DE3643318C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein druckentlastetes Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Derartige Ventile werden überall dort eingesetzt, wo es darauf ankommt, Fluide in variablen Druckbereichen mit im wesentlichen gleichbleibender geringer Leistung zu steuern.

Ein druckentlastetes Ventil, wie es durch die Erfindung weitergebildet wird, ist aus der DE-GM 18 86 548 bekannt. Es weist folgende Teile auf:

• - ein Gehäuse mit gehäusefestem Ventilteller,
• - ein hohles Steuerrohr, das in geschlossenem Zustand des Ventils mit seinem einen Ende unter Einhalten eines Sitzdurchmessers auf dem Ventilteller aufsitzt, wodurch ein Rohrinnendruck-Raum und ein Rohraußendruck-Raum gebildet sind,
• - zwei Dichtungen zwischen dem Gehäuse und der Außenwand des Steuerrohres und
• - eine elektromagnetische Verstelleinrichtung zum Verstellen des Steuerrohres in dessen Längsrichtung.

Derartige Ventile haben in vielfältigen Ausführungsformen weite Verbreitung gefunden. Dabei wurden vor allem die Verstelleinrichtungen, die Sitzkonstruktionen und die Dichtungseinrichtungen modifiziert.

Bekannte Ventile werden häufig auch über Bälge abgedichtet, wobei das eine Ende des Balges fest mit dem Gehäuse des Ventils und das andere Ende des Balges mit demjenigen Bauteil dicht verbunden ist, das zum Öffnen und Schließen des Ventils verstellt wird (vgl. DE 35 04 008 A1). Dadurch sind Undich­ tigkeiten zwischen dem Gehäuse und dem Verstellglied ausge­ schlossen. Es ist lediglich noch darauf zu achten, daß die Abdichtung zwischen dem Verstellglied und dem Sitz in geschlossenem Zustand dicht ist, was sich in aller Regel leicht realisieren läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, bei dem sowohl eine Undichtigkeit zwischen dem Gehäuse und dem Verstellglied ausgeschlossen wird und daß in verbessertem Maße drückentlastet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.

Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Ventil weist eine Balgeinrichtung zwischen Steuerrohr und Ventilgehäuse auf, ist aber dennoch druckentlastet. Um dies zu erzielen, sind die folgenden Merkmale vorhanden:

- ein Gehäuse mit gehäusefester Ventilsitzeinrichtung,
- ein hohles Steuerrohr, das in geschlossenem Zustand des Ventils mit seinem einen Ende unter Einhalten eines Sitzdurchmessers auf der Ventilsitzeinrichtung aufsitzt, wodurch ein Rohrinnendruck-Raum und ein Rohraußendruck-Raum gebildet sind, wobei der Sitzdurchmesser so groß ist wie der neutrale Balgdurchmesser NBD, für den gilt:

mit
Δp: Differenz zwischen Außendruck und konstant gehaltenem Innendruck am Balg,
ΔF: durch die Druckdifferenz hervorgerufene Kraft auf eine Platte, die mit einem Ende des Balges verbunden ist und dieses Ende dicht verschließt, wobei das andere Balgende ortsfest gehalten wird,
- mindestens einen Balg, der einerseits fest mit dem Gehäuse und andererseits fest mit dem Steuerrohr verbunden ist, und
- eine Verstelleinrichtung zum Verstellen des Steuerrohres in dessen Längsrichtung.

Es wurde zunächst davon ausgegangen, daß der Sitzdurchmesser dem Außendurchmesser der Balghälse entsprechen würde, daß sich also alle Druckkräfte auf die übrigen Balgwandungen auf­ heben würden. Unter dieser Voraussetzung gelang es jedoch nicht, ein druckentlastetes Ventil zu konstruieren, auch nicht durch Versuche, bei denen der Sitzdurchmesser schritt­ weise, z. B. durch Abdrehen des Steuerrohres, verändert wurde. Anschließend wurde versucht, einen wirksamen Balgquer­ schnitt auf Grundlage von Formeln zu berechnen, wie sie für Bälge für Barometer angewandt werden. Jedoch ließen sich auch mit derart berechneten Sitzdurchmessern keine sowohl in geschlossenem wie auch in geöffnetem Zustand druckentlasteten Ventile erzielen. Erst durch grundlegende Untersuchungen von Bälgen konnte herausgefunden werden, daß sich druckent­ lastete Ventile mit Bälgen tatsächlich realisieren lassen. Mit den untersuchten Bälgen waren die anzuwendenden Sitz­ durchmesser etwa 5% größer, als sie von Formeln her erwartet wurden, die zum Berechnen sogenannter "wirksamer Balg­ querschnitte" für Barometerbälge dienen.

Vollkommenes Abdichten der Verstelleinrichtung, ohne durch die Dichteinrichtung hervorgerufene Reibungskräfte ist bei einem Axialventil, der häufigsten Ausführungsform druckent­ lasteter Ventile, dann möglich, wenn je ein Balg einerseits mit dem Verstellabschnitt des Gehäuses und andererseits mit je einem Ende des Steuerrohres verbunden ist. Das völlige Ab­ dichten macht die in der Regel korrosionsanfälligen Bauteile der Verstelleinrichtung unempfindlich gegen aggressive Fluide, die gesteuert werden. Die Innenräume der Bälge sind vor­ zugsweise über eine Drossel miteinander verbunden, die vor­ zugsweise dadurch gebildet ist, daß eine Flüssigkeit durch Verengungen im Verstellabschnitt, der die beiden Bälge mit­ einander verbindet, durchströmen muß. Durch diese sehr ein­ fach realisierbare Maßnahme ist gewährleistet, daß das Ventil - auch einstellbar - gedämpft schließt bzw. öffnet, und dies ohne Einbeziehen des gesteuerten Fluids, so daß die Dämpfung bei jedem Fluid gleich gut funktioniert.

Soll das Ventil besonders kurz bauen und kann auf die ein­ fach realisierbare Dämpfung sowie das vollkommene Abdichten der Verstelleinrichtung verzichtet werden, ist es von Vor­ teil, nur einen Balg zwischen dem Gehäuse und dem Steuerrohr zu verwenden. Vorteilhafterweise ist der Balg auf derjenigen Seite angeordnet, von der das Fluid zugeführt wird. Dies deshalb weil dann der Balg von außen mit Druck beaufschlagt wird, wo­ durch er sich kaum verformt. Ist das Ventil nur für die Ver­ wendung in einem eng begrenzten Druckbereich vorgesehen, innnerhalb dem der Balg gegen Kräfte von außen und auch von innen verformungsstabil ist, kann in ihm der Balg wahlweise nahe einem der beiden Enden des Steuerrohres angebracht sein. In diesem Fall sind auch beide Anschlüsse des Ventiles in der Funktion als Zufluß oder als Abfluß gleichberechtigt.

