DE68906972T2

DE68906972T2 - Stroemungssteuerventile.

Info

Publication number: DE68906972T2
Application number: DE8989306188T
Authority: DE
Inventors: Francis Xavier Kay
Original assignee: FXK Patents Ltd
Current assignee: FXK Patents Ltd
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2009-06-20
Also published as: EP0350177A1; GB8814925D0; DE68906972D1; EP0350177B1; US4949746A; JPH0276902A

Description

Diese Erfindung betrifft Strömungssteuerventile des Typs, in dem eine Strömung durch eine Ausflußöffnung, die durch ein auf die Öffnung zu und davon weg bewegliches Verschlußteil gesteuert wird, eine Ventilsteuerwirkung schafft. Solche Ventile enthalten oft eine Steueröffnung im Strömungsweg stromauf der Ausflußöffnung, wobei diese Steueröffnung von kleinerem Querschnitt als die Ausflußöffnung ist, so daß der Druck der Strömung zwischen der Steueröffnung und der Ausflußöffnung durch den Strömungsdurchsatz durch die Ausflußöffnung beeinflußt werden kann, der vom Verschlußteil gesteuert wird. In dieser Anordnung wird der Fluiddruck zwischen der Ausflußöffnung und der Steueröffnung dazu verwendet, ein Ventilteil zu betätigen, zum Beispiel dadurch, daß er auf ein Seite eines zur Betätigung eines Ventilteils dienenden, doppeltwirkenden Kolbens oder einer Membran angelegt wird. Die Erfindung wird in Verbindung mit dieser Anordnung erläutert, aber die Erfindung ist, wie dargelegt wird, ebenso auf Strömungssteuerventile ohne eine solche Steueröffnung anwendbar, d.h. Ventile, in denen das Verschlußteil eine einfache Strömungssteuerfunktion ausübt, wie in einem Kegelventil.
Fluidsteuerventile dieses Typs sind in der US-A-2 963 267 und US-A-3 817 488 offenbart. Die US-A-2 963 267, die den Stand der Technik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 darstellt, offenbart ein Ventil mit einer Ausflußmündung und einem auf diese Mündung zu und davon weg bewegbaren Verschlußteil, um die Mündung für eine Strömung dadurch zu öffnen und zu schließen, wobei die Ausflußmündung eine Öffnung hat, die durch eine scharfe Kante begrenzt ist, auf welche sich das Verschlußteil setzt, um die Mündung zu schließen. Die US-A-3 817 488 offenbart andererseits ein Magnetventil mit einer Ausflußmündung und einem Verschlußteil in Form einer dünnen Membran, die den Anker des Magnetkreises der Spule bildet, wobei der Magnetkreis eine Wand einschließt, die die Ausflußmündung umgibt und mit radialem Abstand dazu angeordnet ist, um mit dem Membrananker zusammenzuwirken, um die Bewegung und die Verbiegung davon zu begrenzen, und auch um den magnetischen Fluß zu steuern. Diese Wand hat keine dynamische Wechselwirkung mit dem Fluid, das aus der Ausflußöffnung austritt, wenn die letztere durch eine Bewegung des Ankers davon weg geöffnet wird, um die Beziehung zwischen der Ankerstellung und dem Fluiddruck stromauf der Mündung zu beeinflussen.
Typischerweise ist die Ausflußmündung in Strömungssteuerventilen dieser Art als eine Öffnung in einer im allgemeinen konvexen Oberfläche gegenüber dem Verschlußteil ausgebildet, wobei sich die tatsächliche Form dieser Fläche normalerweise aus einer Überlegung zur einfachsten Herstellung ergibt. Die Form dieser Fläche beeinflußt aber die Beziehung zwischen der Stellung des Verschlußteils und dem Fluiddruck unmittelbar stromauf der Ausflußmündung über einen kleinen Bereich von Stellungen des Verschlußteils relativ zur Ausflußmündung, und dieser Effekt kann genutzt werden, um die Leistungsfähigkeit des Ventils zu verbessern. Wenn der Fluiddruck unmittelbar stromauf der Ausflußmündung, zum Beispiel zwischen der Ausflußmündung und einer kleineren Steueröffnung stromauf für verschiedene Stellungen des Verschlußteils gemessen