DE2543466B2

DE2543466B2 - Fluidgesteuertes Ventil

Info

Publication number: DE2543466B2
Application number: DE2543466A
Authority: DE
Inventors: Henning Boerge Karlslunde Lundsgart (Daenemark)
Original assignee: Dansk Industri Syndikat Herlev (daenemark) AS
Current assignee: Dansk Industri Syndikat Herlev (daenemark) AS
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1978-08-31
Also published as: JPS5164633A; SE414423B; CS212750B2; JPS5517271B2; US3981478A; DK151077C; FR2287634A1; DK535874A; GB1477565A; DK151077B; SE7511206L; SU776574A3; CH588656A5; NL7511871A; DD121675A5; PL112398B1; BE834039A; ES441716A1; DE2543466C3; FR2287634B1

Description

Die Erfindung geht aus von einem fluidgesteuerten Ventil mit einem eine erste und eine zweite Arbeitskammer aufweisenden Ventilgehäuse, einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse zwischen der ersten und zweiten Arbeitskammer, einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden, in dem Ventilgehäuse linear verschiebbaren Ventilverschlußstück, einem mit dem Ventilverschlußstück fest verbundenen Stufenkolben, der eine erste vom Fluiddruck in der ersten Kammer beaufschlagte Fläche und eine zweite größere Fläche aufweist, die zusammen mit dem Ventilgehäuse eine dritte Kammer bildet, mit einem Zweistellungs-Umsteuerventil, das durch ein äußeres Befehlssignal betätigt werden kann, um das Ventilverschlußstück wahlweise in die geöffnete oder geschlossene Stellung zu schalten, und mit einem Dreiwege-Zweistellungs-Hilfsventil, das die dritte Kammer wahlweise mit der ersten oder der zweiten Kammer verbinden kann.

Aus der DE-AS 22 24 576 ist ein derartiges fluidgesteuertes Ventil bekannt. Zwei der Anschlüsse des als Dreiwege-Zweistellungs-Rückschlagventil ausgebildeten Hilfsventil sind mit der ersten bzw. der zweiten Arbeitskammer verbunden. Der dritte Anschluß ist über einen Kanal mit einem Anschluß des Zweistellungs-Umsteuerventils verbunden. Dieses Ventil hat zwei weitere Anschlüsse, von denen der eine mit der dritten Kammer und der andere mit einem Raum mit niedrigem Fluiddruck verbunden ist. Wenn zwischen der ersten und zweiten Arbeitskammer eine Druckdifferenz besteht, verbindet das Hilfsventil automatisch die ■' Kammer mit dem höheren Druck, d. h. die Einlaßkammer mit dem dritten Anschluß und über den Kanal mit dem einen Anschluß des Umsteuerventils.

Wird das Umsteuerventil in seine eine Endstellung geschaltet, wird die Arbeitskammer mit dem höheren

i'» Druck, d. h. die Einlaßkammer über das Hilfsventil mit dem Kanal und über diesen Kanal mit der dritten Kammer verbunden, so daß diese Kammer von dem höheren Druck beaufschlagt wird. Dadurch wird das Hauptventil in Schließstellung gehalten. Wird das

¹ ' Umsteuerventil in seine andere Endstellung geschaltet, wird die dritte Kammer von dem Anschluß des Umsteuerventils, der mit dem Kanal verbunden ist, getrennt und mit einem Raum mit niedrigem Fluiddruck verbunden. Folglich wird der Druck in der dritten

-'» Kammer entlastet und das Hauptventil durch den Druck in der Einlaßkammer geöffnet.

Bei diesem bekannten Ventil hat die Schaltung des Umsteuerventils von einer in die andere Endstellung also einen Druckwechsel in der dritten Kammer zur

-'' Folge. Dadurch wird die Richtung der resultierenden Kraft, die durch die entgegengesetzten Fluiddrücke auf die beiden Seiten des stufenförmigen Kolbens ausgeübt wird, umgekehrt und das Ventil geöifnet oder geschlossen. Diese Funktion ist unabhängig von der

^;) Strömungsrichtung durch das Ventilgehäuse. Das Schalten des Ventils zwischen geöffneter und geschlossener Stellung erfolgt jedoch ziemlich langsam, da das gesamte Hubvolumen der dritten Kammer durch das Umsteuerventil fließen muß. Dies macht die Verwen-

^r> dung eines entsprechend großen Umsteuerventils erforderlich, um eine hohe Durchflußgeschwindigkeit zu gewährleisten. Ein großes Ventil ist jedoch kostspielig, da der Antrieb für eine kurze Schalt- und Ansprechzeit aufwendig sein muß.