Von besonderem Vorteil ist es bei einem Ventil mit nur einem Balg, diesen nahe dem sitzseitigen Ende des Steuerrohres an­ zubringen. Von dieser Seite werden nämlich vorzugsweise Fluide eingeleitet, da die Strömungsverhältnisse von dieser Seite her günstiger sind und sich somit größere Durchflußmengen erzielen lassen. Auch Proportionalventile werden grundsätz­ lich vom sitzseitigen Anschluß her mit Fluid versorgt. Sitzt der Balg an diesem Ende, wird er, wie bereits im vorigen Ab­ satz erwähnt, nur Druckkräften von außen unterworfen. Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Balges nahe dem sitzseitigen Ende besteht darin, daß ein Sitzring am Steuerrohr, der zum Einstellen eines definierten Sitzdurchmessers dient, zu­ gleich als Befestigungsteil für den Balg verwendet werden kann. Es entfällt daher ein Befestigungsbauteil, wie es zum Befestigen eines Balges nahe demjenigen Ende des Steuerrohres erforderlich ist, das der Sitzseite abgewandt ist.

Neben dem Verwenden nur eines Balges trägt es zum Erzielen einer kurzen Bauweise auch bei, wenn als Balg ein sogenannter Membranbelag, d. h., ein Balg mit entlang ihrer Ränder ver­ schweißter Metallscheiben verwendet wird. Derartige Bälge er­ lauben auch bei sehr kurzer Bauweise große Hübe, was für ge­ wellte Bälge, wie sie beim Bau nicht druckentlasteter Venti­ le regelmäßig verwendet werden, nicht gilt. Kurze Bauweise ist auch dadurch gefördert, daß der Balg möglichst nahe einem Ende des Steuerrohrs an diesem befestigt ist.

Bei Lateralventilen, bei denen das Steuerrohr im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Anschlußstutzen liegt, ist es von Vorteil, den Balg so anzuordnen, daß sein Innenraum mit dem Rohrinnendruck-Raum verbunden ist. Diese Ausgestal­ tung ist vorteilhafter als eine solche, bei der der Innen­ raum abgedichtet wird. Dies unter anderem deshalb, weil jede Dichtung zu Reibung und damit zu einem Erhöhen der Ansteuer­ leistung führt. Diese Reibungskraft ist auch druckabhängig, was dazu führte, daß bisher gebaute druckentlastete Ventile nicht völlig druckunabhängig in ihrer Ansteuerleistung waren. Dies ist für alle Ventile, seien es Lateralventile oder Axialventile, erst durch das Abdichten mit Hilfe von Bälgen möglich.

Dadurch, daß keinerlei druckabhängige Kraft mehr auftritt, ist es möglich, sehr gut funktionierende Proportionalventile zu bauen. Bei derartigen Ventilen ist die Durchflußmenge im wesentlichen proportional zum Verstellweg des Steuerrohres. Bei einem sehr einfachen Aufbau wird das Steuerrohr durch eine Feder belastet, deren Schließkraft mit dem Verstellweg proportional ansteigt. Einer elektromagnetischen Verstellein­ richtung wird ein Strom zugeführt, dessen Stärke sich propor­ tional mit der gewünschten Durchflußmenge ändert. Die durch die Verstelleinrichtung ausgeübte Kraft ändert sich propor­ tional mit dem Strom. Dadurch ändert sich insgesamt der Ver­ stellweg proportional mit der jeweils gewünschten Durchfluß­ menge.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden defi­ nierte Mengen an Hydraulikflüssigkeit in eine hydraulische Verstelleinrichtung gepumpt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 schematischer Längsschnitt durch ein druckentlastetes Ventil mit zwei Bälgen;

Fig. 2 schematischer Längsschnitt durch eine Anordnung zum Ermitteln des effektiven Sitzdurchmessers;

Fig. 3 und 4 Längsschnitte durch zwei Ausführungsformen von Sitzeinrichtungen, die von der beim Ventil gemäß Fig. 1 abweichen;

Fig. 5 Teillängsschnitt durch die Befestigungsanordnung zum Befestigen eines Balges am freien Ende des Steuerrohres;

Fig. 6 Darstellung gemäß Fig. 5, jedoch für das sitzseitige Ende des Steuerrohres;

Fig. 7 Teillängsschnitt durch die Befestigungsanordnung eines Balges am Verstellabschnitt des Ventilgehäu­ ses;

Fig. 8 und 9 Teillängsschnitte durch eine elektromagnetische bzw. eine pneumatische Verstelleinrichtung;

Fig. 10 schematischer Teillängsschnitt durch ein Ventil mit einem Balg am freien Ende des Steuerrohres;

Fig. 11 eine Darstellung gemäß Fig. 10, jedoch mit dem Balg am sitzseitigen Ende des Steuerrohres;

Fig. 12 schematischer Längsschnitt durch ein druckent­ lastetes Lateralventil;

Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine Sitzeinrichtung für ein Proportionalventil; und

Fig. 14 ein Diagramm, betreffend den Zusammenhang zwischen Verstellung des Steuerrohres und Steuerstrom in einer Verstelleinrichtung.

Das Axialventil 20 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse mit einem oberen Außenrohrabschnitt 21, einem Verstellabschnitt 22 und einem unteren Außenrohrabschnitt 23 auf. Beim Ausführungsbei­ spiel sind diese Abschnitte als gesonderte Bauteile ausge­ führt, die über Gewindestangen 24 zusammengehalten werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß in Übereinstimmung mit den Zeichnungen im folgenden von "oberen" und "unteren" Bauteilen gesprochen wird. Alle Ventile sind jedoch in beliebigen Raumlagen betreibbar.

In den unteren Außenrohrabschnitt 23 ist axial als gehäusefeste Sitzeinrichtung ein Ventilteller 25 mit einer Tellerdich­ tung 26 aus einem möglichst festen Kunststoff eingeschraubt. Im Inneren des Gehäuses ist ein Steuerrohr 27 axial angeord­ net, das in zwei Führungsbohrungen 28 in waagerechten Platten des Verstellabschnitts 22 geführt ist. Auf das sitzseitige Ende des Steuerrohres 27 ist ein Sitzring 29 mit abge­ schrägter Unterseite aufgeschraubt. Aufgrund der Abschrägung sitzt der Sitzring 29 nur entlang einer kreisförmigen Kante 30 auf der Tellerdichtung 26 auf. Der Durchmesser dieser kreisförmigen Kante 30 ist der Sitzdurchmesser 31.

Durch einen oberen Balg 32 und einen unteren Balg 33 ist das Steuerrohr 27 mit dem Verstellabschnitt 22 verbunden. Dazu ist der obere Balg 32 mit seinem oberen Balghals 34 an einen Haltering 35 und mit seinem unteren Balghals 36 an eine Fläche am Verstellabschnitt 22 geschweißt. Entsprechend ist der untere Balg 33 mit seinem oberen Balghals 37 an eine Fläche am Verstellabschnitt 22 und mit seinem unteren Balghals 38 an den Sitzring 29 geschweißt. Statt Schweißverbindungen können auch beliebige andere dichtende Verbindungen verwendet werden.