wird, findet man, daß dieser "Rückdruck" zwischen einem Maximum, wenn das Verschlußteil die Ausflußmündung praktisch abdichtet, und einem Minimum, wenn das Verschlußteil von der Ausflußmündung einen Abstand von ungefähr 1/3 des Durchmessers der Ausflußmündung einnimmt, variiert. Wen die Ergebnisse graphisch dargestellt werden, gibt es für die meisten Stellungen des Verschlußteils zwischen diesen Extremen eine regelmäßige Beziehung zwischen dem Rückdruck und der Stellung des Verschlußteils: d.h., daß die Darstellung im wesentlichen eine glatte Kurve ist. In einem kleinen Gebiet von Stellungen ist die Beziehung allerdings unregelmäßig, was zu einer Störung in der Kurve Anlaß gibt. Das Ausmaß der Unregelmäßigkeit hängt von der Form der dem Verschlußteil gegenüberstehenden Fläche ab, in der die Ausflußmündung ausgebildet ist. Möglicherweise zufällig ist die Unregelmäßigkeit am kleinsten, d.h. die Störung ist am wenigsten ausgeprägt, wenn die Ausflußmündung durch eine relativ scharfkantige Öffnung in einer konvexen, d.h. kegelstumpfförmigen Fläche gegenüber dem Verschlußteil gebildet wird, was die herkömmliche Anordnung bei diesem Ventiltyp darstellt, siehe "The Development of some Low Pressure Jet Sensing Techniques" (F.X. Kay), Paper No. 21 der First European Fluid Power Conference, National Engineering Laboratory, East Kilbride, Scotland, September 1973.
Die Erfindung besteht in der Ausnutzung dieser Unregelmäßigkeit, um vorteilhafte Eigenschaften in einem Strömungssteuerventil des vorgenannten Typs zu erzielen. Daher wird in einem erfindungsgemäßen Strömungssteuerventil die vorgenannte Unregelmäßigkeit durch eine geeignet Wahl der Gestalt der die Ausflußmündung umgebenden und dem Verschlußteil gegenüberstehenden Oberfläche verstärkt. Zusätzlich wird in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung das Verschlußteil empfindlich für die statischen und dynamischen Kräfte gemacht, die durch das Fluid, welches durch die Ausflußmündung fließt, darauf ausgeübt werden, so daß die Wirkung der besagten Druckunregelmäßigkeit ergänzt wird.
Auf diese Weise schafft die Erfindung ein Strömungssteuerventil mit einer Ausflußmündung und einem Verschlußteil, das auf die Mündung zu und davon weg bewegbar ist, um die Mündung für eine Strömung dadurch zu öffnen und zu schließen, wobei die Ausflußmündung eine Öffnung hat, die durch eine scharfe Kante begrenzt ist, auf welche sich das Verschlußteil setzt, um die Mündung zu schließen, gekennzeichnet durch eine ringförmige Wand, die den Rand der Öffnung mit radialem Abstand außerhalb umgibt, wobei die radiale Dicke der Wand (36) im Verhältnis zum äußeren Durchmesser (e) der Wand (36) an ihrem dem Verschlußteil gegenüberliegenden Ende schmal ist.
Für die Zwecke dieser Erfindung bedeutet "schmal" in bezug auf das Ende der dem Verschlußteil gegenüberstehenden Wand, daß die radiale Dicke der Wand an ihrem besagten Ende so klein sein sollte, wie es zweckmäßig ist, wobei Überlegungen zur Herstellung und Materialbeanspruchung berücksichtigt werden sollten. Wie im einzelnen hiernach erörtert wird, kann das Ende der Wand abgerundet oder abgeschrägt sein.
Tatsächlich ist diese Anordnung von Ausflußmündung und umgebender Wand gleichwertig mit der einer Öffnung in einer konkaven, umgebenden Oberfläche, wodurch die vorgenannte Unregelmäßigkeit in der Eeziehung zwischen Rückdruck und Verschlußteilstellung maximiert wird und das Ventil die hiernach erläuterten Wirkungsvorteile erhält. Die herkömmliche Anordnung einer Öffnung in einer konvexen umgebenden Oberfläche hat allerdings einige Vorteile, indem eine Dichtwirkung bei geringem Schub auf das Verschlußteil ermöglicht wird, was bei schnell wirkenden Vorrichtungen wünschenswert ist, und in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden diese Vorteile der herkömmlichen Anordnung beibehalten, indem der Ausflußmündung eine Konfiguration gegeben wird, die die Abdichtvorteile der konvexen umgebenden Oberfläche und die Wirkungsvorteile einer konkaven umgebenden Oberfläche sicherstellt.
