DE3233908A1

DE3233908A1 - Ventil zum unterbrechen der stroemung von druckfluid

Info

Publication number: DE3233908A1
Application number: DE19823233908
Authority: DE
Inventors: David R. Ringoes N.J. Melrose; Mario A. Edison N.J. Russo
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1981-12-14
Filing date: 1982-09-13
Publication date: 1983-06-23
Also published as: JPS58102872A; SE447297B; GB2112110A; FR2518211A1; SE8204700D0; FR2518211B3; SE8204700L; CA1185874A; JPH0355706B2; GB2112110B

Description

Bei vielen Steueranwendungen ist ein Hochgeschwindigkeits-Hochdurchfluß-Ventil wesentlich. Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, um die Ventil-Ansprechzeit durch Verwendung von kleineren und leichteren Ventilbetätigungsvorrichtungen zu erhöhen. Die meisten dieser Versuche führten zu einer eingeschränkten Strömung in der voll geöffneten Stellung und zu einem fehlerhaften und unverläßlichen Ventilbetrieb in anderen Fällen. Es wird jedoch ein Ventil gewünscht, das eine Ansprechzeit aufweist, die so rasch wie möglich ist, und zwar für kommerzielle Anwendungen wie die Befestigungsmittel-Drehmoment- oder Zugspannungssteuerung. Es ist auch wünschenswert, ein Ventil zu schaffen, das zusätzlich zu einer raschen Ansprechzeit im offenen Zustand die Möglichkeit eines hohen Durchflusses bietet und zusatz·^ lieh einen kurzen. Hub in den geschlossenen Zustand.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein schnell arbeitendes Ventil mit hohem Durchfluß zu schaffen, das eine außerordentlich schnelle Ansprechzeit aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Ventil mit hoher Durchflußmöglichkeit und einem extrem kurzen Hub aus seiner offenen zur geschlossenen Stellung zu schaffen. Das erfindungsgemäße Ventil eignet sich als Drehmoment-Steuervorrichtung oder für ähnliche Anwendungen, die ein rasches Ansprechen erfordern. Die hauptsächlichen Eigenheiten der Erfindung bestehen darin, daß minimale innere Komponenten vorgesehen sind, die leicht und wirtschaftlich hergestellt und leicht ausgetauscht werden können.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein schnell wirkendes Ventil hohen Durchflusses zu schaffen, das mit einem ge-· schlitzten Schieberelement in Ausrichtung mit einem geschlitzten Hülsenelement ausgestattet ist, wobei die Steuerung durch die Ausrichtung der Schlitze in dem Schieberund Hülsenelement herbeigeführt wird. Es ist ein weiteres

Ziel der Erfindung, Schlitze in dem Schieber- und dem
Hülsenelement vorzusehen, die ein beträchtliches Längenzu-Breiten-Verhältnis aufweisen, so daß ein geringer Bewegungsbetrag erforderlich ist, um eine volle Ausrichtung
und eine vpllige Sperrung der Schlitze gegeneinander zu
erzielen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die Ausrichtung durch eine lineare axiale Versetzung des Schiebers bei einer Ausführungsform und durch Rotationsauslenkung des Schiebers bei einer zweiten Ausführungsform herbeizuführen.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht.darin, eine Konstruktionsalternative zu schaffen, die auf einfache Weise das Ventil aus einer normalerweise offenen in eine normalerweise geschlossene Gestaltung umwandelt. Ein weiterer Gesichtspunkt besteht darin, ein schnell wirkendes Ventil
mit hohem Durchfluß zu schaffen, das durch einen linearen
oder drehenden Betätiger, wie eine elektrische Magnetspule betrieben wird.

Diese und andere Gesichtspunkte werden bei einem Ventil
zur Unterbrechung einer Druckfluidströmung erzielt, welches die folgenden Komponenten umfaßt: einen Ventilkörper mit
einer zentralen Bohrung, einen in die Bohrung eintretenden Druckfluideinlaß, einen aus der Bohrung führenden Druckfluidauslaß, eine erste Ventileinrichtung mit mehreren
Schlitzen, die zwischen dem Druckfluideinlaß und dem Druckfluidauslaß angeordnet sind, eine zweite Ventileinrichtung mit gleichermaßen orientierten mehrfachen Schlitzen, die
zwischen dem Druckfluideinlaß und dem Druckfluidauslaß angeordnet sind, wobei die zweite Ventileinrichtung in gleitendem Kontakt mit und bewegbar relativ zur ersten Ventileinrichtung angeordnet ist, um alternativ eine Ausrichtung bzw. eine Verdeckung der gleichermaßen ausgerichteten
Schlitze in jeder der Einrichtungen herbeizuführen, um das

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öffnen und Schließen des Ventils zu bewirken..

