DE563434C - Entlastetes Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf entlastete Ventile, die aus einem unter dem Einfluß des Druckmittels stehenden Hauptventil und einem an der Betätigungsspindel befestigten Hilfsventil bestehen, wobei ein mit dem Hauptventil verbundener Kolben mit dem Ventilgehäuse eine Druckkammer bildet, die einerseits mit der Druckmittelzuleitung und andererseits mit dem Druckmittelverbrauchsraum Verbindung hat und wobei die letztgenannte Verbindung durch den Abschluß des Hilfsventils unterbrochen wird. In der Abschlußstellung ist das Hauptventil durch den Druck in der Druckkammer belastet. Dieser Belastung wirkt eine kleinere Kraft entgegen, welche das Druckmittel auf die Unterseite des Kolbens ausübt und welche bestrebt ist, das Hauptventil zu öffnen. Bei Öffnung des Hilfsventils fällt der Druck in der Druckkammer rasch ab, so daß die Öffnungskraft überwiegt und das Hauptventil in die Offenstellung führt.

Bei entlasteten Ventilen dieser Art ist es erforderlich, daß die Bewegung des Hauptventils möglichst genau beherrscht wird, derart, daß ein stoßartiges Auftreffen des Hauptventils auf das Hilfsventil und umgekehrt ein Zurückschleudern des Hauptventils auf seinen Sitz vermieden werden.
Diesem Erfordernis hat man dadurch zu entsprechen versucht, daß der mit dem Hauptventil verbundene Kolben mit großem Querschnitt ausgeführt wurde, so daß er als ausgesprochener Dämpfungskolben wirkt; weiterhin dadurch, daß in der Verbindung zwischen der Druckkammer und der Druckmittelzufiußleitung bzw. dem Druckmittelverbrauchsraum eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen wurde. Diese Dämpfungseinrichtung sorgte für den erforderlichen Druckabfall in der Druckkammer bei Öffnung des Hilfsventils, während der Dämpfungskolben das sich öffnende Hauptventil im richtigen Zeitpunkt abbremste.

Diese Ausführung des entlasteten Ventils genügte jedoch nicht den praktischen Bedürfnissen, und zwar einerseits wegen der zu großen Ausmaße des Ventils und andererseits wegen zu großer Empfindlichkeit beiÄnderungen des Widerstandes, den das Hauptventil bei seiner Öffnungsbewegung findet. Beispielsweise hat es sich gezeigt, daß schon bei geringer Verzögerung der Öffnung des Hauptventils durch Klemmen des Druckkolbens usw. das Hauptventil zum Hämmern neigt, d. h. abwechselnd gegen das Hilfsventil und seinen Sitz geschleudert wurde.

Eine wesentliche Verbesserung des entlasteten Ventils und insbesondere eine Verringerung seiner Ausmaße wurden dadurch erzielt, daß das Ventil mit zwei Drosselungen ausgestattet wurde. Eine dieser Drosselungen beherrschte die Verbindung zwischen der Druckkammer und dem Druckmittelzufluß, während die andere Drosselung zwischen dem Druckmittelzufiuß und dem Ventilsitz angeordnet war. Ein derartiges Ventil ist in Abb. 4 der Zeichnung dargestellt. Das Reglergehäuse besteht aus dem Sitzkörper 1 mit der Sitzfläche 2, dem Gehäuseunterteil 3 und dem Gehäuseoberteil 4. Inner-

halb des Gehäuses ist das Hauptventil 5 untergebracht, welches am oberen Ende des Kolbens 6 mit Dichtungsring 7 ausgebildet ist. Das Hauptventil 5 ruht auf der Sitzfläche 2 auf und bildet mit dem Gehäuseoberteil 4 eine Druckkammer 8, welche über die Öffnungen 9 mit dem Einströmkanal 10 für das Druckmittel verbunden ist und andererseits durch den Durchzug 11 mit dem Verbrauchsraum verbunden werden kann. Der Durchzug 11 wird durch das Hilfsventil 12 geschlossen, welches an der Spindel 13 befestigt ist. An der Ventilspindel 13 ist ein Anschlag 17 befestigt, welcher, nachdem das Hilfsventil 12 um ein gewisses Maß geöffnet ist, die Öffnungen 9 zunehmend abdrosselt. Das obere Ende der Spindel 13 ist mit dem Reglergestänge (nicht dargestellt) verbunden.

Zwischen der Innenwand des Gehäuseunterteils 3 und dem unteren Teil des Hauptventils 5 ist ein enger Ringspalt 15 vorgesehen. Oberhalb dieses Ringspaltes liegen die Durchströmöffnungen 16, durch welche der Dampf aus dem Einströmkanal 10 zum Hauptventil 5 gelangt. Diese Durchströmöffnungen 16 sind, wie Abb. 3 der Zeichnung erkennen läßt, herzformähnlich oder keilförmig ausgebildet.