Daher wird die Ausflußmündung vorzugsweise durch eine Öffnung in einem konvexen ringförmigen Steg festgelegt, der von der besagten Wand begrenzt wird. Der konvexe ringförmige Steg kann z. B. eine Halbkugel- oder kegelstumpfförmige Fläche umfassen, die die Öffnung umgibt und von der Wand begrenzt wird. Zwischen dem konvexem Steg und der Wand kann ein flacher Ringraum liegen.
Darüber hinaus ist die Ausflußmündungsöffnung vorzugsweise mehr nach vorn, d.h. näher an dem Verschlußteil, als das vordere Ende der besagten Wand angeordnet. Das Verschlußteil kann zahlreiche Formen annehmen. Es kann z. B. einen schwenkbaren Hebel wie in dem bekannten anzapfgesteuerten Hebelsteuerventil aufweisen. Das Verschlußteil kann für mechanische oder elektromechanische Arbeitsweise eingerichtet sein, wie etwa mit einer Magnetspule. Vorzugsweise ist das Verschlußteil entsprechend dem Schub bewegbar, der auf der Ausflußströmung aus der Ausflußmündung beruht.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, in denen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strömungssteuerventils des Typs ist, auf den die Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 schematisch die Beziehung zwischen der Steueröffnung, der Ausflußmündung und dem Verschlußteil in einem Ventil nach Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 eine Darstellung des typischen Verlaufs des Rückdrucks in Abhängigkeit von der Verschlußteilstellung in einem Ventil nach Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine bevorzugte Konfiguration der Ausflußmündung eines erfindungsgemäßen Ventils darstellt;
Fig. 5 schematisch ein hebelartiges Verschlußteil in einem erfindungsgemäßen Ventil darstellt;
Fig. 6 schematisch ein durch eine flexible Membran belastetes Verschlußteil darstellt; und
Fig. 7 schematisch ein durch eine Magnetspule betätigtes Verschlußteil darstellt.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Strömungssteuerventils des Typs, auf den die Erfindung anwendbar ist.
Der spezifische, dargestellte Ventiltyp ist ein doppelt gesteuertes Ventil mit fünf Öffnungen, symbolisch mit 10 bezeichnet, mit einer Spule oder etwas gleichwirkendem, das die gestrichelten Verbindungen in einer ersten Endstellung und die ausgezogenen Verbindungen in einer zweiten Endstellung herstellt, wobei ein Umschalten zwischen diesen Endstellungen durch eine Veränderung des Kräftegleichgewichts erzielt wird, welche auf gegenüberliegende Enden dieser Spule wirken. Bei diesem besonderen Ventiltyp ergibt sich das Kräftegleichgewicht aus einem Servodruck, der an Steueröffnungen 11 und 12 anliegt, und die Anordnung ist so, daß die Spule, wenn der gleiche Servodruck an jeder der Öffnungen 11 und 12 anliegt, zur ersten Endstellung verschoben wird, was daher kommt, daß der Servodruck an der Öffnung 12 eine größere Kraft auf die Spule ausübt als der gleiche Druck, wenn er an Öffnung 11 anliegt. Dieses Ergebnis kann z. B. durch die Wirkung verschieden großer Flächen oder durch eine Federvorspannung erreicht werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Die Folge dieser Anordnung ist, daß das Ventil zwischen seinen beiden Endstellungen hin- und hergeschaltet werden kann, indem der Servodruck an Öffnung 12 gesteuert wird, während ein konstanter Servodruck an der Öffnung 11 beibehalten wird. Fig. 1 erläutert die typische Verbindung einer Servodruckquelle 13 