DE3312054A1 - Reversing valve controlling the through-flow of a pressure medium - Google Patents
Reversing valve controlling the through-flow of a pressure mediumInfo
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Abstract
Description
Den Durchfluss eines Druckmediums steuerndes Umschalt-Switching valve controlling the flow of a pressure medium
ventil Die Erfindung betrifft ein den Durchfluss eines Druckmediums steuerndes Umschaltventil, dessen an einem Schaft befestigter Ventilkörper sich, von einer Steuervorrichtung gesteuert, aus einer stabilen Endlage in eine zweite stabile Endlage bewegt, wobei er in beiden Endlagen von der Steuervorrichtung auf je einem Ventilsitz gehalten und mindestens einseitig durch das Druckmedium belastet ist.valve The invention relates to the flow of a pressure medium controlling changeover valve, the valve body of which is attached to a shaft, controlled by a control device, from one stable end position to a second stable end position, where he is in both end positions of the control device each held a valve seat and loaded at least on one side by the pressure medium is.
Umschaltventile der genannten Art sind bekannt (DE-A1-31 19 049); sie sind bisher so konstruiert, dass die Steuervorrichtung für die Betätigung des Ventils einen aktiven, äusseren Antrieb aufweist, durch den die für die Bewegung des Ventilkörpers notwendige Energie geliefert wird. Für derartige Antriebe werden im allgemeinen pneumatische, hydraulische oder elektromagnetische Systeme, z.B. Hubmagnete, eingesetzt.Changeover valves of the type mentioned are known (DE-A1-31 19 049); they are so far designed that the control device for the actuation of the Valve has an active, external drive through which the movement the valve body necessary energy is supplied. For such drives are generally pneumatic, hydraulic or electromagnetic systems, e.g. Lifting magnets, used.
Werden die Steuersignale, durch die eine Bewegung des Ventils in der einen oder der anderen Richtung ausgelöst wird, durch elektronische Mittel erzeugt, so reicht die Energie des elektronischen Systems im allgemeinen nicht aus, um die Ventilbewectungen sicherzustellen. Es ist daher notwendig, die erwähnten zusätzlichen Steuerantriebe bereitzustellen und die elektronischen Steuermittel lediglich zum Auslösen dieser Antriebe einzusetzen. Durch die Notwendigkeit, aktive Antriebe für die Ventile bereitzustellen, erfordern derartige Steuersysteme einen erheblichen Aufwand und sind störanfällig.Are the control signals by which a movement of the valve in the is triggered in one direction or the other, generated by electronic means, so the energy of the electronic system is generally insufficient to generate the Ensure valve movements. It is therefore necessary to add the mentioned additional Provide control drives and the electronic control means only to the Triggering these drives to use. Due to the need to have active drives for To provide the valves, such control systems require a significant amount Effort and are prone to failure.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein - elektronisch - gesteuertes Umschaltventil der eingangs genannten Art-zu schaffen, für das kein zusätzlicher äusserer Antrieb erforderlich ist.- Diese Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der Sitzdurchmesser des Ventilsitzes auf der dem Ventilschaft zugewandten Seite grösser und derjenige des Ventilsitzes auf der vom Ventilschaft abgekehrten Seite kleiner als der Schaftdurchmesser sind.The invention is therefore based on the object of a - electronically - To create controlled switching valve of the type mentioned, for which no additional external drive is required.- This task is carried out with the present Invention achieved in that the seat diameter of the valve seat on the Valve stem facing side larger and that of the valve seat on the from The valve stem facing away from the valve stem are smaller than the stem diameter.
Dadurch treten in jeder der beiden Endlagen am Ventilkörper von dem zu steuernden Druckmedium hervorgerufene, resultierende Kräfte auf, die das Ventil aus der jeweiligen Endlage heraus in der gewünschten Richtung betätigen. Dabei wird die notwendige Bewegungsenergie dem Druckmedium selbst entzogen, das sehr häufig unter einem hohen Druck von beispielsweise 1000 bar steht. Ein- zusätzlicher äusserer Antrieb für das Ventil wird auf diese Weise entbehrlich. Die Steuervorrich--tung hat daher nur noch die Aufgabe, das Ventil in jeder der beiden Endlagen zu halten, wird also zu einem passiven Halteelement, das nicht mehr für die Bewegung des Ventils "aufkommen" muss.This occurs in each of the two end positions on the valve body of the to be controlled pressure medium caused, resulting forces that the valve actuate from the respective end position in the desired direction. It will the necessary kinetic energy is withdrawn from the print medium itself, which is very common is under a high pressure of, for example, 1000 bar. An additional outer one In this way, the drive for the valve can be dispensed with. The control device therefore only has the task of holding the valve in each of the two end positions, thus becomes a passive holding element that is no longer responsible for the movement of the valve "must come up".