Es sei angenommen, daß dem Axialventil 20 von Fig. 1 ein Fluid vom oberen Stutzen 39 her zugeführt wird. Dieses Fluid füllt den gesamten Innenraum des hohlen Steuerrohres 27 sowie den Raum im oberen Außenrohrabschnitt 21 außerhalb des oberen Balges 32. In diesem gesamten Raum herrscht derjenige Druck, wie er im Inneren des hohlen Steuerrohres 27 vor­ liegt, weswegen dieser gesamte Raum im folgenden als Rohrinnen­ druck-Raum 40 bezeichnet wird. Im unteren Außenrohrab­ schnitt 23 außerhalb des unteren Balges 33 liegt dagegen der Druck vor, wie er am unteren Stutzen 41 ansteht, z. B. atmos­ phärischer Druck. Dieser Druck herrscht nur außerhalb des hohlen Steuerrohres 27, weswegen der Raum, in dem der Druck herrscht, im folgenden als Rohraußendruck-Raum 42 bezeichnet wird. An dieser Aufteilung der Räume ändert sich auch dann nichts, wenn ein Fluid mit hohem Druck vom unteren Stutzen 41 her zugeführt wird und am oberen Stutzen 39 ein niedrigerer Druck herrscht.

Um das Ventil zu öffnen, muß die kreisförmige Kante 30 am Sitzring 29 von der Tellerdichtung 26 abheben, was dann er­ folgt, wenn das Steuerrohr 27 nach oben verschoben wird. Dieses Verschieben erfolgt durch eine im Verstellabschnitt 22 angeordnete Verstelleinrichtung, von der Beispiele anhand der Fig. 8 und 9 weiter unten näher erläutert werden. Damit das Ventil 20 unabhängig von seiner räumlichen Lage und dem Funktionszustand der Verstelleinrichtung sicher schließt, ist zwischen dem oberen Außenrohrabschnitt 21 und dem Steuerrohr 27 eine Schraubenfeder 43 angeordnet, die das Steuerrohr 27 nach unten drückt. Auf diese Schraubenfeder 43 kann dann verzichtet werden, wenn der obere Balg 32 etwas gedehnt und/oder der untere Balg 33 etwas zusammengedrückt ein­ gebaut wird, so daß die Bälge nicht nur zum Abdichten, sondern auch zum Bereitstellen einer Schließkraft dienen.

Anstelle der Schraubenfeder 43 könnte auch ein federnder Balg zwischen dem oberen Stutzen 39 und dem freien oberen Ende 70 des Steuerrohres 27 angeordnet sein. Dann könnte der obere Balg 32 entfallen. Ist eine relativ große Federkraft erwünscht, empfiehlt es sich, einen gewellten Balg anzuwenden. Dieser ist jedoch relativ instabil gegen von innen wirkende Druckkräfte, so daß ein derart aufgebautes Ventil nur bis zu Drücken von einigen wenigen bar verwendet werden kann. Soll das Ventil auch bei höheren Drücken einsetzbar sein, empfiehlt es sich, einen Membranbalg zu verwenden, wie er z. B. als Membranbalg 66 in Fig. 6 dargestellt ist. Derartige Membranbälge knicken auch unter hohen Innendrücken nicht aus. Sie weisen jedoch geringere Rückstellkräfte auf als gewellte Bälge. Membranbälge können auch unter geringerer Verschleiß­ gefahr als gewellte Bälge mit Führungen zusammenwirken.

Soll ein erfindungsgemäßes Ventil zum Steuern aggressiver Medien einsetzbar sein, müssen alle Teile, also auch die Bälge und eine eventuell vorhandene, dem Fluid ausgesetzte Rück­ hohlfeder aus Edelstahl sein. Edelstahlfedern haben jedoch schlechte Rückstellcharakteristik. Insbesondere bei Propor­ tionalventilen, auf die weiter unten näher eingegangen wird, ist es empfehlenswert, eine Feder aus Federstahl einzusetzen. Damit dies auch bei einem Ventil zum Steuern aggressiver Medien möglich ist, sieht eine vorteilhafte Ausführungs­ form vor, daß eine Rückholfeder im Raum zwischen dem Steuer­ rohr 27 und einem der Bälge 32 oder 33 angeordnet ist, wo kein zu steuerndes Medium hingelangt.

In Fig. 1 sind zwei gestrichelte Linien eingezeichnet, die parallel zum Steuerrohr 27 außerhalb desselben liegen. Ihr gegenseitiger Abstand entspricht einer Größe, die im folgenden als "neutraler Balgdurchmesser" NBD bezeichnet wird. Der Sitzdurchmesser 31 ist gerade so groß gewählt wie der neutrale Balgdurchmesser NBD. Dies gewährleistet, daß das Axialventil 20 sowohl im geschlossenen wie auch im geöffneten Zustand druckentlastet ist.

Wie der neutrale Balgdurchmesser NBD bestimmt wird, wird im folgenden anhand von Fig. 2 näher erläutert.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 ist eine Meßeinrichtung 44 zum Be­ stimmen des neutralen Balgdurchmessers. Die Meßeinrichtung 44 verfügt über eine Grundplatte 45 und eine gasdicht auf diese aufschraubbare Glocke 46, in die ein Druckstutzen 47 führt. Am Druckstutzen 47 ist ein Druckmeßgerät 48 ange­ schlossen. Auf die Grundplatte 45 ist zentrisch ein Tragzylinder 49 geschweißt, auf den eine Tragplatte 50 mit einer zentrischen Durchgangsbohrung 51 gasdicht aufgeschraubt ist. Die Tragplatte 50 ist mit einer Schicht 52 aus Wachs oder Knet bedeckt. In diese weiche abdichtende Schicht 52 ist zen­ trisch ein Balg 53 mit seinem unteren Hals 54 eingesteckt. Von oben her ist auf den oberen Hals 55 des Balgs 53 eine Druckplatte 57 aufgesetzt, die unten wie die Tragplatte 50 eine Schicht 52 aus Wachs oder Knet trägt. Axial durch die Druckplatte 57 ist eine Kraftübertragungsstange 58 ge­ schraubt, die durch die Durchgangsbohrung 51 in der Tragplatte 50 hindurch auf den Kraftaufnehmer 59 einer auf der Grundplatte 45 stehenden Kraftmeßeinrichtung 60 drückt. Die Signale von der Kraftmeßeinrichtung 60 werden auf ein außer­ halb angeordnetes Kraftanzeigegerät 61 übertragen.