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine Schnitt-Seitenansicht eines Ventils

gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Teilschnitt-Seitenansicht eines

erfindungsgemäßen Ventils;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Ventils entlang

der Linie 3-3 der Fig. 1, wobei eine Draufsicht der Steuerschlitze gezeigt ist; und

Fig.. 4 eine Teil-Seitenansicht einer alternativen

Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung mit einem Rotations.-Betätiger.

Die Arbeitsweise der Erfindung gemäß der bevorzugten, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform wird hinsichtlich des allgemeinen Aufbaüs und der Betriebsweise der Teile im nachfolgenden beschrieben.

Das in der Fig. 1 gezeigte Ventil weist einen Ventilkörper 2 auf, der mit einer zentralen Bohrung 5 versehen ist, in welche eine zylindrische Hülse 3 eingesetzt ist, die ihrerseits einen zylindrischen Ventilschieber 4 in konzentrischer, eng passender innerer Ausrichtung aufnimmt.

Ein Elektromagnet-Betätigungselement 7 ist mit dem Ventilkörper 2 und der Hülse 3 über ein mit Gewinde versehenes konzentrisches Anpaßstück 9 verbunden. Das mit Gewinde versehene konzentrische Anpaßstück 9 ist mittels des Gewindes 11

an der Hülse 3 befestigt und ist mittels des Flansches 8 in der Zentralbohrung 5 des Ventilkörpers 2 zentriert. Abstandsscheiben 12 kontrollieren das Spiel zwischen dem Elektromagneten 7 und der Hülse 3. Der Betätigungskern 13 des Elektromagneten 7 drückt gegen einen Endstopfen 14 des Ventilschiebers 4. Eine Rückholfeder 23 drückt gegen den Ventilschieber 4 in entgegengesetzter Richtung. Ein durch den Ventilschieber und seinen Endstopfen 14 hindurch eingesetzter Führungsstift 25 hält den Endstopfen 14 in dem Ventilschieber 4 und ragt überdies über den Ventilschieber 4 hinaus in einen Schlitz in der Hülse 3, um eine Linearführung für den Ventilschieber herzustellen.

Der Elektromagent 7 ist mit einer oberen Schutzkappe-6 versehen und wird über die elektrischen Verbinder 10 betätigt, die in den Ventilkörper 2 eintreten, dann in seine Zentralbohrung 5 hineinverlaufen und schließlich zum Elektromagneten 7. . ·

Ein Einlaß 20 ist an dem Ventilkörper 2 vorgesehen. Der Ventilkörper 2 ist überdies mit einem Auslaß 30 an seinem entgegengesetzten Ende versehen. Zwischen dem Einlaß 20 und dem Auslaß 30 sind die Hülse 3 und der Ventilschieber 4 angeordnet. Ein großer weiter Schlitz 15 ist zum Einlaß 20 hin im Ventilschieber 4 vorgesehen. Ein entsprechender weiter Schlitz 15 * ist in der Hülse 3 zum Einlaß 20 hin vorgesehen. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann dadurch, in den Einlaß eintretendes Druckfluid in die Mitte des Ventilschiebers 4 gelangen. Der Einlaßschlitz 15 weist eine derartige Breite auf, daß der normale Hub des Ventils den Einlaßschlitz nicht verschließt.

Der Ventilschieber 4 ist mit mehreren entsprechenden Horizontalschlitzen 16 an der Einlaßseite des Ventils versehen, die eine gitterförmige Struktur bilden. An der Auslaßseite

des Ventils ist die Hülse 3 überdies mit mehreren Horizontalschlitzen 16' ausgestattet, die eine dazu passende gitterförmige Struktur darstellen. Die Schlitze in der Hülse 3 und dem Ventilschicber 4 sind in voller Ausrichtung dargestellt, in der sie im geöffneten Zustand des Ventils die volle Strömung diese Schlitze hindurch gestatten. Wie. in der Fig. 1 gezeigt ist, kann der feste Teil des Gitters an der Hülse 3 etwas weiter sein als der Schlitzteil des Gitters an dem Ventilschieber 4, um einen Linienkontakt des Gitters bei seiner Auslenkung zu beseitigen.. ·

Der Fachmann wird erkennen, daß die Auslenkung des Ventilschiebers 4 um die Breite des horizontalen Schlitzes 16 im Ventilschieber 4 in vertikaler Richtung bewirkt, daß sich das Ventil von der vollständig offenen in die vollständig geschlossene Stellung bewegt. Der zur Betätigung des Ventils erforderliche Hubbetrag wird daher primär durch die physischen Beschränkungen der Schlitzbreite und der strukturellen Stei-' figkeit des Schlitzes kontrolliert. Der Hub kann daher sehr klein gemacht werden. Es sollte auch angemerkt werden, daß sich in der offenen Stellung eine beträchtliche Durchströmungsfläche ergibt.