unmittelbar zur Steueröffnung 11 und mittelbar zur Steueröffnung 12 durch eine Verbindung, die eine Drossel oder Steueröffnung 14 einschließt, wobei die Steueröffnung 12 auch mit einer Ausflußmündung 15 verbunden ist, die durch ein Verschlußteil 16 gesteuert wird, welches auf die Ausflußmündung 15 zu und davon weg bewegbar ist. Die Ausflußmündung 15 hat eine Öffnung von größerem Querschnitt als der der Steueröffnung 14, so daß, wenn das Verschlußteil 16 einen gewissen Abstand von der Ausflußmündung aufweist, der Druck an der Steueröffnung 12 praktisch auf null abfällt.
Fig. 2 erläutert schematisch die physikalische Beziehung des Verschlußteils 16 zur Ausflußmündung 15 in der typischen Anordnung eines der schematischen Darstellung nach Fig. 1 entsprechenden Ventils. Die Steuerdruckversorgung von der Quelle 13 durch die Steueröffnung 14 zu Mündung 15 ist dargestellt, wobei die Abzweigverbindung 17 zur Steueröffnung 12 in der Anordnung nach Fig. 1 führt. Wie in Fig. 2 dargestellt, wenn das Verschlußteil 16 einen Abstand von der Mündung 15 aufweist, trifft austretendes Fluid auf das Verschlußteil und wird seitlich abgelenkt, wobei diese Ablenkung und die Strömung des Fluids an der Verschlußteiloberfläche entlang Anlaß zu Anomalien gibt, wenn der Druck an der Verbindung 17 gegen die Stellung des Verschlußteils 16 als dessen Abstand von der Mündung aufgetragen wird.
Fig. 3 zeigt eine typische Auftragung des Drucks an Verbindung 17 - "Rückdruck" - über dem Abstand des Verschlußteils von der Mündung 15, und es ist ersichtlich, daß beim Abstand null, d.h. wenn das Verschlußteil 16 die Ausflußmündung 15 dicht verschließt, der Rückdruck maximal ist und gleich dem Druck an der Quelle 13 im Falle der Anordnung nach Fig. 1 und 2 ist. Im allgemeinen, wenn sich das Verschlußteil von der Mündung 15 wegbewegt, fällt der Rückdruck regelmäßig als eine glatte Kurve bis auf einen Wert von näherungsweise null, wenn typischerweise das Verschlußteil 16 einen Abstand von der Mündung 15 einnimmt, der etwa einem Drittel des Durchmessers der Ausflußmündung entspricht.
Über einen kurzen Abstandsbereich des Verschlußteils von der Mündung 15 ist allerdings die Beziehung zwischen Rückdruck und Verschlußteilstellung unregelmäßig. In der Darstellung von Fig. 3 tritt die Unregelmäßigkeit im Bereich von 2 bis 4 Einheiten des Verschlußteilabstands von der Mündung 15 auf, und es ist ersichtlich, daß sich die Unregelmäßigkeit als eine Störung in dem ansonsten glatten Verlauf des Rückdrucks gegenüber der Verschlußteilstellung ergibt.
In dem Bereich von Verschlußteilstellungen, in dem diese Unregelmäßigkeit auftritt, hier als "kritischer Entfernungsbereich" bezeichnet, zeigt der Rückdruck einen Minimalwert etwa in der Mitte des Bereichs, d.h. wenn das Verschlußteil im in Fig. 3 dargestellten Fall einen Abstand von etwa 3 Einheiten von der Ausflußmündung hat. Dies wird als "durchschnittlicher kritischer Abstand" bezeichnet.
Es wurde gefunden, daß die Größe der Unregelmäßigkeit oder Störung in der Beziehung zwischen Rückdruck und Verschlußteilstellung von der Form der strukturellen Oberfläche abhängt, die die Öffnung der Ausflußmündung umgibt und dem Verschlußteil gegenübersteht. Fig. 2 erläutert die konvenionelle Anordnung der Ausflußmündung 15 mit einer kreisförmigen Öffnung 20, die durch eine scharfe Kante 21 in einer konvexen, d.h. kegelstumpfförmigen Oberfläche 22 begrenzt ist. Es ergibt sich, daß diese besondere Konfiguration eine minimale Unregelmäßigkeit in der Beziehung zwischen Rückdruck und Verschlußteilstellung zur Folge hat.
Deutlichkeitshalber zeigt Fig. 2 das Verschlußteil 16 mit einem großen Abstand von der Ausflußmündung 15. Wie bemerkt, tritt die Unregelmäßigkeit auf, wenn das Verschlußteil relativ nah an der Ausflußmündung ist, und zwar ungefähr bei einem Zehntel des Durchmessers der Öffnung 20.