Der in Abb. 4 dargestellte Ventilregler verhält sich im Betrieb wie folgt:

Das Druckmittel, welches durch den Kanal 10 zuströmt, gelangt durch die Öffnungen 16 und 9 in die Druckkammer 8 und durch den engen Ringspalt bis an den Ventilsitz 2. Dadurch übt das Druckmittel gleichzeitig einen Druck auf die Oberseite des Hauptventils 5 und auf die Unterseite des Kolbens 6 aus. Da die auf das Hauptventil 5 wirkende Abschlußkraft größer ist als die von unten auf den Kolben 6 wirkende Öffnungskraft, wird das Hauptventil 5 in der Abschlußlage festgehalten.

Während des Öffnungshubes des Hilfsventils 12 strömt das Druckmittel in ständig zunehmender Menge aus der Druckkammer 8 in den Verbrauchsraum ab. Die Querschnitte der Öffnungen 9 und des Durchzugs 11 sind so bemessen, daß auch bei voller Freigabe des Durchzuges 11 die das Hauptventil 5 schließende Kraft die Öffnungskraft überwiegt und somit das Hauptventil 5 auf seinem Sitz verbleibt. Bei weiterer Öffnung des Hilfsventils wird jedoch die Zuströmung des Druckmittels durch die Öffnungen 9 zunehmend gedrosselt, und zwar durch den Anschlag 17, so daß die Öffnungskraft zu überwiegen beginnt und das Hauptventil 5 öffnet. Bei der Öffnungsbewegung des Hauptventils wird die Drosselung der Öffnungen 9 jedoch wieder aufgehoben, so daß der Druck in der Druckkammer 8 steigt und die Geschwindigkeit des Hauptventils 5 auf die Geschwindigkeit des Hilfsventils 12 abgebremst wird. Der Abflußspalt, der sich beim Öffnen des Hauptventils zwischen seiner Sitzfläche und der Sitzfläche 2 bildet, wächst schon gleich nach dem Beginn des Hauptventilhubes über die Fläche des engen Ringspaltes 15 hinaus. Da die Druckmittelzuflußöffnungen 16, die die Fortsetzung des Ringspaltes 15 bilden, sich nach Abb. 3 von unten nach oben erweitern, so bleibt die Fläche des Abflußspaltes unter dem Hauptventilsitz auch bei dem weiteren Hube des Hauptventils immer größer als die Fläche des Frischdampf-Zuflusses. Der durch den Abflußspalt abströmende Dampf übt daher nur beim Beginn des Hauptventilhubes eine Beschleunigungskraft auf das Hauptventil aus, und diese Kraft sinkt fast sofort nach ihrem Entstehen wieder auf den Wert Null zurück.

Es ist leicht verständlich, daß die beschriebenen Verhältnisse eine genaue Abstimmung der Öffnungs- und Abschlußkraft voraussetzen und daß die beschriebene Arbeitsweise sofort gestört wird, wenn die Abstimmung zwischen den beiden Kräften verlorengeht.

In der Praxis hat es sich wiederholt gezeigt, daß diese Abstimmung zwischen der Öffnungsund Abschlußkraft tatsächlich großen Veränderungen unterworfen ist, und zwar wurde dies immer beobachtet, wenn das Hauptventil nicht mehr genau auf seinem Sitz aufruhte; der genaue Sitz z. B. ging, wie wiederholt beobachtet werden konnte, fast regelmäßig verloren, wenn das Hauptventil auf seinem Sitz in der Reparaturwerkstätte auf geschliffen wurde, und zwar ergaben sorgfältige Untersuchungen, daß nach dem Aufschleifen des Hauptventils dieses nur mit der Innenkante auf dem Sitz aufruhte. Zwischen den beiden Drchtungsflächen klaffte deshalb ein keilartiger Ringhohlraum, in welchen das Druckmittel einströmte. Das Druckmittel entlastete daher das Hauptventil so stark, daß es sich schon bei Beginn und nicht erst, wie es sollte, am Ende der Drosselung des Druckmittelzuflusses zur Druckkammer öffnete. Die Beschleunigung des Hauptventils hob infolgedessen die Drosselung des Druckmitteleintrittes in die Druckkammer auf, und das 10g Druckmittel gelangte ungedrosselt in die Druckkammer und verstärkte darin den Gegendruck über das zum Abbremsen der Hauptventilbeschleunigung erforderliche Maß. Dieser Drucküberschuß schleuderte das Hauptventil in die no Abschlußlage zurück und leitete dadurch ein längeres Hämmern des Hauptventils ein, das sich zuweilen bis zur Zerstörung des Hauptventils steigerte.