¹⁽¹ Aufgabe der Erfindung ist es, ein fluidgesteuertes Ventil zu schaffen, das eine sehr kleine Ansprechzeit aufweist und das mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein fluidgesteuertes Ventil

^!) der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Zweistellungs-Umsteuerventil ein Vierwege-Ventil ist, mit einem ersten Anschluß, der mit der ersten Kammer verbunden ist, einem zweiten Anschluß, der mit der zweiten Kammer

'■' verbunden ist, einem dritten Anschluß, der mit einem Schaltmittel verbunden ist, um das Hilfsventil in die eine Endstellung zu schalten, in der es die erste und die dritte Kammer verbindet, und einem vierten Anschluß, der mit einem Schaltmittel verbunden ist, um das Hilfsventil in

■"''' die andere Endstellung zu schalten, in der es die zweite und die dritte Kammer verbindet, und daß das Zweistellungs-Umsteuerventil in seiner einen Stellung den ersten mit dem dritten Anschluß und den zweiten mit dem vierten Anschluß verbindet und in seiner

"" zweiten Stellung den ersten mit dem vierten Anschluß und den zweiten mit dem dritten Anschluß verbindet.

Beim erfindungsgemäßen fluidgesteuerten Ventil dient das Umsteuerventil nur zum Schalten des Hilfsventil, d. h. es dient nur dazu, während jeder

'" Schaltperiode eine ausreichende Druckmittelmenge zu führen, um das Hilfsventil zwischen seinen beiden Endstellungen zu schalten. Diese Druckmittelmenge ist bei gegebenen Dimensionen und bei gegebenem Hub

des Hauptventils wesentlich kleiner als das Hubvolumen der dritten Kammer, das bei der Ventilanordnung der DE-AS 22 24 576 jedesmal in bzw. aus der dritten Kammer durch das Umsteuerventil fließen muß, wenn das Ventil geschlossen oder geöffnet "/erden soll. Folglich ist die Schalt- oder Ansprechzeit des Umsteuerventils sehr klein und wegen der kleineren Abmessungen des Umsteuerventils ist es auch preiswerter. Die Schalt- und Ansprechzeit des in größeren Abmessungen erforderlichen Hilfsventil kann durch :■. den Druckmittelantrieb verhältnismäßig einfach klein gehalten werden, so daß schließlich auch die Schalt- und Ansprechzeit des Ventils sehr klein sein kann. Die niedrige Ansprechzeit ist besonders wichtig bei Fluidsystemen, bei denen eine Folge von Arbeitsvorgän- ■ gen in schneller Folge durchgeführt werden muß, insbesondere, wenn der Start jedes Arbeitsvorganges direkt durch die Beendigung des vorausgegangenen Arbeitsvorganges gesteuert wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen in den F i g. 1 bis 3 näher erklärt, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils mit dessen Bauteilen in drei verschiedenen Stellungen zeigen.

Das Ventil umfaßt ein Ventilgehäuse 1 mit einem axial · verschiebbaren Ventilverschlußstück 2, das an seinem einen Ende, in den Figuren dem rechten Ende, mit einem Ventilsitz 3 im Gehäuse 1 zusammenwirkt. An seinem entgegengesetzten Ende ist das Ventilverschlußstück 2 einstückig mit einem Stufenkolben 4 verbunden, der in eine zylindrische Bohrung im Ventilgehäuse dichtend hineinpaßt. Der Stufenkolben 4 und der Ventilsitz 3 bilden zwischen sich eine erste Arbeitskammer 5, und eine zweite Arbeitskammer 6 befindet sich zur Rechten des Ventilsitzes 3. Der Stufenkolben 4 und die / geschlossene Stirnseite des Ventilgehäuses 1 begrenzen eine dritte Kammer 7. Die beiden Arbeitskammern 5 und 6 sind zum Anschluß an eine Fluidleitung bestimmt, deren Durchströmung mit Hilfe des Ventils gesteuert wird, und wie nachstehend ausführlicher erklärt wird, ■ ■; kann die Strömungsrichtung in der angeschlossenen Leitung beliebig sein. Wie mit Pfeilen angedeutet, ist die Arbeitskammer 5 in den F i g. 1 und 2 die Einlaßkammer und in F i g. 3 die Auslaßkammer des Ventils.