Man vermutet, daß die Unregelmäßigkeit eine Folge des "Venturieffekts" ist, der sich aufgrund der im allgemeinen radialen Strömung des Fluids aus der Ausflußmündungsöffnung und durch eine schmale Kehle ergibt, die durch den Spalt zwischen dem Verschlußteil und der den Rand der Öffnung festlegenden Kante 21 gebildet wird. Das Fluid wird durch den Spalt beschleunigt und dann verlangsamt, wenn die Breite des Spalts aufgrund der Form der Oberfläche 22 zunimmt. Die Beschleunigung des Fluids wird auf eine Abnahme des Drucks gemäß dem Bernoulliischen Theorem zurückgeführt, eine mildernde Wirkung der Verschlußwirkung des Verschlußteils.
Was auch immer der Grund ist, es wird beobachtet, daß die Unregelmäßigkeit oder die Störung ausgeprägter wird, wenn der Aufbau der Oberfläche der Ausflußmündung, die dem Verschlußteil gegenübersteht, gegenüber dem in Fig. 2 Dargestellten abgeändert wird. D.h., wenn die Oberfläche 22 weniger konvex ausgeführt wird, wird die Unregelmäßigkeit stärker, wobei sich eine maximale Unregelmäßigkeit im Fall einer konkaven Oberfläche mit einer beträchtlichen Breite ergibt, die die Öffnung 20 umgibt.
Erfindungsgemäße Steuerventile nutzen diese Unregelmäßigkeit aus, um erwünschte Betriebseigenschaften zu erzielen.
Steuerventile des Typs, auf den die Erfindung anwendbar ist, sind oft erforderlich, um extrem schnell auf kleine Bewegungen des Verschlußteils anzusprechen. Wenn in einer wie in Fig. 1 dargestellten Ventilanordnung die Öffnungsbewegung des Verschlußteils weg von der Stellung, in der es die Ausflußmündung abdichtet, betrachtet wird, ist ein typisches Erfordernis, daß der Steuerdruck an der Steueröffnung 12 so schnell wie möglich in Folge des Beginns der Bewegung des Verschlußteils abfallen soll. Dies setzt einen schnellen Strömungsaufbau durch die Ausflußmündung voraus, um das zuvor zwischen der Ausflußmündung und der Steueröffnung eingeschlossene Fluid abzuziehen, einschließlich des Fluidvolumens innerhalb des mit der Steueröffnung 12 zusammenhängenden Steuersystems.
Es versteht sich daher, daß durch eine Vergrößerung der Unregelmäßigkeit in der Beziehung zwischen Rückdruck und Verschlußteilstellung der Rückdruck an der Ausflußmündung signifikant abfällt, wenn das Verschlußteil den kritischen Abstandsbereich von der Ausflußmündung erreicht und daher zur Einleitung einer schnellen Strömung durch die Ausflußmündung führt, noch bevor das Verschlußteil die am weitesten entfernte Stellung erreicht, bei der in einer herkömmlichen Anordnung der gleiche Rückdruck erreicht würde. Das bedeutet, daß der ungewöhnlich niedrige Rückdruck, der im kritischen Entfernungsbereich auftritt, einen vergrößerten Druckunterschied schafft, um eine Strömung zu und aus der Ausflußmündung zu beschleunigen.
Darüber hinaus können, sobald die Strömung durch die Ausflußmündung aufgebaut ist, deren dynamische Wirkungen ausgenutzt werden, um eine weitere Öffnungsbewegung des Verschlußteils zu unterstützen und die Ansprecheigenschaften des Ventils weiter zu verbessern.
Fig. 2 erläutert eine bevorzugte Konfiguration der Ausflußmündung eines erfindungsgemäßen Steuerventils. Danach umfaßt der Aufbau der Ausflußmündung, wie er in dieser Figur dargestellt ist, eine Grundkörper 30, der zweckmäßigerweise von rundem Querschnitt ist und eine axiale Bohrung 31 aufweist, die in einer Öffnung 32 endet, welche durch eine scharfe Kante 33 begrenzt ist, die wie in der herkömmlichen Anordnung (Fig. 2) von einer kegelstumpfförmigen Fläche 34 umgeben ist. Außerhalb der kegelstumpfförmigen Fläche 34 befindet sich allerdings eine flache ringförmige Fläche 35, die außen durch eine ringförmige Wand 36 begrenzt wird.