Die vorüegende Erfindung bezweckt, diesen Nachteil der bekannten entlasteten Ventile, entsprechend Abb. 4 der Zeichnung, der auf das häufige Fehlen einer genauen Flächenauflage des Hauptventils auf seinem Sitz zurückzuführen ist, zu vermeiden.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß einerseits eine Drosseleinrichtung zwischen der

Druckmittelzuleitung und dem Sitz des Hauptventils und andererseits eine zweite mit dem Hilfsventil verbundene Drosseleinrichtung von allmählich zunehmender Eröffnung in dem Durchzug zwischen der Druckkammer und dem Verbrauchsraum angeordnet ist.

Hierbei ist die mit dem Hilfsventil verbundene Drosseleinrichtung zweckmäßig so ausgebildet bzw. die durch diese Drosseleinrichtung bewirkte ίο Drosselung mit dem Druckmittelzufluß in die Druckkammer derart abgestimmt, daß die Beschleunigung des sich öffnenden Hauptventils abgebremst ist, noch bevor es auf das Hilfsventil auftreffen kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Anordnung mechanischer Mittel, z. B. die Anordnung eines an der Spindel befestigten Mitnehmers, vorgeschlagen, welcher das Hauptventil bewegt, wenn dasselbe die Lage erreicht, bei welcher der Druckunterschied zwischen dem Zu- und Abfiußraum des Ventils nicht mehr zur selbsttätigen Steuerung ausreicht.

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Abb. ι bis 3 der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform dargestellt.

Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführung des entlasteten Ventils soll sich auf die Unterschiede gegenüber der bekannten Ventilausführung entsprechend Abb. 4 beschränken. Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist eine Drosselung der Verbindungsöffnungen 9 zwischen dem Druckmittelzufluß 10 und der Druckkammer 8 vermieden. Statt dessen ist das Hilfsventil 12 unten mit einem konisch ausgebildeten Drosselkörper 14 verbunden, der in den Durchzug 11 hineinragt.

Auch die Arbeitsweise des Ventils nach Abb. 1 bis 3 soll nur soweit angegeben werden, wie sie von der Arbeitsweise des Ventils nach Abb. 4 abweicht.

Während des Öffnungshubes des Hilfsventils 12 strömt das Druckmittel in ständig zunehmender Menge aus der Druckkammer 8 in den Verbrauchsraum ab. Sobald dann der Druckmittelabfraß aus der Kammer den Druckmittelzufluß aus dem Kanal 10 überwiegt, sinkt die Abschlußkraft unter den Wert der Öffnungskraft, und letztere öffnet nun das Hauptventil 5.

Bei seinem Öffnungshub entfernt sich das Hilfsventil 12 immer weiter von seiner Sitzfläche im Hauptventil. Da der Drosselkörper 14 an dem Hilfsventilhub teilnimmt, vergrößert der den zwischen ihm und der inneren Kante der Hilfsventilöffnung entstehenden Abflußspalt so lange, bis das Hauptventil 5 durch das Überwiegen der Öffnungskraft geöffnet wird.

Die die Öffnung des Hauptventils 5 bewirkende stoßartige Beschleunigungskraft bringt das Hauptventil 5 und den Hilfsventüsitz immer näher an das Hilfsventil 12 heran. Es verringert sich also nunmehr wieder zunehmend die Fläche { des vorher freigelegten Abflußspaltes zwischen der Wand der Hilfsventilöffnung 11 und dem Drosselkörper 14, so daß der Druckmittel-■ ausfluß aus der Kammer 8 mehr und mehr abj gedrosselt wird. Diese Abdrosselung schreitet ^; dann so lange fort, bis dadurch in der Druckkammer 8 der Druck erreicht ist, bei welchem die Geschwindigkeit des Hauptventils 5 bis auf die Geschwindigkeit des Hilfsventils 12 abgebremst ist.

Der Drosselkörper 14 ist so ausgebildet, daß der Geschwindigkeitsausgleich zwischen den Ventilen 5 und 12 sich selbst dann noch in genügend großem Abstand zwischen dem Hilfsventil 12 und seiner Sitzfläche im Hauptventil nur mit dem Innenrand seines Sitzes auf dem Sitz 2 abdichtet. Da das aufgehende Hauptventil 5 das Hilfsventil 12 nicht berührt und daher auch nicht den Druckmittelabfluß aus der Kammer 8 unterbricht, so kann in der Druckkammer 8 auch niemals ein höherer als der zum Geschwindigkeitsausgleich erforderliche Druck entstehen. Das Hauptventil 5 kann deshalb niemals in die Abschlußlage zurückgeworfen werden und dann hämmernde Bewegungen ausführen.