Die von der Steuervorrichtung bewirkte Halterung kann vorteilhafterweise direkt am Ventil bzw. seinem Schaft erfolgen, wenn eine in ihrem Aufbau einfache Konstruktion angestrebt wird, die darüberhinaus relativ kurze Schaltzeiten ermöglicht; eine direkte Halterung ist daher vor allem für kleine, schnelle Ventile geeignet.The holding effected by the control device can advantageously take place directly on the valve or its stem, if a simple structure The aim is a construction that also enables relatively short switching times; a direct bracket is therefore available especially for small, fast ones Valves suitable.
Müssen relativ grosse Ventilkräfte beherrscht werden, so ist es zweckmässig, die Steuervorrichtung über eine Verriegelung indirekt auf den Ventilkörper bzw. seinen Schaft wirken zu lassen. Diese indirekte Halterung wird daher vor allem für grosse Ventile angewendet, die relativ langsam bewegt werden.If relatively large valve forces have to be controlled, it is advisable to the control device indirectly via a lock on the valve body or to let his shaft work. This indirect bracket is therefore mainly used for large valves used that are moved relatively slowly.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following, the invention is explained in more detail with the aid of exemplary embodiments explained.
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt durch ein Ventil eine erste Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 gibt schematisch ein Beispiel für eine indirekte Halterung des Ventils mit Hilfe einer Verriegelung wieder. Fig. 1 shows a first embodiment in a longitudinal section through a valve the invention; Fig. 2 schematically gives an example of an indirect holder of the valve again with the help of a lock.
In einem Ventilgehäuse 1 (Fig. 1) ist ein Zuführkanal 2 für ein hydraulisches Druckmedium vorgesehen, der an eine nicht gezeigte Druckmittelquelle angeschlossen ist. Der Kanal 2 endet in einer domartigen Kammer 3, die nach unten offen und durch einen tellerartigen Ventilkörper 4 verschlossen ist. Dieser sitzt am unteren Ende eines Ventilschaftes 5, der durch eine Bohrung 6 nach oben aus dem Ventilgehäuse 1 herausragt. Der Durchmesser des Schaftes 5, der im Bereich der Kammer 3 reduziert ist, ist mit s bezeichnet. Weiterhin hat der Schaft 5 etwa auf halber Höhe eine zweite ringförmige Einschnürung 7, die über horizontale Bohrungen 8 mit einer Längsbohrung 9 verbunden ist, die zur vom Schaft 5 abgewandten Seite des Ventilkörpers 4 führt. Der Strömungsweg 7, 8, 9 dient der Abfuhr von Druckmittel-Leckage.In a valve housing 1 (Fig. 1) is a feed channel 2 for a hydraulic Pressure medium provided, which is connected to a pressure medium source, not shown is. The channel 2 ends in a dome-like chamber 3, which is open and through at the bottom a plate-like valve body 4 is closed. This sits at the lower end a valve stem 5, which through a bore 6 upwards from the valve housing 1 protrudes. The diameter of the shaft 5, which is reduced in the area of the chamber 3 is denoted by s. Furthermore, the shaft 5 has a about halfway up second annular constriction 7, which has horizontal bores 8 with a longitudinal bore 9 is connected, which leads to the side of the valve body 4 facing away from the shaft 5. The flow path 7, 8, 9 is used to remove pressure medium leakage.
Der Ventilkörper 4 befindet sich in einer wannenartigen Ausnehmung 10 eines Bodens 11, der an das Ventilgehäuse 1 von unten angesetzt ist. Von der Ausnehmung 10 gehen ein Steuerkanal 12 und ein Ablauf 13 aus. Im Steuerkanal 12 wird das hydraulische Druckmedium einem nicht dargestellten, zu betätigendem Organ, beispielsweise einem Einspritz-und ventil einer Brennkraftmaschine, zu-/von diesem wieder zurückgeführt, wobei es durch den Ablauf 13 zu einer nicht gezeigten Auffangeinrichtung abfliesst.The valve body 4 is located in a trough-like recess 10 of a base 11 which is attached to the valve housing 1 from below. Of the Recess 10, a control channel 12 and a drain 13 go out. In control channel 12 the hydraulic pressure medium is a not shown, to be actuated organ, for example an injection and valve of an internal combustion engine, to / from this returned again, it being through the drain 13 to a collecting device, not shown drains.