Im Aufbau des Ventils sind zahlreiche Konstruktionseinzelheiten gezeigt, wie die Bodenentlüftung 28 und die Deckkappenentlüftüng 29, die zur Auflösung einer Leckage des Ventils erforderlich sind. Gleichermaßen sind eine Stirndichtung 31 und eine O-Ring-Dichtung 32 vorgesehen, um eine Nebenschlußleckage von dem Einlaß 20 zur Atmosphäre auf ein Minimum zu bringen. Eine Schraube 26 ist als Einrichtung zur Justierung der Toleranz zwischen dem Ventilschieber 4 und

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dem Magnetspulen-Kern/dargestellt. Zur Ausführung dieser Funktion können auch andere geeignete Einrichtungen verwendet werden. .

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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Abstandselement 21 vorgesehen ist, das beim Entfernen das Ventil aus einem im stromversorgten Zustand normalerweise offenen Ventil in ein im stromversorgten Zustand normalerweise geschlossenes Ventil umwandelt. Dies ist eine nützliche und einfache Weise, das Ventil für verschiedene Anwendungen umzuwandeln.

Ein gespaltener Ring 22 ist.als unterer Vorsprung zur Begrenzung der Abwärtsbewegung des Ventilschiebers 4 gezeigt. Ein Haltestift 33 hält die Hülse 3 in dem Ventilkörper 2.

Die Fig. 2 zeigt die Anordnung des Ventilschiebers im stromlosen oder geschlossenen Zustand des Ventils; sie stellt eine Stirnansicht des Ventils dar, um den Aufbau leichter verständlich zu machen.

Die Fig. 3 zeigt die Orientierung des Ventileinlasses und -auslasses in Beziehung zu den Hülsen- und .Schieberschlitzen in einer Draufsicht.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise ist in der Fig. 4 die Schlitzorientierung für eine rotationsbetätigte Version des Ventils gezeigt. In diesem.Fall würde der Ventilschieber durch einen Rotationsantrieb ungefähr um die Breite des Schlitzes um seine Achse gedreht werden,, um das öffnen oder Schließen des Ventils herbeizuführen.

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Claims

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HELMUT SCHRORfcFR.*

Dl PL.-PH YS. Dl I'L -IN C.

PATENTANWÄLTE - ElIROPUN PATENT ATTORNEYS

INGERSOLL-RAND COMPANY ir-91

U/m

13. Sept. 1982

Ventil zum Unterbrechen der Strömung von Druckfluid

Patenten s ρ r ü c h e

.) Ventil' zum Unterbrechen der Strömung von Druckfluid, mit einem Ventilkörper (2), der eine zentrale Bohrung (5) aufweist, mit einem in die Bohrung eintretenden Druckfluideinlaß (20) und einem aus der Bohrung herausführenden Druckfluidauslaß (30), dadurch gekennzeichnet , daß in der Bohrung eine erste Ventileinrichtung (3) vorgesehen ist, die mehrere Schlitze (1.6') zwischen dem Druckfluideinlaß (20) und dem Druckfluidauslaß (30) aufweist, daß eine zweite Ventileinrichtung (4) mit gleichermaßen orientierten mehreren Schlitzen (16) vorgesehen ist, die zwischen dem Druckfluideinlaß (20) und dem Druckfluidauslaß (30) anqeordnet sind, daß die zweite Ventileinrichtung (4) in

SCHWABtSCH CMOND KONTEN: D-8000 MÜNCHEN

SCHROETER Telefon: (07171) 5690 Deutscht Bink AG München 70/37369 (BLZ 700 700 10) K. LEHMANN Telefon. '089} 725 2071

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Berührung mit und beweglich relativ zu der ersten Ventileinrichtung (3) angeordnet ist, um alternativ eine Ausrichtung und eine Unterbrechung zwischen den gleichermaßen orientierten Schlitzen (16,16') in jeder

Einrichtung herbeizuführen, um das öffnen und Schließen des Ventils zu bewirken.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die zentrale Bohrung (5) eine kreisförmige Bohrung ist, deren Achse senkrecht zur Strömung des Druckfluids verläuft, daß die erste Ventileinrichtung eine zylindrische Hülse (3) ist, die mit enger Passung in die zentrale Bohrung (5) eingesetzt ist, und daß die zweite Ventileinrichtung ein hohler zylindrischer Stopfen (4) ist, der in die erste Ventileinrichtung (3) eingesetzt ist und dessen Außendurchmesser in eng gleitender Passung mit dem Innendurchmesser der zweiten Ventileinrichtung angeordnet ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinrichtung (3) und die zweite Ventileinrichtung (4) jeweils von dem Druckfluideinlaß (20) aus einen Durchgang (15,15*) aufweisen, daß die Durchgangseinrichtung (15') in der ersten Ventileinrichtung (3) und die Durchgangseinrichtung (15) in der zweiten Ventileinrichtung (4) zusammenwirken, um im wesentlichen eine volle Durchströmung von Druckfluid in das Innere der zweiten Ventileinrichtung (4) zu gestatten.
4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinrichtung (3) und die zweite Ventileinrichtung (4) jeweils mit mehrfachen Schlitzdurchgängen (16,16') versehen sind, daß die mehrfachen Schlitzdurchgänge eine kombinierte Fläche aufweisen, um im wesentlichen eine volle Strömung des Druckfluids aus