Nachdem Geschwindigkeitsausgleich zwischen den beiden Ventilen 5 und 12 bewegt sich das Hauptventil 5 mit der Geschwindigkeit der Spindel 13, solange diese gleichförmig bleibt. Entsteht aber z. B. durch Beschleunigung, Verzögerung, Unterbrechung oder Richtungsänderung des Spindelhubes o. dgl. ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Ventilen 5 und 12, so verändert sich sofort die relative Lage des Drosselkörpers 14 gegenüber dem Druckmitteldurchzug 11. Diese Verschiebung dauert so lange, bis durch die dadurch bewirkte Verstärkung oder Verringerung der Drosselung des abfließenden Druckmittels zwischen den beiden Steuerorganen die gegenseitige Lage erreicht ist, bei welcher der Druck in der Druckkammer 8 das Hauptventil 5 wieder mit der Geschwindigkeit der Spindel 13 bewegt. Dieser selbsttätige Geschwindigkeitsausgleich vollzieht sich fast augenblicklich. Nach der Vernichtung seiner Beschleunigung hat daher das Hauptventil 5 bis zur Rückkehr in die Abschlußlage praktisch immer die gleiche Geschwindigkeit wie die Spindel 13 bzw. das Hilfsventil 12. Das Hauptventil 5 bewegt sich demnach immer in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Spindel 13. Bei Unterbrechung des Spindelhubes bleibt auch das Hauptventil 5 sofort stehen. Ebenso setzt sich das Hauptventil 5 dann auch wieder in der Richtung und mit der Geschwindigkeit der Spindel 13 in Bewegung, sobald die Spindel 13 und mit ihr das Hilfsventil 12 nach oben oder nach unten verschoben wird, gleichgültig, ob der neue Spindelhub groß oder nur sehr klein ist.

Bei Annäherung des Hauptventils 5 an das Hubende wird der Unterschied des Druckmitteldruckes vor und hinter dem Hauptventil 5 zu gering, um das Hauptventil 5 bis in die volle Öffnungsstellung zu tragen. Um trotzdem eine volle Öffnung des Hauptventils zu ermöglichen und eine Drosselung des Druckmittels beim Durchgang durch das Hauptventil 5 möglichst vollständig zu vermeiden, ist auf der Spindel 13 der Mitnehmer 17 angeordnet, welcher sich gegen ein Widerlager am oberen Rande des Hauptventils 5 legt und dadurch das Hauptventil 5 in die volle Offenlage führt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Entlastetes Ventil mit unter dem Einfluß des Druckmittels stehendem Hauptventil und mit an der Betätigungsspindel befestigtem Hilfsventil, wobei ein mit dem Hauptventil verbundener Kolben mit dem Ventilgehäuse eine Druckkammer bildet, welche einerseits mit der Druckmittelzuleitung und andererseits mit dem Druckmittelverbrauchsraum Verbindung hat und wobei eine dieser Verbindungen durch eine Drosseleinrichtung beherrscht wird, derart, daß bei Öffnung des Hilfsventils der Druck in der Druckkammer sinkt und die Öffnung des Hauptventils unter dem Einfluß des Druckmittels gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits eine Drosseleinrichtung (15) in an sich bekannter Weise zwischen der Druckmittelzuleitung (10) und dem Sitz (2) des Hauptventils (5) und andererseits in ebenfalls an sich "bekannter 3£ Weise in dem durch das Hilfsventil (12) absperrbaren Druckmitteldurchzuge (11) zwischen Druckkammer (8) und Verbrauchsraum eine zweite mit dem Hilfsventil (12) verbundene Drosseleinrichtung (14) von allmählich zunehmender Eröffnung angeordnet sind.
2. 2. Entlastetes Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung der mit dem Hilfsventil (12) verbundenen Drosseleinrichtung (14) bzw. durch die Abstimmung der dadurch bewirkten Drosselung mit dem Druckmittelzufluß in die Druckkammer (8) derart, daß die Beschleunigung des sich öffnenden Hauptventils (5) abgebremst ist, noch bevor es auf das Hilfsventil auftreffen kann.
3. 3. Entlastetes Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichung einer Hauptventillage, bei welcher der Druckunterschied zwischen dem Zu- und Abflußraum des Ventils nicht mehr zur selbsttätigen Steuerung ausreicht, das Hauptventil 5 während des weiteren Hubes durch mechanische Mittel, z. B, durch einen an der Spindel (13) vorgesehenen Mitnehmer (17), bewegt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen