DE2711861A1 - Anordnung zur reduzierung der stroemungskraefte in ventilen - Google Patents

Description

Elektro-Mechanik GmbH 5961 Wendenerhütte

F 77/11 15- 3. 1977 Ebert/köh

"Anordnung zur Reduzierung der Strömungskräfte in Ventilen"

Bei den bisher bekannten hydraulischen Wegeventilen tritt eine Strömungskraft la Bereich der Steuerkante auf, die die Auslenkung des Steuerschiebers zu reduzieren versucht. Die Ursache der Strömung«kraft kann an leichtesten anhand einer Darstellung genäse Fig. 1 a und b verstanden werden. In Fig. la und b, welches eine

809838/0379

- it - F 77/11

durchflußbestiminende Blende eines Steuerkolbenventils mit den stromauf und stromab gelegenen Kammern sowie den Verbindungskanälen dazwischen darstellt, ist die Querschnittsfläche der Strömung an der Blende viel kleiner als an den anderen Stellen, und die StrömungsgeHchwindigkeit ist deshalb in der Nähe der Blendenkanten nicht gering. Entsprechend der Bernoullisehen Gleichung ist dieser Bereich hoher Geschwindigkeit gleichzeitig eine Niederdruckzone, und diese Verminderung des Druckes wird symbolisch durch die Druckkurve angedeutet. Die Kraft auf die Stirnfläche des Kolbens ist der Fläche unter der Kurve proportional, und diese Kraft versucht das Ventil zu öffnen. Der Druck auf die stromab gelegene Stirnfläche ist von der Stellung unabhängig, weil die Flüssigkeit in diesem Bereich langsam strömt, und die Druckkurve ist somit ein Rechteck, dessen Höhe dem Druck in der stromab gelegenen Kammer entspricht. Die eingeschlossene Fläche ist grosser als bei der ersten Kurve, weswegen die Schließkraft grosser als die Öffnungskraft ist und die Strömung auf «in Schliessen des Ventils hinwirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches Ventil zu schaffen, bei der die Strömungskräfte so verkleinert werden, dass sie nahezu Null werden und damit ein Schliessen des Ventils verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungs-

Ö09838/0379

- > - K 77/11

gemäss dadurch gelöst, dass eine Stufe in Nähe der Steuerkante angeordnet ist, die im Durchmesser kleiner ist als der Ausscndurchmesser des Steuerkolbens und in der Länge grosser ist als die Veite der Steuerbohrung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 •chcmatisch dargestellt.

Figur 2 zeigt in einer Hülse 1 ein Schiebersystein mit dem zylindrischen Steuerkolben 2, den Steuerkanten 7, der Stufe 3, der Zulaufbohrung 8 und Abflussbohrung 9t sowie den Stirnflächen 4, 5 und 6.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anordnung einer Stufe in Nähe der Steuerkant· ist folgende:

Bei einem Ölfluss von Zulaufbohrung 8 nach der Abflussbohrung 9 entsteht an der Steuerkante 7 und im Bereich der Stufe 3 ein Druckabfall. Zwischen den Stirnflächen 5 und 6 fliesst der Ölstrom mit relativ kleiner Geschwindigkeit, so dass an diesen beiden Stirnflächen praktisch der gleiche Druck anliegt, und die Kräfte, die damit auf diese Stirnfläche 5 und 6 wirken, sich gegenseitig bei gleicher Fläche voll aufheben. Die restlichen auf den Steuerkolben 2 wirkenden Axialkraft· setzen sich zusammen au· der Kraft,

809838/0379

F 77/11

«lic- an der Stiraflache G a links wirkt, uml au» der gleich grosscn iraft, die an der Stirnfläche k n.ich rechts wirkt, wobei diese Kraft an der Stirnfläche k sich zusammensetzt aus der in der Nähe der Stirnfläche k vorhandenen etwas niedrigeren Kraft, hervorgerufen durch die dort wirkende Ströamng, und den Druckabfall, der innerhalb de» Bereiches der Stufe 3, also zwischen Steuerkante 7 und Stirnfläche 5 auftritt. Da die Stufe 3 so dimensioniert ist, dass die Summe aller auf den Steuerkolben 2 wirk· ivU'ti Axi.tlkräfte annähernd Mull ist, ist die auf den Kolben wirkende StrÖBungskraft auch annähernd unabhängig von der Aussteuerung nährungsweise Null. Die Stufe 3 kann so in Durchmesser und in der Länge dimensioniert werden, dass ein optimaler Effekt bezüglich der Durchflussmenge und der Auslenkkräfte des Steuerkolbens 2 entsteht.

Bei der Ströaningsrichtung von Abflussbohrung 9 in Richtung der Steuerkante 7 tritt eine kleine kompensierende Kraft auf, die dadurch bedingt ist, dass in diesen Fall der Druckabfall in seiner Wirkung sich umkehrt, d.h. ein Schliessen der Steuerbohrung 8 zu erreichen versucht, aber gleichzeitig eine von der Strömung herrührende Impulskraft auf die Stirnfläche k angreift, wobei die Summe der beiden entgegengesetzt auf den Steuerkolben wirkenden Kräfte noch ein Schliessen der Steuerkante versuchen. Dies bedeutet, das· bei dieser Strömungsricbtung nur eine geringe Ver-

809838/0379

ORIGINAL INSPECTED

F 77/11

besserung erzielbar ist. Da aber in einem Vier-Wegt-Ventil und symetrischen Steuerkanten immer diese beiden Fälle auftreten, ist insgesamt doch eine erhebliche Verbesserung möglich.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Ventile allgemein sondern kann auch auf Drehschieber angewendet werden.

Die bei den dargelegten Beispielen erforderliche Drosselung der Strömung ist bezogen auf den gesamten Druckabfall gering und hat somit keine Nachteile hinsichtlich der zusätzlichen Verlustleistung.

809638/0379

L e e r s e i t e

Claims (1)

Pa tentansprüche

1.\ Anordnung zur Reduzierung der Strömungskräfte in Ventilen,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Stufe(3)in unmittelbarer Nähe der Steuerkante (7) angeordnet ist, die im Durchmesser kleiner ist als der Aussendurchmesser des Steuerkolbons (2) und in der Länge grosser ist als die Weite der Steuerbohrung (8).

Anordnung zur Reduzierung der Strönungskrafte in Ventilen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Drosselwirkung der Stufef3) die Läng· der Stufe(J) gleich oder kleiner ist als die Veite der Steuerbohrungf8L

809838/0379

ORIGINAL INSPECTED