Ein magnetisch aktiviertes und federbelastetes Pilot- π oder Umsteuerventil 8 mit zwei Stellungen hat insgesamt vier Anschlüsse, von denen zwei, die im folgenden als Einlasse bezeichnet werden, durch Leitungen 9 bzw. 10 an je eine der Kammern 5 und 6 angeschlossen sind. Die beiden anderen, im folgenden ■;■ als Auslässe bezeichneten Anschlüsse, sind durch Leitungen 11 und 12 mit je einem Ende eines als Schieber ausgebildeten Dreiwege-Zweistellungs-Hilfsventils 13 verbunden. Zwei von den Anschlüssen des Hilfsventil 13 sind durch Zweigleitungen 14 und 15 an ". die Leitungen 9 bzw. 10 angeschlossen, während der dritte Anschluß durch eine Leitung 16 mit der dritten Kammer 7 des Ventilgehäuses 1 verbunden ist. In dieser Kammer isi zusätzlich eine Druckfeder 17 wirksam, die das Ventilverschlußstück 2 über den mit diesem fest in verbundenen Stufenkolben 4 in Richtung der in F i g. 1 dargestellten, geschlossenen Stellung belastet.

Fig. 1 zeigt das Hauptventil 1, 2 sowie das Umsteuerventil 8 und das Hilfsventil 13 in derjenigen Stellung, in welcher das Umsteuerventil 8 zum Schließen ■ des Hauptventils 1, 2 eingestellt ist und die Kammer 5 die Einlaßkammer des Ventilgehäuses 1 darstellt. Demzufolge ist der Druck in der Kammer 5 höher als der Druck in der Kammer 6, und da diese Drücke durch die Leitungen 9, 12 bzw. 10, 11 den Schieber des Hilfsventil 13 auf seinen entgegengesetzten Endflächen beaufschlagen, wird der Schieber in der gezeigten Stellung festgehalten, in der der relativ hohe Einlaßdruck aus der Kammer 5 durch die Leitungen 9, 14 und 16 in die dritte Kammer 7 übertragen wird. Der Stufenkolben 4 und das Ventilverschlußstück 2 werden somit, außer durch die Feder 17, von einer resultierenden Kraft der Fluiddrücke nach rechts belastet, so daß das Ventilverschlußstück 2 in Anlage gegen den Ventilsitz 3 gehalten wird.

Wird in dieser Situation der Befehl zum Öffnen des Hauptventils 1, 2 gegeben, d.h. wird die Magnetspule des Urnsteuerventils 8 unter Spannung gesetzt, schaltet sich dieses Ventil in die in Fig.2 gezeigte Stellung um. Hierdurch werden die Verbindungen zwischen den Leitungen 9, 10 und 11, 12 vertauscht, so daß der Schieber des Hilfsventils 13 nunmehr von einer entgegengesetzt gerichteten Kraft beaufschlagt wird, die ihn in seine entgegengesetzte Endstellung verschiebt. Die Verbindung zwischen den Leitungen 14 und 16 wird unterbrochen, und die letztgenannte Leitung wird stattdessen mit der Leitung 15 und durch die Leitung 10 mit der Kammer 6 verbunden, in welcher der relativ niedrige Druck auf der Abstromseite des Hauptventils 1, 2 herrscht. Der hieraus folgende Druckabfall in der dritten Kammer 7 bewirkt, daß die das Ventilverschlußstück 2 und den Stufenkolben 4 beaufschlagende Resultierende der Fluidkräfte ihre Richtung ändert, und vorausgesetzt die Resultierende die Kraft der Feder 17 überwinden kann, wird der Kolben nach links verschoben und öffnet dadurch das Ventil, so daß das Fluid hindurchströmen kann.

F i g. 3 veranschaulicht diejenige Situation, in welcher am Umsteuerventil 8 ständig ein Befehlssignal zum Offenhalten des Hauptventils 1, 2 anliegt, die Strömungsrichtung durch das Ventil jedoch entgegengesetzt der in Fig. 2 gezeigten ist. Als Folge hiervon ist der Druck in der Kammer 6 jetzt höher als der Druck in der Kammer 5, und da die Verbindung zwischen diesen beiden Kammern und den beiden Endflächen des Schiebers vom Hilfsventil 13 ständig dieselbe wie in F i g. 2 gezeigt ist, wird der Schieber jetzt in entgegengesetzte Richtung bewegt, so daß er dieselbe Stellung wie in Fig. 1 einnimmt. Die dritte Kammer 7 des Ventilgehäuses 1 ist deshalb jetzt durch die Leitungen 16 und 14 mit der Leitung 9 und damit mit der Kammer 5 verbunden. Somit ist der Druck in der dritten Kammer 7 ständig gleich dem Druck auf der Abstromseite des Hauptventils 1, 2 und die auf den Stufenkolben 4 und das Ventilverschlußstück 2 einwirkenden Fluidkräfte sind deshalb ständig nach links gerichtet, so daß das Ventil offenbleibt.