Die Messung geht wie folgt vor sich. Nach dem Anordnen des Balges in der beschriebenen Weise wird die Kraftübertragungs­ stange 58 so weit durch die Druckplatte 57 geschraubt, bis sie auf den Kraftaufnehmer 59 drückt. Danach wird weiterge­ schraubt, und zwar so weit, bis der Balg eine Länge einnimmt, wie er sie in unbelastetem Zustand aufweist. Die Anzeige am Kraftanzeigegerät 61 wird dann auf Null gestellt, so daß es beim späteren Hervorrufen einer Druckdifferenz nur noch eine Kraftdifferenz ΔF anzeigt. Nachdem die Meßeinrichtung 44 durch Aufschrauben der Glocke 46 auf die Grundplatte 45 ge­ schlossen ist, wird Druck an den Druckstutzen 47 angelegt. Dadurch wird der Balg von außen mit Druck beaufschlagt, während er im Inneren atmosphärischen Druck beibehält. Bei Ändern des Außendrucks um eine Differenz Δp wird eine Änderung der Kraft von ΔF gemessen. Aus diesen Größen läßt sich eine Fläche a gemäß der Formel

a = ΔF/Δp

berechnen, und daraus ein Durchmesser d gemäß der Formel

Man erwartet zunächst, daß dieser Durchmesser dem äußeren Halsdurchmesser 62 entsprechen würde, da nur über eine Fläche von diesem Durchmesser effektive Kräfte auf die Druck­ platte 57 wirken. Außerhalb diesem Durchmesser liegende Flächen­ bereiche der Druckplatte 57 erfahren von oben und unten dieselbe Kraft, tragen also zu einer auf die Kraftübertra­ gungsstange 58 vermittelten Kraft nichts bei. Gemessen wurde unter anderem mit einem Balg mit einem äußeren Halsdurchmesser 62 von 29 mm. Bei ein bar Druckdifferenz zwischen Außen­ druck und Innendruck am Balg hätte dies zu einer höheren Kraft führen müssen, als sie tatsächlich gemessen wurde. Der Balg als solcher vermittelte also eine Gegenkraft.

Konkret wurde folgendes gemessen:

- Halsaußendurchmesser = 29 mm
- Balginnendurchmesser = 21 mm
- Balgaußendurchmesser = 31,4 mm
- Wandstärke =  0,2 mm
- Druckdifferenz Δp =  1 bar
- Kraftdifferenz ΔF = 59,1 N

Aus den letzten beiden Meßwerten ist durch die o. g. Zusam­ menhänge eine Kreisfläche und aus dieser ein Kreisdurchmesser, nämlich der neutrale Balgdurchmesser NBD berechenbar nach der Formel:

Für andere Bälge ergaben sich andere neutrale Balgdurchmesser, die alle geringer waren als der Halsaußendurchmesser, und zwar sowohl bei positiver wie auch bei negativer Druck­ differenz von außen nach innen. Ob dies zwingend so sein muß, ist nicht bekannt, da bis jetzt keine Formel gefunden werden konnte, die den experimentell ermittelten neutralen Balgdurchmesser mit Maßen des Balges in allen Fällen richtig verknüpft.

Wurden Ventile gebaut, bei denen der Sitzdurchmesser 31 dem experimentell ermittelten neutralen Balgdurchmesser NBD ent­ sprach, zeigte sich Druckausgeglichenheit auch noch bei Drücken von 30 bar, den höchsten Drücken gemäß den bisherigen Versuchen. Dies zeigt, daß der mit dem Versuchsaufbau bei relativ niedrigen Drücken ermittelte neutrale Balgdurchmesser auch bei hohen Drücken gilt.

Wesentlich für ein erfindungsgemäßes druckentlastetes Ventil ist somit das Verwenden von Bälgen und das Vorsehen eines Sitzdurchmessers 31, der dem neutralen Balgdurchmesser NBD der verwendeten Bälge entspricht. Damit der Sitzdurchmesser 31 genau eingestellt werden kann, ist es von Vorteil, eine scharfe Kante 30 am Sitzring 29 auszubilden, wie oben näher beschrieben. Die scharfe Kante 30 kann jedoch auch am Ventil­ teller 25 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wiederum stimmt der Sitzdurchmesser 31 der kreisförmigen Kante 30 mit dem neutralen Balgdurchmesser NBD überein, der, wie auch in den Fig. 1 und 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Kante 30 drückt bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 3 auf einen Dichtring 63, der unten in eine Vertiefung im Sitzring 29 eingelegt ist.

Bei den Sitzausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 3 hängt die Größe unten am Steuerrohr mit Druck beaufschlagter Flächen geringfügig davon ab, ob das Ventil geschlossen oder offen ist. Dies, weil die Kante 30 in die Tellerdichtung 26 bzw. den Dichtring 63 etwas eindrückt, wodurch im geschlossenen Zustand kleine Flächenbereiche durch die Dichtung abge­ deckt werden. Diese sehr kleinen Flächenänderungen können dann völlig vermieden werden, wenn ein Sitz gemäß Fig. 4 ver­ wendet wird, bei dem eine Kugelkalotte 64 auf dem Ventilteller 25 angeordnet ist. Auf die gehärtete Kugelkalotte 64 drückt der Sitzring 29 mit einer gehärteten Kante 30, die wiederum einen Sitzringdurchmesser 31 aufweist, der dem neutralen Balgdurchmesser NBD entspricht. Da hier kein Eindrücken in eine Dichtung erfolgt, besteht nicht der kleinste Unter­ schied zwischen dem Sitzdurchmesser im geschlossenen Zustand und dem Sitzdurchmesser im geöffneten Zustand des Ventils.

Um ein erfindungsgemäßes Ventil möglichst kurz bauen zu können und mit möglichst geringer Leistung öffnen zu können, ist es von Vorteil, statt der gewellten Bälge, wie sie in den Fig. 1, 2, 7 sowie 10 bis 12 dargestellt sind, soge­ nannte Membranbälge zu verwenden, wie sie Teil der Gegenstände der Fig. 5 und 6 sind. Der Balg 65 in Fig. 5 ist dabei ein sogenannter Flammenbalg, während der Balg in Fig. 6 ein einfacher Membranbalg 66 ist. Bei allen Ausführungsarten von Membranbälgen sind einzelne Metallscheiben, die auf unter­ schiedlichste Art und Weise geformt sein können, entlang ihrer Ränder miteinander verschweißt. Diese Bälge sind sehr weich und gestatten einen Hub von bis zu 90% ihrer Länge. Da bei Ventilen der hier beschriebenen Art nur Hübe von einigen Millimetern erforderlich sind, können entsprechend kurze Membranbälge verwendet werden. Um dagegen mit gewellten Bälgen einen Hub von einigen Millimetern zu überbrücken, sind Balglängen von einigen Zentimetern erforderlich.

Die Fig. 5 bis 7 stellen Balgbefestigungen dar. Am Balg­ ende ist in allen Fällen ein Balghaltering 67 an den Balg an­ geschweißt. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 5 und 6 ist auf den Balghaltering 67 jeweils ein Klemmring 68 unter Zwischenlegen einer Klemmdichtung 69 geschraubt. Diese Befestigungen wirken gegenüber dem Steuerrohr 27. Die Klemm­ dichtung 69 drückt so stark gegen das Steuerrohr 27, daß der Balghaltering 67 druckdicht und verschiebefest mit dem Steuerrohr verbunden ist. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 er­ folgt das Verklemmen nahe dem freien Ende 70 des Steuerrohres 27, während es bei der Anordnung gemäß Fig. 6 am sitzseitigen Ende 71 erfolgt. Hier bildet der Klemmring 68 zugleich den Sitzring 29.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 betrifft dagegen das Befe­ stigen eines Balges 53 am Verstellabschnitt 22. Der Balghalte­ ring 67 wird hier unter Zwischenlegen einer Ringdichtung 72 durch den oberen Außenrohrabschnitt 21 klemmend verschiebe­ fest und druckdicht festgehalten.