Die Öffnung 32 ist vorzugsweise, wie dargestellt, vorn vor dem vorderen Ende der Wand 36 angeordnet, so daß, wenn die Kante 33 gegen eine flache Abdichtfläche eines Verschlußteils anliegt, ein Spalt zwischen dem Verschlußteil und der Wand 36 besteht.
Die Proportionen der Vorrichtung können verändert werden, um in Betriebseinrichtungen besondere Wirkungen zu erzielen, wobei die in Fig. 4 dargestellten Proportionen in den meisten Anwendungen von Steuerventilen üblicher Größe und herkömmlicher Ausführung geeignet sind.
Daher sind die wichtigen Abmessungen der in Fig. 4 dargestellten Mündung mit (a) als Öffnungsdurchmesser angegeben; (b) der innere Durchmesser der Wand 36; (c) der Vorsprung des Rands 33 der Öffnung vor die Wand 36; (d) die Höhe der Wand 36; und (e) der äußere Durchmesser der Wand 36. In typischen Vorrichtungen mit den angegebenen Proportionen können diese bezeichneten Abmessungen innerhalb folgender Bereiche fallen:
(a) 0,9 bis 3,0 mm
(b) 2,0 bis 10 mm
(c) 0,05 bis 0,5 mm
(d) 0,4 bis 2,00 mm
(e) 3 bis 12 mm.
Daher hat z. B. eine typische Vorrichtung die Abmessungen (a) 0,95 mm; (b) 2,8 mm; (c) 0,25 mm; (d) 0,45 mm; (e) 3,25 mm. Es versteht sich, daß die radiale Dicke der Wand 36 so klein wie zweckmäßig sein sollte, wobei Überlegungen zur Herstellung und Materialfestigkeit berücksichtigt werden sollten, weil das vordere Ende der Wand als eine relativ scharfe Kante gegenüber dem Verschlußteil wirken soll. Bei größeren Abmessungen der Vorrichtung kann das vordere Ende der Wand abgerundet oder abgeschrägt sein.
Bei einem Steuerventil des Typs, auf den die Erfindung anwendbar ist, ist normalerweise der Schub auf das Verschlußteil aufgrund des Drucks des ausströmenden Fluids aus der Ausflußmündung eine Funktion der Fläche der Ausflußmündung und des Grads seines Verschlusses durch das Verschlußteil. In einem Ventil mit einer erfindungsgemäß ausgeführten Ausflußmündung tritt das ausströmende Fluid aber in die Fläche zwischen der Öffnung 32 und der umgebenden Wand 36 ein, und der Schub gegen das Verschlußteil wird in Folge des Fluiddrucks, der dann auf einer größeren Fläche des Verschlußteils wirkt, vergrößert.
Dementsprechend, wenn das Verschlußteil als ein leichtbelasteter Mechanismus ausgebildet ist, wie ein schwenkbarer Hebel mit einem Sitz, der in der geschlossenen Stellung durch eine leichte Feder oder etwas entsprechendes abdichtend gegen die Ausflußmündung gehalten wird, wird der zusätzliche Schub, der erzeugt wird, wenn das Ventil öffnet, einen Teil der Druckbelastung ausgleichen und so eine weitere Öffnungsbewegung des Verschlußteils unterstützen. Wenn das Verschlußteil frei ist, auf den so erzeugten Schub anzusprechen, ist die Wirkung so, daß eine anfängliche Öffnungsbewegung des Verschlußteils durch eine weitere Öffnungsbewegung oder einen "Auftrieb" aufgrund des Schubs des ausfließenden Fluids auf das Verschlußteil ergänzt wird. Mit einer geeigneten Bauart kann eine Schnappwirkung erzielt werden.
Während die Erfindung auf Steuerventile mit mechanisch betätigten Verschlußteilen anwendbar ist, ist sie ebenfalls anwendbar und besonders nützlich in Strömungssteuerventilen mit Verschlußteilen, die durch Fluiddruck oder magnetischen Einfluß betätigt werden, wie in einem magnetgesteuerten Ventil, weil solche Einrichtungen es dem auf das ausströmende Fluid zurückzuführenden Schub ermöglichen, die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils auf ein Öffnungssignal zu verbessern.
