsatz 24 mit der geschlossenen Fläche 26 eines tassenförmig ausgebildeten Kolbens 28 verbunden, der in dem Gehäuse 1o gleitend verschiebbar ist und zur Begrenzung einer Kammer 3o beiträgt. Die Kammer 3o wird auch durch ein stufenförmig abgesetztes ringartiges Bauteil 32 begrenzt, das eine mittige Gewindeöffnung 34 und auf seiner Außenfläche zwei Stufen 36 und 38 zum Halten von Federn aufweist. Ein einstellbares Anschlagelement 4o, das in die Gewindeöffnung 34 eingeschraubt ist und sich durch diese hindurch erstreckt, steht mit dem Boden des Kolbens 28 in Eingriff, um dessen Bewegung zu begrenzen und somit die Schließstellung des Ventils 18 zu bestimmen. Das Anschlagelement 4o ist mit einem Schlitz 42 oder etwas Ähnlichem verbunden, um die Einstellung zu ermöglichen; weiterhin ist eine Kontermutter 44 für die Festlegung der Lage des Anschlagelementes 4o vorgesehen. Zwischen der Kontermutter 44 und dem ringartigen Bauteil 32 kann eine geeignete Strömungsmitteldichtung, wie zum Beispiel ein elastischer Ring 45, vorgesehen sein, um eine Leckage längs des Anschlagelementes 4o zu vermeiden.

Das ringartige Bauteil 32 ist mit einem sich radial nach außen erstreckenden Ringflansch 46 versehen, der mit auf Abstand angeordneten Öffnungen 48 versehen ist, durch die sich Bolzen So in entsprechende Gewindebohrungen des Gehäuses 1o hinein

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erstrecken, um das ringartige Bauteil 32 fest mit dem Gehäuse 1o zu verbinden. Als Strömungsmitteldichtung ist zwischen dem Flansch 46 und dem Gehäuse 1o ein geeigneter Dichtring 52 zwischengelegt.

Zwischen der Stufe 36 und dem Kolben 28 ist eine Druckfeder 54 angeordnet; zwischen der Stufe 38 und dem Kolben 28 ist eine relativ stärkere Druckfeder 56 angeordnet, die den Kolben 28 in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 18 beaufschlagt. In axial auf Abstand gehaltenen Ringausnehmungen 58 und 6o des Kolbens 28 sind O-Ringe 6 2 angeordnet, die für eine Gleitdichtung sorgen.

Die Kammer 3o steht mit der Steuerdruckquelle P₂ über einem Kanal 64 in Verbindung, in dem eine Dämpfdrossel 66 angeordnet ist. hin Zweigkanal 68 verbindet den Kanal 64 mit einer ringartigen Ausnehmung 7o, die auf der Außenfläche des Kolbens 28 zwischen den Ringausnehmungen 58 und 6o ausgebildet ist.

In den Ventilkörper 18 ist ein einstellbares Anschlagelement 7 2 eingeschraubt, das mit dem Gehäuse 1o zur Begrenzung der maximalen Öffnungsstellung des Ventilkörpers 18 zusammenwirken kann. Für die Verriegelung des Anschlagelementes 7 2 in einer eingestellten Lage ist eine Kontermutter 74 vorgesehen. Wenn kein unter Druck stehendes Strömungsmittel zum Einlaß 12 strömt, sind die Drücke P_ß (Druck im Einlaß), P-. (Druck im Auslaß) und P- (Druck im Kanal 64) ausgeglichen. Da die wirk-

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samen Flächen des Kolbens 28 und des Ventilkörpers 18, auf den die Drücke P„ bzw. P- einwirken, im wesentlichen gleich groß sind, tritt bei einem Druckausgleich zwischen P₁ und P₂ ein entsprechendes Kraftdifferential üer Größe Null auf. Da die wirksamen Flächen des Kolbens 28 und des Ventilkörpers 18, die dem Druck P„ ausgesetzt sind, gleich sind, tritt auch hier ein entsprechendes Kräftegleichgewicnt auf. Der Ventilkörper 18 wird daher unter dem Einfluß der Feder 54 in seine durch das Anschlagelement 72 bestimmte größte Öffnungslage verschoben. Die Feder 54 wirkt längs des gesamten Verschiebebereichs des Ventilkörpers 18, xvährend die Feder 56 nur während eines Teils dieses Verschiebebereichs des Ventilkörpers 18 wirksam ist, wie im folgenden ausgeführt wird.

Wird nun im Einlaß 12 eine Strömung von unter Druck stehendem Strömungsmittel, zum Beispiel Luft, mit einem Druck von P_ß aufgebaut, so wächst der Druck P₁ in entsprechender Weise an und versucht den Ventilkörper 18 entgegen der Wirkung der Feder in Schließstellung zu drücken. Das unter dem Druck P_ stehende Strömungsmittel wird über die Dämpfdrossel 66 auf die Kammer 3o gegeben, in der es auf den Kolben 28 entgegen dem Druck P. einwirkt. In Abhängigkeit von den Strömungserfordernissen des Strömungsmittelempfängers, hier Luftmotor, wird sich der Ventilkörper 18 in eine Lage relativ zur Strömungszumeßöffnung 16 bewegen, in der der Druck P. so eingeregelt ist, daß die gewünschte Druckdifferenz P₁ - P₂ aufrechterhalten wird. Bs ist klar, daß bei dem Ventilkörper 18 die Funktion: Flächenänderung gegen Ventilkörperbewegung sich in Abhängigkeit davon

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ändert, welcne der beiden sich verjüngenden ringförmigen Flächen 2o und 22 der stromab gelegenen Kante der Strömungszumeßöffnung 16 benachbart ist. In der in der Figur gezeigten Schließstellung des Ventils berührt die sich verjüngende Fläche 22 die Strömungszumeßöffnung ungefähr in dem Ivlittelbereich der Ringfläcne 22. Die Ringfläche 2o und der stromauf gelegene Bereich der Ringfläche 22 weisen ungefähr die gleiche axiale Dimension auf, so daß die wirksame Strömungsfläche der Zumeßöffnung 16 in einer Öffnungsrichtung bei niedrigen Strömungsbedingungen um einen kleineren Betrag zunimmt als dies bei höheren Strömungsbedingungen bei eier gegebenen Bewegung des Ventilkörpers 18 der Fall ist, wodurch die Stabilität des Ventilkörpers 18 über seinem gesamten Betriebsbereich verbessert wird. Der Verjüngungswinkel der Ringfläche 22 relativ zu dem Winkel der Fläche 2o kann verschieden sein in Abhängigkeit von den angestrebten Bedingungen, es wurde aber in einem Anwendungsfall gefunden, daß die gewünschte Stabilität des Ventilkörpers erzielt wird, wenn die Ringflächen 22 und 2o mit einem Verjüngungswinkel von 10° bzw. 20° versehen werden. Bs ist klar, daß die Kontur eier Rhgflachen 2o und 22 die verschiedensten, von der gezeigten j Verjüngungsform abweichenden Formgebungen aufweisen kann, wobei ' die Formgebung von der angestrebten Funktion: Strömungsfläche

gegen Ventilkörpefweg abhängt. I

In der Schließstellung des Ventilkörpers 18 beaufschlagen beide Federn 54 und 56 den Ventilkörper 18. Wenn sich der Ventilkörper 18 aus seiner Schließstellung heraus^bewegt, nimmt die von der

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Feder 56 aufgebrachte Last über dem Bewegungsbereich des Ventilkörpers 18 auf Null ab, in welchem Bereich die Ringfläche 22 die effektive Fläche der Strömungszumeßöffnung 16 bestimmt, während die auf den Ventilkörper 18 aufgebrachte Last für die restliche Bewegung des Ventilkörpers 18 bis zum Erreichen der maximalen Öffnungsstellung durch die Feder 54 bestimmt ist. Auf diese Weise wird die-bekannte Abschaltcharakteristik des Ventilkörpers 18 in einer vorgegebenen Lage des Ventilkörpers 18 reduziert, um die Strömungseinstellgenauxgkeit des Ventilkörpers zu verbessern.

Aus der Beschreibung und der Zeichnung kann abgelesen werden, daß die Kammer 3o ein relativ kleines Volumen aufweist, wenn sich der Ventilkörper 18 in schließendem Eingriff mit der Strömungszumeßöffnung bewegt. Dadurch wird im Falle der Beaufschlagung der Kammer 3o durch Luft oder ein Gas der Dämpfeffekt vergrößert, der von der Dämpfdrossel 66 ausgeht, wenn der Ventilkörper 18 schließt; dadurch wird die Ventilstabilität verbessert.

Die ringförmige Ausnehmung 7o soll eine Leckage von unter dem Druck P„ stehendem Strömungsmittel in die Kammer 3o stromab der Dämpfdrossel 66 verhindern. Da eine derartige Leckage von unter Druck stehendem Strömungsmittel P_ß zum Kanal 64 hin normalerweise auf eine kleine Strömungsmenge beschränkt ist, tritt keine bemerkenswerte Beeinflussung des unter dem Druck P-

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{ stehenden Strömungsmittel auf, das durch die Dämpfdrossel

! hindurchströmt.

j Es ist klar, daß das oben beschriebene Ventil in gleicher

j Weise zur Steuerung von Flüssigkeiten herangezogen werden

kann, obwohl bestimmte Vorteile des Ventils 18 nicht im selben Maße realisiert werden können, wie das bei der Verwendung des Ventils in einer Gasströmung der Fall ist.

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Claims

Patentansprüche

Strömungsmittelregelventilanordnung gekennzeichnet durch eine Leitung einschließlich einer Zumeßöffnung (16) für die Fortleitung des unter Druck stehenden Strömungsmittels von einer Druckquelle (13) zu einem Strömungsmittelempfänger 09 hin, einem mit der Zumeßöffiiung zusammenwirkenden Ventilkör-

(18)
per zur Einstellung der effektiven Strömungsfläche der Zumeßöffnung, eine Strömungsmittelkammer C5o), auf Strömungsmitteldruck ansprechende Mittel einschließlich eines auf Strömungsmitteldruck ansprechenden Kolbens (28), der in der Kammer (3o) verschiebbar gelagert und zur Betätigung des Ventilkörpers betriebsmäßig mit diesem verbunden ist, einen ersten Kanal 04) einschließlich einer Dämpfdrossel (66) für die Zuleitung des unter veränderlichem Steuerdruck (P₂) stehenden

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Strömungsmittels zu der Kammer (3ο), eine ringartige Ausnehmung Qo) in dem Kolben 08) für die Aufnahme des Strömungsmittels aus der Leckage zwischen den benachbarten Flächen des Kolbens und der Kammer und einen zweiten Kanal (68), der ^! die ringartige Ausnehmung (17) mit dem ersten Kanal (64) j stromauf der Dämpfdrossel (66) verbindet, wobei der auf Strömungsmitteldruck ansprechende Kolben (28) auf einer > Seite den in der Leitung herrschenden Druck (P_ß) und auf ι der anderen Seite dem in der Kammer (3o) herrschenden Steuerdruck (P2) ausgesetzt ist, der einen relativ niedrigeren Wert aufweist.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer (3o) ein festgelegtes Federhaltebauteil (32) hineinragt, welches die Kammer (3o) auf einem Ende begrenzt, daß an dem Federhaltebauteil ein Anschlagelement (4o) einstellbar befestigt ist, das mit dem Kolben (28) zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens (28) in Schließrichtung des Ventilkörpers (18) mit dem Kolben zus.ammenwirkt und daß zwei Druckfedern (54 und 56) sich einerseits auf dem stufenförmig ausgebildeten Federhaltebauteil (32) in einer ersten bzw. zweiten Lage und andererseits auf dem auf Druck ansprechenden Kolben (58) abstützen, um diesen in Üffnungsrichtung des Ventilkörpers (18) zu beaufschlagen, wobei die erste Druckfeder (56) an eins· vorgegebenen Lage des Ventilkörpers (18) nichts mehr zur Beaufschlagung des auf Druck

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ansprechenden Kolbens (28) beitragen kann.
3. Strömungsmittelregelventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (18) mit zwei ringförmigen sich verjüngenden Ringflächen (2o, 22) versehen ist, die mit der Strömlingszumeßöffnung (16) zur Veränderung der effektiven Strömungsfläche der Zumeßöffnung zusammenwirken, wobei die sich verjüngenden Ringflächen (2o, 22) unterschiedliche Verjüngungswinkel aufweisen, um in einem ersten ßewegungsbereich des Ventilkörpers (18) einen ersten Zusammenhang zwischen der veränderlichen effektiven Fläche der Strömungszumeßöffnung und der Bewegung des Ventilkolbens (18) und während eines zweiten Bewegungs abschnitt es des Ventilkörpers (18) einen zweiten derartigen Zusammenhang aufzubauen.
4. Strömungsmittelregelventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper auf den Strömungsmitteldruck (P^) stromab der Strömungszumeßöffnung anspricht, der dem Steuerdruck (P₇) entgegenwirkt und daß der Ventilkörper (18) die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen dem ;

stromab der Zumeßöffnung (16) herrschenden Druck (P₁) und j

' ι

dem Steuerdruck (P2) in Übereinstimmung mit der Kraftbe- j

j lastung aufrechterhält, die von der ersten und der zweiten i

Druckfeder (54; 56) aufgebracht wird. j
5. Strömungsmittelregelventilanordnung nach einem der Ansprüche

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(18) 1 üs 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper auf

den Strömungsmitteldruck in der Leitung stromab der Strömungs-l zumeßöffnung (16) anspricht und entgegen dem Strömungsmittel- j

I druck in der Leitung stromauf der Zumeßöffnung in die i Öffnungsstellung gedrückt wird und der stromauf der Zumeßöffnung in der Leitung herrschende Strömungsmitteldruck (Po) auf den Kolben (28) einwirkt, so daß ein entsprechender Kräfteausgleich erzielt ist.
6. Strömungsmittelregelventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites einstellbares Anschlagelement (72) vorgesehen ist, um eine Bewegung des Ventilkörpers (18) in Öffnungsrichtung zu begrenzen.

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