Verstelleinrichtungen sind in den Fig. 8 und 9 darge­ stellt. Bei der elektromagnetischen Verstelleinrichtung gemäß Fig. 8 ist auf das Steuerrohr 27 ein weichmagnetischer zylinderförmiger Anker 73 aufgepreßt. Um diesen herum ist ein Joch 74 angeordnet, um dessen Außenumfang eine Spule 75 gewickelt ist. Wird die Spule 75 mit Spannung beaufschlagt, bewegt sich der Anker 73 von einem Ende des Jochs 74 zum anderen und zieht dabei das Steuerrohr 27 mit.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist dagegen eine pneumatische hydraulische Verstelleinrichtung. Hier ist ein zylinder­ förmiges Kolbenteil 76 auf das Steuerrohr 27 gepreßt. Es ist von einem zylinderförmigen Verstellabschnitt 22 umgeben, gegen den es mittig durch eine Zylinderdichtung 77 abgedichtet ist. Oberhalb und unterhalb der Zylinderdichtung 77 führt jeweils ein Steueranschluß 78.1 bzw. 78.2 in das Innere des Verstellab­ schnitts 22. Das eingepreßte Steuermedium drückt auf das Kolben­ teil 76, wodurch dieses nach oben oder unten bewegt wird, je nachdem, ob z. B. Luft oder Öl durch den unteren Anschluß oder den oberen Anschluß eingepreßt wird.

Die Ausführungsform mit einer elektromagnetischen Verstell­ einrichtung gemäß Fig. 8 ermöglicht es auf besonders einfache Art und Weise, den Schließvorgang des Axialventils 20 zu dämpfen. Dazu wird der Innenraum des oberen Balges 32, des Verstellabschnittes 22 und des unteren Balges 33 mit einer Flüssigkeit gefüllt. In Wänden des Verstellabschnittes 22 sind Drosselbohrungen 79 angeordnet, durch die die Flüs­ sigkeit strömen kann. Ist das Ventil geöffnet, ist etwas Flüssigkeit aus dem Innenraum des unteren Balges 33 durch den Verstellabschnitt 22 hindurch in den Innenraum des oberen Balges 32 gedrückt. Soll nun das Ventil schließen, muß diese verdrängte Flüssigkeit wieder zurückfließen, was nur langsam erfolgt. Die Rückflußgeschwindigkeit ist durch die Wahl der Größe der Drosselbohrungen 79 oder durch in ihrem Durchmesser einstellbare Bohrungen 79 steuerbar. Dadurch er­ hält das Axialventil 20 einstellbares Dämpfungsverhalten für den Schließvorgang. Die Bohrungen 79 können z. B. dadurch in ihrem Durchmesser einstellbar sein, daß von außen her Nadel­ ventilstifte in sie eingeschraubt werden können.

Bei pneumatisch/hydraulisch gesteuerten Ventilen muß aus den Balginnenräumen heraus eine Leitung nach außen führen, damit ein Ausgleich des Innenvolumens der Bälge beim Zusam­ mendrücken bzw. Dehnen derselben erfolgen kann. Wie eine solche Verbindungsleitung angeordnet sein kann, sei ausgehend von Fig. 7 erläutert. Dort müßten die Bohrungen 79 geschlossen werden und statt dessen eine Dichtung zwischen dem Ver­ stellabschnitt 22 und dem Steuerrohr 27 vorhanden sein, ent­ sprechend der Steuerrohrdichtung 88 in Fig. 9. Statt der Ver­ stellabschnittdichtung 87 wäre eine Nut vorhanden und eine entsprechende Nut wäre unten am Balghaltering 67 eingestochen. Luft oder Flüssigkeit aus dem Innenraum des Balges 53 entweicht bei einer solchen Ausführungsform durch die Nuten ins Freie oder wird von dort angesaugt.

Ausgehend von der soeben genannten Konstruktion ist Dämpfung auf zweierlei Arten möglich. Die eine Möglichkeit besteht darin, zumindest eine der genannten Nuten so eng zu wählen, daß aus einem Balg verdrängtes oder von diesem angesaugtes Fluid nur langsam durch die Nut strömen kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ausgehend von der Ausführungsform gemäß Fig. 9, an den Steuerluftanschlüssen 78 Rückschlagventile mit Drossel anzuordnen. Die Durchsatzmengen der Drosseln an den beiden Anschlüssen können unterschiedlich ge­ wählt sein, um unterschiedliches Dämpfungsverhalten für den Öffnungs- bzw. den Schließvorgang zu erhalten. Entsprechend können bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 statt einer Bohrung 79 zwei entgegengesetzt wirkende Drosseln der Rück­ schlagventile mit unterschiedlichem Drosselverhalten angewendet werden.

Anhand der Fig. 10 und 11 werden nun Varianten des Axial­ ventiles 20 von Fig. 1 beschrieben. Das Axialventil gemäß Fig. 10 verfügt über nur einen Balg 53 zwischen dem freien Ende 70 des Steuerrohres 27 und dem Verstellabschnitt 22, während das Axialventil gemäß Fig. 11 über nur einen Balg 53 zwischen dem sitzseitigen Ende 71 des Steuer­ rohres 27 und dem Verstellabschnitt 22 verfügt. Die Sitzaus­ führung, die Balgbefestigung und die Verstellmöglichkeit kann wieder wie oben beschrieben ausgeführt sein. Wichtig ist bei beiden Ausführungsformen, daß im Verstellabschnitt 22 Druckausgleichsbohrungen 80 vorhanden sind, die möglichst groß sein sollen, um rasch eine Druckänderung in den Innen­ raum des jeweiligen Balges 53 weitergeben zu können. Dies ist aus folgendem Grund wichtig.

Es sei zunächst angenommen, das Axialventil gemäß Fig. 10 sei in geschlossenem Zustand. Ein Fluid unter Druck werde von oben zugeführt. Dann steht im Rohrinnendruck-Raum 40 hoher Druck an, während im Rohraußendruck-Raum 42 niedriger Druck herrscht. Der hohe Druck übt im oberen Abschnitt des Steuerrohres 27 eine nach unten wirkende Kraft aus, die gerade dadurch kompensiert ist, daß die Kante 30 am Sitzring 29 einen Sitzdurchmesser 31 aufweist, der dem neutralen Balg­ durchmesser NBD entspricht. Öffnet nun das Ventil, steht plötzlich hoher Druck auch im Rohraußendruck-Raum 42 an. Dieser übt auf den Sitzring 29 eine nach unten wirkende Kraft aus. Um diese kompensieren zu können, ist es erforderlich, daß der hohe Druck auch am Haltering 35 ansteht, mit dem der Balg 53 ganz oben gehalten wird. Ist der Druckausgleich voll­ zogen, liegt überall um das Steuerrohr herum derselbe Druck vor, weswegen keine druckbedingten Kräfte mehr auf das Steuerrohr 27 wirken. Entsprechendes gilt, wenn beim Axial­ ventil gemäß Fig. 11 ein Fluid unter Druck von der unteren Seite her zugeführt wird.