Fig. 5, 6 und 7 erläutern verschiedene Anwendungen der Erfindung. Fig. 5 erläutert die Anwendung der Erfindung in einem Hebelauslaßventil, in dem das Verschlußteil als ein bei 51 schwenkbar gelagerter Hebel 50 dargestellt ist und einen flexiblen Sitz 52 zum Zusammenwirken mit einer Ausflußmündung 53 der in Fig. 4 dargestellten Konfiguration hat und auch die charakteristische Wand 36 von dort hat. Der Hebel 50 wird durch eine leichte, mit 54 bezeichnete Feder belastet und ist in der geschlossenen Ventilstellung dargestellt, in der der Sitz 52 auf die Kante greift, die die Öffnung der Ausflußmündung begrenzt.
Fig. 6 erläutert ein Verschlußteil 60 in Form einer flexiblen Membran, die eine in einer geeigneten Einfassung 62 ausgebildete Kammer 61 begrenzt und in die Fluid unter Betriebsdruck durch eine Öffnung 63 zu- und abgeführt werden kann. Die Membran 60 trägt eine Rückplatte 64 und einen flexiblen Sitz 65 zum Zusammenwirken mit der mit 66 bezeichneten Ausflußmündung, die wiederum die in Fig. 4 dargestellte Konfiguration aufweist. In dieser Anordnung ist das Verschlußteil in Richtung auf die offene Ventilstellung vorgespannt, wobei der Sitz 65 mittels einer mit 67 bezeichneten Feder mit Abstand von der Ausflußmündung 66 gehalten wird.
Fig. 7 erläutert die Anwendung der Erfindung auf ein Strömungssteuerventil mit einem magnetbetätigten Verschlußteil 70 in Form des Ankers einer Magnetspule, die nur teilweise dargestellt ist, wobei das Verschlußteil 70 mit einem flexiblen Sitz 71 zum Zusammenwirken mit der Ausflußmündung 72 ausgestattet ist, die wiederum die in Fig. 4 dargestellte Konfiguration aufweist und die charakteristische Wand 36 von dort hat. Das Verschlußteil ist mittels einer mit 73 bezeichneten Feder in Richtung auf die geschlossene Ventilstellung vorgespannt.
Die Anwendung der Erfindung auf magnetgesteuerte Ventile ist wie gesagt besonders vorteilhaft, weil besonders in kleinen Ventilen mit hoher Steuergeschwindigkeit Zwangsbedingungen für die Betätigungskräfte erzeugt werden können, und tatsächlich tendiert die Kennlinie von Kraft/Ankerstellung einer Magnetspule normalerweise dazu, ein schnelles Ansprechen zu verhindern. So ist bekanntlich die von einer Magnetspule erzeugte Kraft minimal, wenn der Anker ausgefahren ist (- wie in der geschlossenen Ventilstellung in einem Ventil von hier interessierender Bauart -) und nimmt zu, wenn der Anker sich in die Spulenstruktur hineinbewegt. In einer Anordnung wie in Fig. 7 wird die Magnetkraft, die so wirkt, daß sie das Verschlußteil 70 von der Ausflußmündung 72 beim Beginn der Öffnungsbewegung des Ventils wegbewegt, in nutzbringender Weise durch den statischen und dynamischen Schub des aus der Mündung ausfließenden Fluids unterstützt, um die Öffnungsbewegung des Verschlußteils zu beschleunigen.
Es ist daher ersichtlich, daß durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Konfiguration der Ausflußmündung die Unregelmäßigkeit oder Störung in der Beziehung zwischen Rückdruck und Verschlußteilstellung ausgenutzt wird, um die Fluidströmung durch die Ausflußmündung während der anfänglichen Öffnungsbewegung des Verschlußteils zu beschleunigen, wodurch die Geschwindigkeit, mit der das Ventil auf eine Öffnungsbewegung des Verschlußteils anspricht, erhöht wird, wobei durch die Maßnahme, daß das Verschlußteil auf den aufgrund des ausströmenden Fluids erhöhten Schub darauf anspricht, als Folge der Mündungskonfiguration eine weitere Verbesserung des Ansprechens des Ventils erzielt werden kann.
Das Prinzip der Erfindung ist weithin für Strömungssteuerventile anwendbar und kann zum Beispiel auch in einfachen Kegelventilen angewendet werden. Das bedeutet, daß der Aufbau von Verschlußteil von Ausflußmündung unmittelbar eine Strömungssteuerfunktion anstelle einer Servodrucksteuerfunktion wie in der in Fig. 1 erläuterten Anordnung ausüben kann.