dem Inneren der zweiten Ventileinrichtung (4) zu dem Auslaß zu gestatten, wenn die mehrfachen Schlitzdurchgänge (16') in der zweiten Ventileinrichtung (4) ausgerichtet sind, und um eine Strömung des Druckfluids aus dem Inneren der ersten Ventileinrichtung (3) zu dem Auslaß zu verhindern, wenn die Schlitzeinrichtungen nicht zueinander ausgerichtet sind.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß Auslenkeinrichtungen (6,7,13) vorgesehen sind, um die Ausrichtung der Schlitzeinrichtungen (16,16') herbeizuführen.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die. Auslenkeinrichtungen (6,7,13) die zweite Ventileinrichtung (4) axial auslenken, und daß die Schlitzeinrichtungen (16,16') enge Schlitze sind, die senkrecht zur Achse der ersten Ventileinrichtung (3) und der zweiten Ventileinrichtung (4) angeordnet sind.
7. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslenkeinrichtungen die zweite Ventileinrichtung (4) drehen, und daß die Schlitzeinrichtungen (16,16!) parallel zur Achse der ersten Ventileinrichtung (3) angeordnet sind.
8. Ventil nach Anspruch 2, dadurch g ek e η η zeichnet , daß die zentrale Bohrung (5) eine kreisförmige Bohrung ist, deren Achse senkrecht zur Strömung des Druckfluids angeordnet ist, daß die erste Ventileinrichtung (3) ein hohler zylindrischer Stopfen ist, der in die erste Ventileinrichtung eingesetzt ist und dessen Außendurchmesser in eng gleitender Passung mit dem Innendurchmesser der ersten Ventileinrichtung

• ·

(3) steht, daß die erste Ventileinrichtung (3) und die zweite Ventileinrichtung (4) jeweils eine Durchgangseinrichtung (15,15') von dem Druckfluideinlaß (20) aufweisen, daß die Durchgangseinrichtung (15*) in der ersten Ventileinrichtung (3) und die Durchgangseinrichtung (15) in der zweiten Ventileinrichtung (4) zusammenwirken, um im wesentlichen eine volle Strömung von Druckfluid in das Innere der zweiten Ventileinrichtung (4) hinein zu gestatten, daß die erste Ventileinrichtung (3) und die zweite Ventileinrichtung (4) jeweils mit mehrfachen Schlitzdurchgängen (16,16') ausgestattet sind, daß die mehrfachen Schlitzdurchgänge in jeder Ventileinrichtung eine kombinierte Fläche aufweisen, um im wesentlichen eine volle Strömung von Druckfluid auf dem Inneren der zweiten Ventileinrichtung (4) zum Auslaß (30) zu gestatten, wenn die mehrfachen Schlitzdurchgänge (16) in der ersten Ventileinrichtung (3) mit den Schlitzeinrichtungen (16') in der zweiten Ventileinrichtung (4) ausgerichtet sind, und um eine Strömung von Druckfluid aus dem Inneren der ersten 'Ventileinrichtung zum Auslaß (30) zu verhindern, wenn die Schlitzeinrichtungen jeder der Ventileinrichtungen nicht zueinander ausgerichtet sind, daß Auslenkeinrichtungen (6,7,13) vorgesehen sind, .um die Ausrichtung der Schlitzeinrichtungen herbeizuführen, daß die Auslenkeinrichtungen (6,7,13) die zweite Ventileinrichtung (4) axial auslenken, und daß die Schlitzeinrichtungen (16, 16') enge Schlitze sind, die senkrecht zur Achse der ersten Ventileinrichtung (3) und der zweiten Ventileinrichtung (4) liegen.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η /. η i r Ii fi t^j t , daß dia AusUinke jnrirhtnnqHn .^i ne elektronische Magnetspule (7) sind.
10. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die mehrfachen Schlitzdurchgänge (16,16') aus einzelnen Schlitzen in paralleler Anordnung gebildet sind, und daß jeder der Schlitze eine Länge aufweist, die wesentlich größer ist als die Breite der Schlitze.