Ein Axialventil mit einem obenliegenden Balg ist auch ohne Druckausgleichsbohrungen 80 realisierbar, jedoch muß dann der Sitzring 29 bis zu einer Dichtung am Verstellabschnitt hochgezogen sein. Eine derartige Ausführungsform würde je­ doch eine Dichtung zwischen der Außenwand des Steuerrohres 27 und dem Verstellabschnitt 22 mit sich bringen, was uner­ wünscht ist, da diese Dichtung dem Druck des zu steuernden Fluids ausgesetzt wäre und dadurch zu druckabhängigen Rei­ bungskräften führen würde. Wird eine Abdichtung auch unten gewünscht, ist es vorteilhafter, die Ausführungsform gemäß Fig. 1 zu verwenden.

Ein Axialventil mit untenliegendem Balg ohne Druckausgleich, also einer Dichtung zwischen der Außenwand des Steuerrohres 27 und dem Verstellabschnitt 22 ist nicht realisierbar. Druckausgleich kann hier jeweils nur für den geöffneten oder den geschlossenen Zustand, nicht aber für beide Zustände ge­ meinsam erzielt werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 12 zeigt ein Ventil, das im folgenden als Lateralventil 81 bezeichnet wird. Es verfügt über einen rechten Auslaßstutzen 82 und einen linken Einlaß­ stutzen 83. Das Steuerrohr 27 liegt im wesentlichen recht­ winklig zu den Achsen dieser Stutzen 82 und 83.

Das Gehäuse weist einen Anschlußabschnitt 84 und einen An­ triebsabschnitt 85 auf, die beim dargestellten Ausführungs­ beispiel als gesonderte Bauteile ausgebildet sind. Am An­ schlußabschnitt 84 sind die Stutzen 82 und 83 ausgeformt; ein Ventilsitzring 86 ist so eingesetzt oder angedreht, daß er zentrisch mit dem Steuerrohr 27 liegt. Das Steuerrohr 27 selbst ist in einer Führungsbohrung 28 im oberen Teil des Antriebsabschnittes 85 axial verschiebbar gelagert. Mit seinem sitzseitigen Ende 71 sitzt es unter Zwischenliegen einer Ringdichtung 72 auf dem Ventilsitzring 86 auf. Ein Balg 53 ist unten mit dem sitzseitigen Abschnitt des Steuerrohres 27 und oben mit dem Anschlußabschnitt 84 dicht verbunden. Die Verbindung kann wieder nach einer der Ausführungsformen ge­ mäß den Fig. 5 bis 7 erfolgen. Eine Schraubenfeder 43 drückt das Steuerrohr 27 nach unten. Von dieser Lage kann es durch Magnetkraft abgehoben werden, welche Kraft dadurch er­ zeugt wird, daß oberhalb dem freien Ende 70 des Steuerrohres 27 ein Joch 74 angeordnet ist und um den oberen Bereich des Antriebsabschnittes 85 eine Spule 75 gewickelt ist. Wird diese Spule 75 mit Spannung versorgt, übt das weichmagnetische Joch 74 eine Kraft auf das Steuerrohr 27 aus, das die Funk­ tion eines Ankers hat. Statt über die dargestellte Antriebs­ konstruktion kann das Verstellen des Steuerrohres über jeden beliebigen anderen Antrieb erfolgen.

Der Sitzdurchmesser 31 der Kante 30 des Ventilsitzringes 86 ist wiederum so bemessen, daß er dem neutralen Balgdurchmesser NBD gleich ist, der auch in Fig. 12 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform sorgt eine Druckaus­ gleichsbohrung 80 im Steuerrohr 27 dafür, daß im Innenraum des Balges 53 stets derselbe Druck herrscht wie im Inneren des Steuerrohres 27. Dadurch befinden sich bei geöffnetem Ventil 81 das Steuerrohr 27 und der Balg 53 in einem Raum von allseits gleichem Druck, wodurch auf das Steuerrohr keine resultierenden Druckkräfte wirken. In geschlossenem Zustand wirken Kräfte auf das Steuerrohr, die durch Druckkräfte auf Flächen am Steuerrohr und durch Kräfte auf den Balg 53 bedingt sind, welche Kräfte sich jedoch in ihrer Wirkung dadurch aufheben, daß der Sitzdurchmesser 31 gerade so groß gewählt ist wie der neutrale Balgdurchmesser NBD. Dadurch ist auch bei diesem Lateralventil 81 das Steuerrohr 27 in geöffnetem und geschlossenem Zustand des Ventiles kraftausge­ glichen.

Mit den erfindungsgemäßen druckentlasteten Ventilen ist es möglich, mit hoher Genauigkeit einstellbare Proportionalventile herzustellen. Bei bisher bekannten Ventilen war dies aus den folgenden Gründen nur schwer oder gar nicht möglich. Ventile mit gesteuerter Verstelleinrichtung konnten für sinn­ volle praktische Anwendungen nicht gebaut werden, da einer vorgegebenen Verstellkraft nicht zwingend ein bestimmter Ver­ stellweg zugeordnet war, da zu überwindende Reibungskräfte druckabhängig und stark alterungsabhängig waren. Außerdem war genaue Steuerung aufgrund eines Haftens am und plötzlichen Lösens der Dichtung vom Steuerrohr nicht möglich, was auch die Regelung erschwerte ("stick and slip"-Effekt). Bei geregelten Ventilen mit elektromagnetischem Antrieb führte der eben genannte Effekt dazu, daß Wegänderungen nicht völlig gleichförmig vorgenommen werden konnten. Das an den stark anpressenden Dichtungen haftende Steuerrohr löste sich erst bei einer relativ großen Verstellkraft, woraufhin es ruckweise einen größeren Verstellweg zurücklegte, als dies eigentlich erwünscht war. Daher bewegte sich das Rohr ruckartig um die einzustellende Lage. Diesem Mangel konnte nur dadurch abgeholfen werden, daß mechanische Stellantriebe ver­ wendet wurden. Diese Stellantriebe haben aber den Nachteil, daß sie bei Ausfall der Stromversorgung in der beim Ausfall vorhandenen Lage stehenbleiben. Gerade offene Ventile mußten dann über Handräder an den Stelleneinrichtungen geschlossen werden. Aufgrund der geschilderten Probleme waren mit druck­ entlasteten Proportionalventilen bisher in der Praxis keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielbar.

Erfindungsgemäße druckentlastete Ventile mit Balgeinrichtung lassen sich dagegen sehr genau regeln und sogar steuern. Das Steuern ist dadurch möglich, daß jedem Verstellweg eine be­ stimmte Verstellkraft eindeutig zuordenbar ist. Das Regeln auf einen bestimmten Verstellweg des Steuerrohres und damit eine bestimmte Durchflußmenge ist mit großer Genauigkeit möglich, weil das Steuerrohr keine ruckartigen Bewegungen mehr ausführt, sondern stetig in jede beliebige Lage ge­ fahren werden kann.