Es ist ersichtlich, daß, falls die ringförmige Fläche des Stufenkolbens 4, die der Kammer 5 zugekehrt ist, und die Stirnfläche des Ventilverschlußstücks 2, die der Kammer 6 zugekehrt ist, jeweils der Hälfte der Querschnittfläche der dritten Kammer 7 entsprechen, die Fluidkräfte, die den Stufenkolben 4 und das Ventilverschlußstück 2 nach links zu bewegen suchen, von der Durchströmrichtung des Fluids unabhängig sind. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wäcl.U der auf das Ventilverschistück 2 einwirkende dynamische Druck, so daß das Ventilverschlußstück nach links gedruckt wird, und der Durchströmquerschnitt zwischen diesem und dem Ventilsitz 3 größer wird, während er dagegen bei abnehmender Strömungs-

menge kleiner wird. Durch geeignete Konstruktion des Ventils kann sich der Durchströmquerschnitt in einer solchen Weise nach dem Mengenstrom einstellen, daß der Druckabfall am Ventilsitz vom Mengenstrom praktisch unabhängig ist. Falls das Ventil in einem hydraulischen System mit variabler Pumpe Anwendung findet, kann man dadurch eine sehr schnelle Umsteuerung des Ventils erreichen, daß man einen Befehl zum Schließen bzw. Öffnen des Ventils mit einer Reduktion bzw. einer Vergrößerung der Liefermenge der Pumpe kombiniert. Die Änderung der Liefermenge unterstützt dann die gewünschte Verschiebung des Ventilverschlußstücks. Falls die Stromversorgung der Steuerschaltung ausfällt, sorgt die Feder des Umsteuerventils 8 dafür, daß die dritte Kammer 7 des Ventilgehäuses 1 unabhängig von den im angeschlossenen System herrschenden Druckverhältnissen immer an den Eingangsdruck des Ventilgehäuses angeschlossen ist, wodurch sich das Ventil entweder schließt oder in seiner bereits geschlossenen Stellung festgehalten wird.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß sich das oben beschriebene Steuersystem nach Ausführung geeigneter konstruktiver Änderungen auch für Ventile verwenden läßt, bei denen das Öffnen — anstatt, wie soeben beschrieben, das Schließen — durch den Anschluß der dritten Kammer des Ventilgehäuses an den relativ hohen Druck auf der Anströmseite erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Fluicigesteuertes Ventil mit einem eine erste und eine zweite Arbeitskammer aufweisenden Ventilgehäuse, einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse zwischen der ersten und zweiten Arbeitskammer, einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden, in dem Ventilgehäuse linear verschiebbaren Ventilverschlußstück, einem mit dem Ventilverschlußstück fest verbundenen Stufenkolben, der eine erste vom Fluiddruck in der ersten Kammer beaufschlagte Fläche und eine zweite größere Fläche aufweist, die zusammen mit dem Ventilgehäuse eine dritte Kammer bildet, mit einem Zweistellungs-Umsteuerventil, das durch ein äußeres Befehlssignal betätigt werden kann, um das Ventilverschlußstück wahlweise in die geöffnete oder geschlossene Stellung zu schalten, und mit einem Dreiwege-Zweistellungs-Hilfsventil, das die dritte Kammer wahlweise mit der ersten oder der zweiten Kammer verbinden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweistellungs-Umsteuerventil (8) ein Vierwege-Ventil ist, mit einem ersten Anschluß, der mit der ersten Kammer (5) verbunden ist, einem zweiten Anschluß, der mit der zweiten Kammer (6) verbunden ist, einem dritten Anschluß, der mit einem Schaltmittel verbunden ist, um das Hilfsventil (13) in die eine Endstellung zu schalten, in der es die erste und die dritte Kammer (5, 7) verbindet, und einem vierten Anschluß, der mit einem Schaltmittel verbunden ist, um das Hilfsventil (13) in die andere Endstellung zu schalten, in der es die zweite und die dritte Kammer (6, 7) verbindet, und daß das Zweistellungs-Umsteuerventil (8) in seiner einen Stellung den ersten mit dem dritten Anschluß und den zweiten mit dem vierten Anschluß verbindet und in seiner zweiten Stellung den ersten mit dem vierten Anschluß und den zweiten mit dem dritten Anschluß verbindet.