Claims

1. Strömungssteuerventil mit einer Ausflußmündung (15) und einem Verschlußteil (16), das auf die Mündung zu und davon weg bewegbar ist, um die Mündung für eine Strömung dadurch zu öffnen und zu schließen, wobei die Ausflußmündung eine Öffnung (32) hat, die durch eine scharfe Kante (33) begrenzt ist, auf welche sich das Verschlußteil (16) setzt, um die Mündung (15) zu schließen, gekennzeichnet durch eine ringförmige Wand (36), die den Rand (34) der Öffnung (32) mit radialem Abstand außerhalb umgibt, wobei die radiale Dicke der Wand (36) im Verhältnis zum äußeren Durchmesser (e) der Wand (36) an ihrem dem Verschlußteil (16) gegenüberliegenden Ende schmal ist.

2. Strömungssteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußmündung (15) durch eine Öffnung (32) in einem konvexen ringförmigen Steg (34) festgelegt ist, der von der Wand (36) begrenzt wird.

3. Strömungssteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe ringförmige Steg (34) eine kegelstumpfförmige Fläche umfaßt, die die Öffnung (32) umgibt und von der Wand (36) begrenzt wird.

4. Strömungssteuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe ringförmige Steg (34) eine konvexe Fläche und einen flachen Ringraum (35) zwischen der konvexen Fläche und der Wand (36) umfaßt.

5. Strömungssteuerventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Ausflußmündungsöffnung (32) vor dem vorderen Ende der Wand (36) angeordnet ist.

6. Strömungssteuerventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verschlußteil (16), das entsprechend dem Schub bewegbar ist, der auf der Ausflußströmung aus der Ausflußmündung (16) beruht.

7. Strömungssteuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (16) einen Hebel (50) umfaßt, der durch Federmittel (54) belastet wird.

8. Strömungssteuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (16) eine flexible Membran (60) umfaßt, die durch Strömungsdruck beweglich ist.

9. Strömungssteuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (16) den Anker (70) einer Magnetspule umfaßt.