Alle zuvor beschriebenen Ventile gemäß den Fig. 1 sowie 10 bis 12 können als Proportionalventile ausgebildet sein. Dazu ist eine besondere Sitzkonstruktion erforderlich, wie sie in einer Ausführungsform in Fig. 13 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist das sitzseitige Ende des Steuer­ rohres 27 lavaldüsenähnlich erweitert. An diese Kontur ist die Außenkontur eines Kegels 89 angepaßt, der einen nach oben stehenden Fortsatz des Ventiltellers 25 bildet. Um den Kegel 89 herum liegt eine ringförmige Tellerdichtung 26, auf die das Steuerrohr 27 mit einem Sitzdurchmesser 31 drückt, der wiederum dem neutralen Balgdurchmesser NBD entspricht.

Hebt bei dieser Konstruktion das Steuerrohr 27 von der Teller­ dichtung 26 ab, vergrößert sich der Spalt zwischen der Außenfläche des Kegels 89 und der Innenfläche des lavaldüsen­ ähnlichen unteren Bereichs des Steuerrohrs 27 in etwa linear mit dem Verstellweg des Steuerrohres.

Der Zusammenhang zwischen Verstellkraft K und Verstellweg s ist in Fig. 14 dargestellt. Die zum Verstellen aufzuwendende Kraft entspricht der Kraft, die zum Zusammendrücken einer Schließfeder erforderlich ist, z. B. der Schraubenfeder 43 bei einem Aufbau entsprechend dem von Fig. 1. Die Verstell­ kraft K nimmt ausgehend von einer Kraft K₀, die zum Öffnen des Ventiles erforderlich ist, linear mit zunehmender Öffnung des Ventiles zu. Erfolgt das Öffnen mit Hilfe einer elektromagnetischen Verstelleinrichtung, z. B. einer Ver­ stelleinrichtung gemäß Fig. 8, ist die von der Verstellein­ richtung ausgeübte Kraft im wesentlichen proportional zum Strom I durch die Spule der Verstelleinrichtung.

Der Steuerablauf wird nun anhand von Fig. 8 erläutert. Neben den bereits weiter oben beschriebenen Teilen der Verstellein­ richtung von Fig. 8 ist noch eine Steuereinrichtung 90 (S) und ein mit dieser verbundener Sollwertgeber 91 (G) vorhanden. Die Steuereinrichtung 90 ist mit dem Verstellabschnitt 22 über eine Erdleitung 92 und eine Steuerleitung 93 verbunden. Am Sollwertgeber 91 wird eine gewünschte Durchflußmenge eingestellt. Der Sollwertgeber gibt ein der gewünschten Durchflußmenge proportionales Signal an die Steuereinrich­ tung 90. Diese berechnet daraus eine Steuerstromstärke für den Strom, der der Spule 75 zugeleitet werden muß, damit diese das Joch 74 und damit das Steuerrohr 27 gerade mit solcher Kraft hochzieht, daß gegenüber dem Kegel 89 (Fig. 13) eine Öffnung erzielt wird, die zur gewünschten Durchflußmenge führt.

Um den Verstellweg des Steuerrohres 27 von äußeren Störungen unabhängig zu machen, ist es von Vorteil, statt einer Steuerung eine Regelung vorzusehen. Dann können sich z. B. die Federeigenschaften der Schraubenfeder 43 oder eines der Bälge temperaturabhängig oder alterungsbedingt ändern, ohne daß dies einen Einfluß auf den Verstellweg hätte.

Um beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 die Regelung herbei­ führen zu können, ist auf die Außenfläche des Ankers 73 an einer Stelle ein Graukeil 94 aufgebracht. Dieser ist z. B. durch dünne dunkle Striche gebildet, die mit von oben nach unten zunehmender Dichte parallel nebeneinander so angeordnet sind, daß von einer weißen Fläche am oberen Ende ein stufenweiser Übergang zu einer schwarzen Fläche am unteren Ende stattfindet. Dieser Graukeil wird von einer Leuchtdiode 95 beleuchtet. Das vom Graukeil reflektierte Licht wird von einem Lichtsensor 96 empfangen. Die Leuchtdiode 95 und der Lichtsensor 96 sind gegeneinander abgeschirmt dicht nebeneinander am Joch 74 angeordnet. Da der Graukeil 94 am Anker 73 befestigt ist, bewegt er sich bei Bewegung des Steuerrohrs 27 an der Leuchtdiode und dem Lichtsensor vorbei. Der Licht­ sensor 96 empfängt demgemäß wegabhängig unterschiedliche vom Graukeil 84 reflektierte Lichtmengen. Die Lichtdiode 95 ist über eine Diodenleitung 97 und der Lichtsensor 96 ist über eine Sensorleitung 98 mit der Steuereinrichtung 93 verbun­ den. Der gesamte Verbindungsweg ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 8 nicht eingezeichnet.

Die oben beschriebene Steuereinrichtung unterscheidet sich also von der Regeleinrichtung dadurch, daß bei letzterer ein Wegmesser vorhanden ist, der beim Ausführungsbeispiel durch den Graukeil 94, die Leuchtdiode 95 und den Lichtsensor 96 gebildet ist.

Zum Erzielen einer gewünschten Durchflußmenge wird wie bei der Steuerung am Sollwertgeber 91 ein Wert eingestellt. Aus dem Sollwertsignal berechnet die Steuereinrichtung 90 einen Verstellweg und die zugehörige Soll-Lichtstärke vom Lichtsensor 96. Diese ist bei geschlossenem Ventil maximal. Die Steuereinrichtung 90 steuert dann über die Steuerleitung 93 die Spule 75 an, was dazu führt, daß sich das Steuerrohr 27 nach oben verschiebt und damit die Ist-Lichtstärke vom Licht­ sensor 96 abnimmt. Die Steuereinrichtung 90 vergleicht die Ist-Lichtstärke mit der Soll-Lichtstärke und erhöht den Strom an die Spule 75 so lange, bis die beiden Lichtstärken übereinstimmen. Dann ist genau der Verstellweg erzielt, der der am Sollwertgeber 91 eingestellten Durchflußmenge ent­ spricht.

Ein weiteres Beispiel für eine Steuerung wird nun anhand von Fig. 9 erläutert. Mit den bereits beschriebenen Steueran­ schlüssen 78 ist jeweils ein Ausgang einer Hydraulikpumpe 99 verbunden, die konstante Verdrängungsmenge pro Umdrehung auf­ weist. Die Pumpe 99 wird von einem Motor 100 angetrieben, dessen Umdrehungszahl, ausgehend von einer Nullage und dessen Drehrichtung, über Motorsteuerleitungen 101 von einer Steuer­ einrichtung 90 festgelegt wird. Die Steuereinrichtung 90 er­ hält ein Sollwertsignal für die Durchflußmenge von einem Sollwertgeber 91. Bei dieser Anordnung entspricht jedem von der Hydraulikpumpe 99 geförderten Volumen ein bestimmter Ver­ stellweg des Steuerrohres 27. Wie groß das Volumen ist, ist über die Umdrehungszahl des Motors 100 bestimmt.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 könnte ein Weggeber vorhanden sein, um statt einer Steuerung eine Regelung durchführen zu können.

