DE2346831A1

DE2346831A1 - Pendelventil

Info

Publication number: DE2346831A1
Application number: DE19732346831
Authority: DE
Inventors: Michael Kellner
Original assignee: Victor Products Ltd
Current assignee: Victor Products Ltd
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1974-04-04
Also published as: US3897717A; FR2201417A1; GB1388938A; FR2201417B3

Description

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"Pendelventil*

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil zum Steuern beispielsweise des Betriebes eines hydraulischen Betätigers, so wie Rammen oder hydraulische Motoren.

Es ist häufig notwendig, die Stellung eines Gliedes, beispielsweise einer Instrumentenplattform oder eines Teiles eines schweren Stückes einer Ausrüstung festzulegen, so daß wenigstens eine Achse dieses Gliedes unter einem vorbestimmten Winkel zur Horizontalen gehalten wird unabhängig von den Mitteln, die das Glied tragen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ventil zu schaffen, welches zur automatischen Steuerung des Betriebes eines oder mehrerer hydraulischer Betätiger einsetzbar ist, um so die Stellung des Gliedes zu bestimmen.

Gemäß der Erfindung enthält das Steuerventil ein Tragglied, eine unveränderliche Drossel und eine veränderliche Drossel, welche beide in Serie geschaltet sind in einem Flüssigkeitsleitungspfad zwischen einem Einlaß und einem Auslaß für

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hydraulische Flüssigkeit, wobei der variable Widerstand eine Öffnung aufweist, die bewegbar ist mit dem Tragglied, und ein Versetzungsglied vorgesehen ist, welches im wesentlichen in einer vorgegebenen Stellung gehalten wird mittels einer an dem Tragglied aufgehängten Masse, so daß die Stellung des Versetzungsgliedes unabhängig ist von der Stellung des Traggliedes innerhalb eines bestimmten Stellungsbereiches. Das Versetzungsglied arbeitet mit der Öffnung zusammen, um den Widerstand der strömenden Flüssigkeit in ,dem besagten Pfad zu steuern, wodurch der Ausgangsdruck an einer Verbindungsstelle zwischen den Drosseln variiert mit der Stellung des Traggliedes innerhalb des besagten Bereiches.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Steuerventil zwei derartige Leitungspfade, die parallel zueinander zwischen dem Einlaß und dem Auslaß geschaltet sind; jeder der Pfade enthält dabei eine veränderliche und eine unveränderliche Drossel, wobei die veränderliche Drossel, mit einem gemeinsamen Versetzungsglied oder getrennten Versetzungsgliedern versehen ist, die von einer gemeinsamen Masse gesteuert werden· Das Versetzungsglied oder die Versetzungsglieder steuern die Veränderung der Flüssigkeitsströmung durch die. zwei Pfade, wodurch ein Druckdifferential an den Verbindungsstellen erhalten wird zwischen den unveränderlichen und den veränderlichen Drosseln; der Differentialdruck ändert sich mit der Stellung des Traggliedes innerhalb des besagten Bereiches.

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INSPECTED

Das Ventil ist mit einem einzelnen Leitungspfad versehen oder das Ventil hat zwei Leitungspfade, wie zuvor beschrieben wurde, wobei einer oder zwei weitere Pfade beide eine Öffnung haben in einer Ebene unter einem Winkel von etwa 90 zu der vorher beschriebenen Öffnung oder den vorher beschriebenen Öffnungen.

Der Ausgangsdruck oder die Ausgangsdrücke oder das Ausgangsdruckdifferential bzw. die Ausgangsdruckdifferentiale können eingesetzt werden zum Betreiben von einem oder mehreren hydraulischen Betätigern entweder unmittelbar oder über ein zweites Stufenventil oder aber zur Steuerung der Stellung eines Traggliedes, welches vorzugsweise ein Ventilgehäuse ist. Das Tragglied kann an einem weiteren Glied befestigt sein, wie beispielsweise einer Instrumententafel, und die Stellung des Traggliedes kann herbeigeführt werden durch Steuern der Stellung des weiteren Gliedes mittels des Betätigers oder der Betätiger.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung durch ein Pendelsteuerventil nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein Betätigungsventil nach der Erfindung und

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Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Stufenventils.

Bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnung besteht ein Ventil 1 aus einem Gehäuse 2, in dem sich ein pendelähnliches Glied befindet, welches an einem Gelenk oder Scharnier 4 des Gehäuses 2 aufgehängt ist. An seinem unteren Ende trägt das Glied 3 eine Masse 5, die bestrebt ist, das Glied 3 in einer vertikalen Stellung zu halten unabhängig von der Lage des Gehäuses innerhalb eines Bereiches von Stellungen.

Das Glied 3 wirkt wie ein gewöhnliches Versetzungsglied für zwei variable Drosseln 6 und 7, welche Öffnung 8 und 9 aufweisen, die sich in der Wand des Gehäuses 2 befinden,,

Die variable Drossel 6 ist über eine Verbindung 10 in Reihe geschaltet mit einer unveränderlichen Drossel 11, so daß ein Leitungspfad für eine hydraulische Flüssigkeit zwischen einem Flüssigkeitseinlaß 12 und einem Auslaß 13 besteht über die Drossel 6 und die Drossel 11 und eine Kammer 14, in welcher sich die Masse 5 befindet. Ein ähnlicher Strömungspfad wird gebildet über die Kammer 14, die variable Drossel 7, eine Verbindung 16 und eine zweite unveränderliche Drossel 15.

Die Verbindungen oder Knotenpunkte 10 und 16 sind an gegenüberliegende Enden eines hydraulischen Betätigers 17 angeschlossen, und zwar entweder über ein zweites Stufenventil 18,

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wie es Fig. 1 zeigt, oder unmittelbar.

Wird das Ventil benutzt, dann ist der Einlaß 12 mit einer Quelle für eine unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit

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verbunden, und der Auslaß/ist mit einem Tank 19 so verbunden, daß die Flüssigkeit durch die zwei Leitungspfade und in den Tank fließt. Aus dem Tank wird sie zurückgeführt mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe zum Einlaß 12.

Wenn sich das Glied 3 exakt in der Mitte zwischen den öffnungen 8 und 9 befindet, dann werden die Drücke an den Verbindungen 10 und 16 einander gleich sein, vorausgesetzt, daß die Drosseln 11 und 15 sowie die Öffnungen 8 und 9 einander gleich sind. Auf das Ventil 18 und dementsprechend auf den Betätiger 17 wird deshalb kein resultierender Druck ausgeübt werden. Der Kolben 20 des Betätigers 17 verharrt deshalb stationär in dem Betätigerzylinder.

Sollten die Drosseln oder Durchflußbegrenzer nicht gleich sein oder sollten zwei Pfade aus irgendeinem anderen Grund unsymmetrisch sein, dann wird der resultierende Druck für die Nullbedingung erreicht, wenn das Gehäuse 2 so versetzt ist, daß das Glied 3 ein wenig seitlich zur Mitte hängt relativ zu den Öffnungen 8 und 9.

Wird das Gehäuse 2 im Uhrzeigersinn um einen kleinen Winkel gegenüber der vertikalen Ebene gekippt, die die Öffnungen

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und 9 aufweist, dann wird die Öffnung 9 durch das Glied 3 mehr versperrt, während die Öffnung 8 weniger versperrt wird, da das Glied 3 durch die Masse 5 bestrebt ist, eine vertikale Stellung zu halten. Der Widerstand der Strömung durch den rechts gelegenen Leitungspfad (.wie in Fig. 1 dargestellt) wird sich deshalb vermehren, und der Strömungswiderstand im links gelegenen Pfad wird sich vermindern. Es wird sich deshalb ein Druckdifferential zwischen den Verbindungsstellen 10 und 16 ausbilden, welches den Kolben .20 veranlaßt, sich aus der Mitte heraus zu verschieben.

Die Verschiebung des Kolbens 20 kann benutzt werden, das Gehäuse 2 zu veranlassen, in seine ursprüngliche vertikale Stellung zurückzukehren; das Druckdifferential wird dadurch wieder gegen Null reduziert. Das Gehäuse 2 könnte auch an einem weiteren Glied angebracht sein, beispielsweise einem Instrumententisch, einem Krankörper, einem Planierblatt oder irgendeinem anderen Glied, welches horizontal, vertikal oder in irgendeiner vorbestimmten Zwischenstellung unabhängig von der Stellung (innerhalb bestimmter Grenzen,) der es tragenden Mittel gehalten werden soll. Zum Vorbestimmen einer Zwischenstellung kann das Ventilgehäuse unter einem Winkel gegenüber dem weiteren Glied eindeutig befestigt werden, so daß das weitere Glied sich in einer vorbestimmten Stellung befindet, wenn das Gehäuse vertikal steht.

Es dürfte klar sein, daß dann, wenn das Gehäuse 2 in einer

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Gegenunrzeigerrichtung gekippt wird, der Betätiger in der entgegengesetzten Richtung aus der Mittelstellung herausbewegt wird.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform zwei variable Drosseln 6 und 7 und zwei unveränderliche Drosseln 11 und 15 vorgesehen sind, um einen hydraulischen "Brücken*¹-Kreis analog einer elektrischen Widerstandsbrücke zu bilden, kann eine abgeänderte Ventilform eine einzige variable Drossel und eine einzige unveränderliche Drossel aufweisen; in solcher einer ^MHalb-J3rücken^ll-Konfiguration wird der Ausgang genommen von

in

der Verbindung zwischen den Drosseln und/ein zweites Stufenventil oder einen Betätiger eingespeist, der gegen eine extreme Stellung vorgespannt ist. Die Gleichgewichtsstellung wird dann in einem Balancepunkt zwischen der durch das Ventil 1 gesteuerten Druckkraft und der vorspannenden Kraft zu finden sein.

Bei einer abgewandelten und ebenfalls fortschrittlichen Ausführungsform der Erfindung können auch zwei Halb-ßrücken-oder Voll-Brückenkonfigurationen zusammen eingesetzt werden, wenn die Öffnungen mit ungefähr 90° Abständen rund um das Glied 3 angeordnet werden, so daß das Glied 3 mit allen Öffnungen zusammenwirkt zur Erzeugung variabler Ausgangsdrücke oder von zwei Druckdifferentialen, wie es der Fall sein kann, zum Betreiben von zwei Betätigern, welche Bewegungen des Gehäuses

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verursachen,oder von zwei Gliedern, an denen das Gehäuse befestigt ist längs zwei im wesentlichen gegeneinander vertikaler Achsen. Eine derartige Konfiguration könnte benutzt werden, das Glied so zu setzen, daß es vollständig horizontal oder vollständig vertikal oder in irgendeiner anderen vorbestimmten Stellung in zwei im wesentlichen gegenseitig vertikalen Ebenen verharrt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt aus dem Ventil der letzterwähnten Art, in welchem zwei vollständige Brücken-r konfigurationen zusammen eingesetzt werden mit einem gemeinsamen Pendelglied. Teile, die denen nach Fig. 1 entsprechen, sind in dieser Figur mit denselben .Bezugsziffern versehen. In diesem Fall enthält das Scharnier für das Pendelglied 3 eine Feder 21, die an ihrem oberen und unteren Ende an einem Glied des Gehäuses 2 und an dem Glied 3 mit hilfe von Stiften 22 angeordnet ist. Dieser Aufbau gestattet es der Masse 5, innerhalb der Kammer 14 in jeder radialen Richtung so zu schwingen, daß das Glied 3 mit allen variablen Drosselöffnungen (zwei von ihnen sind in einer senkrechten Ebene zur Zeichenebene vorgesehen,) zusammenwirken kann. An dem Boden des Gehäuses kann eine Schraube 23 so nach oben eingeschraubt sein, daß ihre konische Spitze in eine konische Ausnehmung des Gliedes 3 eindringt, um dieses Glied 3 in einer Mittelstellung zu halten während des Transportes. Außerdem sind vier Abschlußschrauben 24 rings um den Boden in das Gehäuse

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singeschraubt. Diese Schrauben bilden Wegbegrenzungen für radiale .bewegungen der Masse 5 gegenüber dem Gehäuse.

Verschiedene Abwandlungen des oben beschriebenen Ventiles können vorgesehen werden, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann beispielsweise mehr als eine variable Drossel vorgesehen sein und können getrennte Versetzungsglieder für die verschiedenen Öffnungen benutzt werden, die alle am Pendelglied angeordnet oder auf andere Weise mittels der hängenden Masse 5 in Stellung gebracht sein können. Obwohl die Öffnungen horizontal und das Versetzungsglied vertikal dargestellt sind, versteht es sich von selbst, daß diese Teile auch unter einem beliebigen Winkel vorgesehen sein können. So kann beispielsweise das oder jedes Versetzungsglied einen horizontalen Ansatz zu dem Glied 3 aufweisen, und ein einzelnes Ve rs etzungs glied kanrlbeispielsweise an dem Glied 3 mit einem Flansch vergehen sein, welcher mit allen Öffnungen zusammenwirkt. Diese Öffnungen, von denen mehr als zwei mit einer entsprechenden Anzahl von Leitungspfaden vorgesehen sein können, können sich rund um das Glied 3 im Abstand unter jedem geeigneten Winkel befinden.

Wie zuvor schon erwähnt wurde, kann der Betätiger 17 über ein zweites Stufenventil 18 betrieben werden. Dieses Ventil kann eine Prallplatte und ein Öffnungsventil aufweisen, welches durch ein Druckdifferential an den Verbindungen 10 und 16 gesteuert wird. Ein solches Ventil ist schematisch in Fig. 3 dargestellt.

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Das Ventil weist ein Gehäuse 25 mit zwei Öffnungen 26 und 27 auf, die mit einem Versetzungsglied 28 zusammenwirken. Das Glied 28 wird in einer zentralen Stellung getragen mittels drei Membranen 29 bis 31, die das Gehäuse in vier getrennte Kammern 32 bis 35 unterteilen. Wie zu dem Ventil 1 zuvor beschrieben wurde, sind zwei Flüssigkeitsleitungspfade vorgesehen, und zwar ein Pfad von dem Flüssigkeitseinlaß 36 über eine unveränderliche Drossel 37, die Öffnung 26 und die Kammer 32 zu einem Auslaß 38; der zweite Pfad beginnt beim Einlaß und verläuft über eine unveränderliche Drossel 39, die Öffnung 27 und die Kammer 35 zu einem Auslaß 40.

Das Steuerdruckdifferential von dem ersten Stufenventil 1 wird auf die Einlasse 41 und 42 des Gehäuses 25 gegeben, die mit den Kammern 33 und 34 verbunden sind. Die Membranen 29 und 31 haben eine kleinere Wirkungsfläche als die Membran 30. Jede Druckdifferenz in den Kammern 33 und 34, verursacht durch den Betrieb des ersten Stufenventiles, bewirkt, daß sich das Glied 28 gegen die eine oder andere Öffnung bewegt, und zwar abhängig davon, welche der Kammern 33 oder 34 den höheren Druck aufweist.

Wie in dem ersten Stufenventil wird an aa den Verbindungsstellen 43 und 44 zwischen den unveränderlichen und veränderlichen Drosseln in den zwei Pfaden ein Druckdifferential erzeugt. Dieses Drückdifferential kann den Betätiger 17, wie zuvor beschrieben, betreiben.

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Ein solches Ventil 18 kann entfernt von dem ersten Stufenventil 1 und/oder dem Jdetätiger 17 angeordnet werden. Das Ventil läßt sich einsetzen anstelle eines zweiten Stufenspulenventils, falls die Hysteresis auf ein Minimum gehaltenvird, obwohl einige hydraulische Verluste Erfahrungssache sind.

Es ist nicht notwendig, wenn beispielsweise das erste Stufenventil benutzt wird, das Auspegeln eines schweren Ausrüstungsstückes zu steuern, um einen doppelt wirkenden Betätiger zu benutzen. Das zweite Stufenventil kann dann als pilotbetriebenes Dreiwegespulenventil oder ein Halb-Brücken-Prallplatten- und Öffnungsventil ausgelegt sein, welches nur einen einzelnen Leitungspfad mit wenigen unveränderlichen und veränderlichen Drosseln benötigt. Wenn ein Halb-Brücken- oder Dreiwege-Zweites-Stufenventil benutzt wird, dann kann der Zylinder unterschiedlich betrieben werden durch das gleichbleibende Aufbringen des vollen hydraulischen Druckes auf einen kleinen Kolbenbereich und entgegengesetzt der resultierenden Kraft durch Aufbringen des variablen Druckes aus dem zweiten Stufenventil auf den größeren Bereich.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche;

1. /Steuerventil, gekennzeichnet durch ein Tragglied, durch eine unveränderliche Drossel und durch eine veränderliche Drossel, die in Reihe mit der unveränderlichen Drossel in einem Flüssigkeitsleitungspfad zwischen einem Einlaß und einem Auslaß für hydraulische Flüssigkeit angeordnet sind, wobei die variable Drossel eine Öffnung aufweist, die mit dem Tragglied bewegbar ist, und durch ein Versetzungsglied, welches im wesentlichen in einer vorbestimmten Stellung gehalten wird mittels einer so am Tragglied aufgehängten Masse, daß die Stellung des Versetzungsgliedes unabhängig ist von der Stellung des Traggliedes innerhalb eines Verstellungsbereiches, wobei das Verstellglied mit der Öffnung zusammenwirkt, um den Widerstand des Flüssigkeitsstromes in der Leitung zu steuern, wodurch der Ausgangsdruck an einer Verbindungsstelle zwischen den Drosseln die Stellung des Traggliedes innerhalb des besagten Bereiches verändert.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei derartige Leitungspfade, die parallel zueinander zwischen dem Einlaß und dem Auslaß vorgesehen sind und die jede eine unveränderliche und eine veränderliche Drossel aufweisen, wobei die veränderlichen Drosseln mit einem gemeinsamen Versetzungsglied oder getrennten Versetzungsgliedern ausgerüstet sind, die von einer gemeinsam aufgehängten Masse gesteuert werden, wobei das Ver-

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Setzungsglied oder die Glieder wirksam sind zum Verändern des Widerstandes des Flüssigkeitsstromes durch die zwei Pfade, wobei ein Druckdifferential erhalten wird an den Verbindungen zwischen den unveränderlichen und den veränderlichen Drosseln, die sich differentialmäßig verändern mit der Stellung des Traggliedes innerhalb des besagten .Bereiches.

3. Steuerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Pfad mit einer Öffnung in einer Ebene unter einem Winkel von beispielsweise 90° zu der vorbeschriebenen öffnung, wobei die variablen Drosseln ein gemeinsames Versetzungsglied oder getrennte Versetzungsglieder aufweisen, die von einer gemeinsamen aufgehängten Masse gesteuert werden.

4. Steuerventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei weitere Pfade mit einer öffnung in einer Ebene unter einem Winkel von beispielsweise 70° gegenüber den vorher erwähnten öffnungen, wobei die variablen Drosseln ein gemeinsames Versetzungsglied oder getrennte Versetzungsglieder aufweisen, die von einer gemeinsamen Masse gesteuert werden.

5. Steuerventil nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse an dem Tragglied aufgehängt ist mittels Federmitteln.

6. Steuerventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied aus einem Gehäuse für das Ventil besteht.

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7. Steuerventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer hydraulischen Steuervorrichtung zum .Betrieb eines hydraulischen üetätigers eingesetzt wird.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil den .Betätiger über ein zweites Stufenventil betreibt.

9. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet, durch ein zweites Stufenventil mit einem Steuerglied, welches veränderlich längsbewegbar ist zwischen zwei Öffnungen innerhalb des Gehäuses, durch erste und zweite Membranen, die das Steuerglied benachbart seiner Enden tragen, durch eine dritte Membran mit einer größeren, vom Druck beaufschlagten Wirkfläche als die ersten und zweiten Membranen, wobei die dritte Membran das Steuerglied an einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Membran trägt, und durch Mittel zum Aufbringen eines Eingangsdruckdifferentials zu Räumen, die sich innerhalb des Gehäuses zwischen der ersten und dritten sowie der zweiten und dritten Membran befinden, um die Stellung des Steuerventils relativ zu den besagten zwei Öffnungen festzulegen, um so ein Ausgangsdruckdifferential zu bilden.

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