Der Ventilkörper 4 öffnet bzw. schliesst dabei zum einen den Strömungsweg von der Kammer 3 zum Strömungskanal 12, wobei er auf einem Ventilsitz 14 aufliegt, dessen Durchmesser demjenigen der Kammer 3 entspricht und mit D bezeichnet ist. Zum anderen verschliesst bzw. öffnet er im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 15 den Abfluss des Druckmittels aus dem Steuerkanal 12 in den stets drucklosen Ablauf 13; der Durchmesser dieses Ventilsitzes 15 ist d.The valve body 4 opens or closes the flow path on the one hand from the chamber 3 to the flow channel 12, wherein it rests on a valve seat 14, the diameter of which corresponds to that of the chamber 3 and is denoted by D. On the other hand, it closes or opens in cooperation with a valve seat 15 the outflow of the pressure medium from the control channel 12 into the always pressureless drain 13; the diameter of this valve seat 15 is d.
Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser D und s wirkt in der oberen Stellung des Ventilkörpers 4,bei der der Ventilsitz 14 aufliegt, eine resultierende Kraft nach unten, die dem Produkt des Druckmitteldruckes mit der Ringfläche FD - F entspricht, wobei FD die Querschnitts-5 fläche des Ventilsitzes 14 und F die Querschnittsfläche 5 des Ventilschaftes 5 sind.Because of the different diameters D and S acts in the upper Position of the valve body 4 in which the valve seat 14 rests, a resulting Downward force, which is the product of the pressure medium pressure with the annular surface FD - F corresponds, where FD is the cross-sectional area of the valve seat 14 and F is the cross-sectional area 5 of the valve stem 5 are.
Umgekehrt erfolgt der Antrieb des Ventils beim Aufliegen des Ventilkörpers 4 auf dem Ventilsitz 15 durch eine resultierende Kraft, die dem Druckmitteldruck multipliziert mit der Ringfläche F - F d entspricht (Fd = Querschnitts-5 fläche des Ventilsitzes 15). In beiden Bewegungsrichtungen efolgt eine Dämpfung der Bewegung des Ventilkörpers 4 dabei durch die Gegenkraft des hydraulischen Druckmediums jeweils automatisch bei der Annäherung an die Ventilsitze 14 bzw.Conversely, the valve is driven when the valve body rests on it 4 on the valve seat 15 by a resulting force, which is the pressure medium pressure multiplied by the ring area F - F d corresponds to (Fd = cross-sectional area of the valve seat 15). In both directions of movement e follows a Damping of the movement of the valve body 4 by the counterforce of the hydraulic Pressure medium automatically when approaching the valve seats 14 or
15. 15th
Die vom Druckmedium angetriebene Betätigung des Ventils wird gesteuert von einer Magnetanordnung 16, die in einem eigenen Gehäuse 17 auf dem Ventilgehäuse 1 untergebracht ist. Sie besteht aus zwei Permanentmagneten 18, 19, deren magnetische Kraftfelder durch ringförmige Kerne oder-Polschuhe 20, 21 und 26, 27 bis auf einen Luftspalt 22 geschlossen sind. In diesem Luftspalt 22 ist ein beweglicher Anker 23 vorgesehen, der am aus dem Ventilgehäuse 1 herausragenden Ende des Ventilschaftes 5 befestigt ist. Der Anker 23 wird in einer oberen Stellung vom Magneten 18 und in einer unteren Stellung vom Magneten 9 gegen die geschilderten, resultierenden Kräfte am Ventilkörper 4 gehalten. The actuation of the valve driven by the pressure medium is controlled by a magnet arrangement 16, which is in its own housing 17 on the valve housing 1 is housed. It consists of two permanent magnets 18, 19, whose magnetic Force fields through annular cores or pole pieces 20, 21 and 26, 27 except for one Air gap 22 are closed. In this air gap 22 is a movable armature 23 is provided, the end of the valve stem protruding from the valve housing 1 5 is attached. The armature 23 is in an upper position from the magnet 18 and in a lower position of the magnet 9 against the described, resulting Forces held on the valve body 4.