Ein Ventil mit einer Ansteuerung gemäß Fig. 8 hat den Vor­ teil, daß es bei Stromausfall automatisch schließt, da dann die Spule 75 nicht mehr mit Spannung versorgt wird und demge­ mäß die Schließfeder 43 das Steuerrohr 27 auf die gehäusefeste Ventilsitzeinrichtung drückt. Um ein solches automatisches Schließen auch bei der hydraulischen Ansteuerung gemäß Fig. 9 erzielen zu können, sind die beiden Ausgänge der Hy­ draulikpumpe 99 über eine Kurzschlußleitung 102 verbunden, in der ein Sicherheitsventil 103 liegt, das von der Steuer­ einrichtung 90 über eine Ventilleitung 104 angesteuert wird und bei fehlender Spannung geöffnet ist. Dadurch sind bei fehlender Spannung die beiden Steueranschlüsse 78 direkt mit­ einander verbunden, so daß dann, wenn das Steuerrohr 27 und damit der Kolbenteil 76 unter Einfluß der Federkraft einer Schließfeder nach unten in den Schließzustand des Ventil ge­ drückt werden, Hydraulikflüssigkeit aus dem unteren Steueran­ schluß durch das Sicherheitsventil 103 hindurch in den oberen Steueranschluß und damit den Raum über dem Kolbenteil 76 hineingedrückt werden kann. Daher geht auch dieses Ventil bei Stromausfall in den geschlossenen Zustand über.

Mit den er­ findungsgemäßen Ventilen ist es möglich für praktische Anwen­ dungen zufriedenstellend arbeitende gesteuerte Proportional­ ventile herzustellen. Diese sind erheblich einfacher aufge­ baut als geregelte Ventile, da ein Meßaufnehmer zum Gewinnen des jeweiligen Ist-Wertes einer zu überwachenden Größe ent­ fallen kann. Bei den gesteuerten Ventilen geht das Steuer­ rohr bei Spannungsausfall schnell und sicher in den Schließ­ zustand über.

Claims (13)

1. Druckentlastetes Ventil
mit einem Gehäuse mit gehäusefester Ventilsitzeinrich­ tung,
mit einem hohlen Steuerrohr, das in geschlossenem Zustand des Ventils mit seinem einen Ende unter Einhalten eines Sitzdurchmessers auf der Ventilsitzein­ richtung aufsitzt, wodurch ein Rohrinnendruck-Raum und ein Rohraußendruck-Raum gebildet sind,
der Außenwand des Steuerrohres und
mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen des Steuerrohres in dessen Längsrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
mindestens eine der Dichtungen bzw. die Dichtung durch einen Balg (32, 33; 53; 65, 66) gebildet ist, der einerseits fest mit dem Gehäuse (21, 22, 23; 85) und andererseits fest mit dem Steuerrohr (27) verbunden ist, und daß
der Sitzdurchmesser (31) so groß ist wie der neutrale Balgdurchmesser (NBD), für den gilt: mit
Δp: Differenz zwischen Außendruck und konstant gehaltenem Innendruck am Balg
ΔF: Durch die Druckdifferenz hervorgerufene Kraft auf eine Platte, die mit einem Ende des Balges verbun­ den ist und dieses Ende dicht umschließt, wobei das andere Balgende ortsfest gehalten wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg ein Membranbalg (65, 66) ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Balg (32, 33; 53) möglichst nahe einem Ende des Steuerrohres (27) an diesem befestigt ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse einen ersten Außenrohrabschnitt, in den das dem Ventilsitz abgewandte Ende des Steuerrohres ragt, einen Verstellabschnitt und einen zweiten Außenrohrabschnitt aufweist, in den das sitzseitige Ende des Steuerrohres ragt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Anordnung eines einzigen Balges die­ ser zwischen dem Verstellabschnitt (22) und demjenigen Abschnitt des Steuerrohres (27), der der Ventilsitz­ einrichtung (25) abgewandt ist, angeordnet ist und daß der Innenraum des Balges mit dem Rohraußendruck-Raum druckleitend verbunden ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse einen ersten Außenrohrabschnitt, in den das dem Ventilsitz abgewandte Ende des Steuerrohres ragt, einen Verstellabschnitt und einen zweiten Außenrohrabschnitt aufweist, in den das sitzseitige Ende des Steuerrohres ragt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Anordnung eines einzigen Balges dieser zwischen dem Verstellabschnitt (22) und dem sitzseitigen Abschnitt des Steuerrohres (27) angeordnet ist und daß der Innenraum des Balges mit dem Rohrinnendruck-Raum (40) druckleitend verbunden ist.

6. Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse einen ersten Außenrohrabschnitt, in den das dem Ventilsitz abgewandte Ende des Steuerrohres ragt, einen Verstellabschnitt und einen zweiten Außenrohrabschnitt aufweist, in den das sitzseitige Ende des Steuerrohres ragt, gekennzeichnet durch einen ersten Balg (32) zwischen dem Verstellab­ schnitt (22) und demjenigen Abschnitt des Steuerrohres (27), der der Ventilsitzeinrichtung (25) abgewandt ist, und einen zweiten Balg (33) zwischen dem Verstellab­ schnitt (22) und dem sitzseitigen Abschnitt des Steuer­ rohres (27), wobei der zweite Balg dieselben Abmessungen und Eigenschaften aufweist wie der erste Balg.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des ersten Balges (32) mit dem Innenraum des zweiten Balges (33) über eine Drossel (79) verbunden ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenräume der Bälge (32, 33) und die Verbindungsleitung zwischen ihnen mit einem Fluid gefüllt sind.

9. Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse einen An­ schlußabschnitt mit zwei Anschlußstutzen und einer Ventilsitzeinrichtung mit einer Achse im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Stutzen und einen Antriebs­ abschnitt aufweist, der das Steuerrohr enthält, dessen Längsachse mit der Achse des Ventilsitzes zusammen­ fällt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung eines einzigen Balges (53) dieser zwischen dem Antriebsab­ schnitt und dem sitzseitigen Abschnitt des Steuerrohres (27) angeordnet ist und daß der Innenraum des Balges mit dem Rohrinnendruck-Raum (40) druckmittelverbunden ist.

10. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzeinrichtung (25) und das sitzseitige Ende des Steuerrohres (27) so geformt sind, daß sich die Durch­ flußmenge des Ventils im wesentlichen proportional mit dem Verstellweg des Steuerrohres ändert.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wegaufnehmer (94, 95, 96) vorhanden ist, der den Verstellweg des Steuerrohres (27) mißt.

12. Ventil nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (90), die mit der Verstelleinrichtung verbunden ist und diese so ansteuert, daß eine gewählte Durchflußmenge erzielt wird.

13. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg in Verlängerung des Steuerrohres (27) mit dessen sitzabgewandtem Ende (70) verbunden ist.