In den ringförmigen Kernen 20, 21 und 26, 27 untergebrachte Spulen 24 und 25 sind mit einer nicht gezeigten Stromquelle derart verbunden, dass ein durch sie fliessender Strom ein Magnetfeld aufbaut, das demjenigen des zugehörigen Permanentmagneten 18 bzw. 19 entgegengerichtet ist. Das Feld des Permanentmagneten 18 bzw. 19 wird bei einem Stromstoss daher so weit geschwächt, dass der Anker 23 freigegeben wird und aus der einen "gehaltenen" Lage in die andere schwingt." Der hohe magnetische Kraftfluss, der mit Hilfe der Permanentmagneten 18 bzw. 19 erreicht werden kann, erlaubt es, einen relativ grossen Spaltabstand zwischen den Polschuhen 20, 21 bzw. 26, 27 und dem Anker 23 einzuhalten, wodurch Herstellungstoleranzen und thermische Dehnungsunterschiede ausgeglichen werden können. Die Erregung der Spulen 24 und 25 zur Erzeugung eines magnetischen Gegenflusses und zur vorübergehenden Neutralisation der Wirkung der Permanentmagneten 18 bzw. 19 ist äusserst kurzzeitig, so dass durch den stossartig auftretenden elektrischen Strom praktisch keine Erwärmung des Systems stattfindet. Coils housed in the annular cores 20, 21 and 26, 27 24 and 25 are connected to a power source (not shown) in such a way that a Current flowing through them creates a magnetic field similar to that of the associated Permanent magnets 18 and 19 are directed in opposite directions. The field of the permanent magnet 18 or 19 is therefore weakened so far in the event of a current surge that the armature 23 is released and swings from one "held" position to the other. "The high magnetic flux, which is achieved with the help of permanent magnets 18 and 19, respectively can be, it allows a relatively large gap distance between the pole pieces 20, 21 or 26, 27 and the anchor 23 to be observed, whereby Manufacturing tolerances and thermal expansion differences can be compensated. The excitement of Coils 24 and 25 for generating a magnetic counter-flux and for temporary The effect of the permanent magnets 18 or 19 is neutralized for an extremely short period of time, so that there is practically no heating due to the sudden electrical current of the system takes place.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, in der nur die Steuervorrichtung skizziert ist, ist die Magnetanordnung 16 durch eine mechanische Verriegelung ersetzt. Diese besteht in einem konisch zulaufenden Verriegelungsstift 30, der mit ebenfalls konischen Verriegelungsflächen 31 und 32 zusammenwirkt; diese befinden sich auf einer Scheibe 33, die mit Abstand am stirnseitigen Ende des Ventilschaftes 5 befestigt ist.In the embodiment of FIG. 2, in which only the control device is sketched, the magnet assembly 16 is replaced by a mechanical lock. This consists of a tapered locking pin 30, which is also with conical locking surfaces 31 and 32 cooperate; these are on a disk 33 which is attached to the front end of the valve stem 5 at a distance is.
Der Verriegelungsstift 30 ist Teil eines Ankers 37 eines Elektromagneten 36, der in einem auf dem Ventilgehäuse 1 angeordneten eigenen Gehäuse untergebracht ist. Bei einem Stromstoss durch die Spule 35 des Elektromagneten 36, die über Leitungen 34 an eine nicht dargestellte Stromversorgung angeschlossen ist, wird der Anker 33 von dem durch den Strom erzeugten und im wesentlichen durch den Kern 38 geformten Magnetfeld gegen die Kraft einer Feder 39 angezogen, wodurch der Verriegelungsstift 30 den Ventilschaft 5 freigibt. Eine Entlüftungsöffnung am Gehäuse 37 des Magneten 36 ist mit 40 bezeichnet.The locking pin 30 is part of an armature 37 of an electromagnet 36, which is housed in a separate housing arranged on the valve housing 1 is. In the event of a current surge through the coil 35 of the electromagnet 36, which is via lines 34 is connected to a power supply, not shown, the armature 33 of that generated by the current and essentially shaped by the core 38 Magnetic field attracted against the force of a spring 39, causing the locking pin 30 releases the valve stem 5. A vent on the housing 37 of the magnet 36 is denoted by 40.
Selbstverständlich kann die mechanische Verriegelung auch auf andere Weise als durch einen Verriegelungsstift erfolgen, sofern sie die erforderliche Unempfindlichkeit gegen Herstellungstoleranzen und thermische Dehnungen aufweist und - abgesehen vom aktivierten Zustand der Auslösung - ständig eine gegen den "im Betrieb stehenden" Ventilsitz wirkende Kraft ausübt.Of course, the mechanical locking can also be used on other Way than done by a locking pin, provided that they do the required Has insensitivity to manufacturing tolerances and thermal expansion and - apart from the activated state of the release - always one against the "during operation standing "valve seat exerts acting force.
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