DK165604B - Ventil - Google Patents

Description

DK 165604 B

Opfindelsen angår en ventil med et stempel og et ventilsæde, hvorved stemplet i lukkesti 11 ingen med en endeflade ligger an mod en endeflade af ventilsædet, og ved tilførsel af en trykvæske i ventilindgangen optræder der en læ-5 kagestrøm mellem endefladerne, og samtidig påvirker trykvæsken en del af den bort fra stemplets endeflade vendte stempelflade.

Ved omkoblingsventiler af denne art er det kendt, at en 10 unøjagtig fremstilling eller under driften optrædende ridser kan forringe ende-anlægsfladerne af stempel og ventilsæde så meget, at det kommer til en forskydning af stemplet i forhold til ventilsædet og dermed til åbning af ventilen. Dette er dog uønsket.

15

Formålet med opfindelsen er at angive en ventil af den i indledningen nævnte art, ved hvilken stemplet kun forskydes i åbningsretning, når dette er ønsket.

20 Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at der i en af endefladerne af ventilsæde og stempel er anbragt en ved tilførsel af en fysisk størrelse deformerbar indsats således, at spalten mellem endefladerne udvides i det mindste over en del af endefladerne, og at der er anbragt en fje-25 der, som i retning af lukkestillingen trykker mod stemplet.

Når indsatsen ved denne løsning deformeres ved tilførsel af en fysisk størrelse, sker en forskydning af stemplet i 30 åbningsretning i afhængighed af trykvæskens gennemstrømningsretning igennem ventilen. Man er derfor i stand til, alt efter valg af trykvæskens gennemstrømningsretning igennem ventilen, at åbne eller at lukke ventilen ved tilførsel eller fjernelse af den fysiske størrelse.

35 DK 165604 B ! 2

En simpel udformning af denne ventil kan bestå i, at stemplet er aftrappet i diameteren og med en skaftdel er tætnet ført i en smallere del af en aftrappet husboring og med en hoveddel med radial afstand er optaget i en udvidet 5 del af husboringen, hvorved skaftdelen kan forskydes aksi-alt i den smallere del og hoveddelen i den udvidede del af husboringen, at stemplet har en aksialt gennemgående boring, som står i forbindelse med en igennem husvæggen forløbende første tilslutningsboring, og at huset har en an-10 den tilslutningsboring, som står i forbindelse med husboringens udvidede del.

Indsatsen kan på enkel måde være en ring, der omgiver den første tilslutningsboring. På denne måde fås også en ens-15 artet trykfordeling mellem indsatsen og stemplet.

Således kan den mod stemplet vendte flade af indsatsen være mindre end stemplets endeflade. Herved klarer man sig med forholdsvis lidt materiale til indsatsen.

20

Endvidere kan indsatsens udvendige diameter være større end stemplets udvendige diameter. I givet fald er den mod stemplet vendte endeflade af indsatsen ganske vist fortsat mindre end stemplets endeflade. Alligevel kan der udøves 25 forholdvis store kræfter mellem indsatsen og stemplet, fordi disse kræfter er virksomme på det størst mulige randområde af stemplets endeflade. Tilsvarende store ændringer af forholdet af de modsat på stemplet virkende kræfter kan udøves i afhængighed af indsatsens deforme-30 ring, således at en sikker omkobling af ventilen er sikret også ved lavt tryk af trykvæsken.

Alternativt kan der være sørget for, at indsatsens udvendige diameter er mindre end den udvendige diameter af 35 stemplets hoveddel, og indsatsens indvendige diameter er lig med stempelboringens diameter. Ved denne udformning

DK 165604 B

3 klarer man sig med den mindst mulige mængde af indsatsmateriale.

Et yderligere alternativ kan bestå i, at indsatsens udven-5 dige diameter er lig med den udvendige diameter af stemplets hoveddel, og indsatsens indvendige diameter er lig med stempelboringens diameter. Ved denne udformning er materialeforbruget til indsatsen ganske vist forholdvist stort, dog klarer man sig på grund af den større flade 10 mellem indsats og stempel med meget lavt tryk af trykvæsken.

Endvidere kan indsatsen være udformet som skive, som på stemplets side har en med stempelaksen koncentrisk konisk 15 fordybning, og stempelboringen har en indsnævring, som drosler gennemstrømningen. Ved denne ventil kan gennemstrømningen altid indstilles i afhængighed af omfanget af den tilførte fysiske størrelse: Ved tilførsel af trykvæsken opstår der et trykfald ved den indsnævring, som dros-20 ler, og som stræber efter at trykke stemplet mod ventilsædet. Ved tiltagende åbning af ventilen tiltager gennemstrømningen og dermed trykfaldet ved indsnævringen. Tilsvarende tiltager de i gennemstrømningsretning virkende kræfter. Herved fås en ligevægt i stemplets mellemstil-25 ling, som afhænger af graden af indsatsens deformering.

Indsatsen kan bestå af et piezoelektrisk eller magneto-striktivt materiale. Disse materialer kan på enkel måde deformeres ved tilslutning af en fysisk størrelse i form 30 af henholdsvis en elektrisk spænding eller et magnetisk felt. Det er imidlertid også muligt at vælge et indsatsmateriale, som kan deformeres ved direkte eller indirekte opvarmning. Et "formhukommelses"-metal ville være fordelagtigt.

35

DK 165604 B

4

Opfindelsen og dens videre udformninger beskrives nærmere nedenstående ved hjælp af tegninger af foretrukne udførel- «i.

ses- og anvendelseseksempler, der viser i 5 fig. 1 et tværsnitsbillede af et første udførelsesek sempel af en ventil ifølge opfindelsen i lukket tilstand, fig. 2 ventilen i fig. 1 i åben tilstand, 10 fig. 3 et tværsnit af et andet udførelseseksempel af en ventil ifølge opfindelsen, fig. 4 et tværsnit af et tredie udførelseseksempel af 15 en ventil ifølge opfindelsen, fig. 5 et tværsnit af et fjerde udførelseseksempel af en ventil ifølge opfindelsen, 20 fig. 6 et tværsnit af et femte udførelseseksempel af en ventil ifølge opfindelsen, fig. 7 et anvendelseseksempel af to ventiler ifølge fig. 5, 25 fig. 8 et yderligere anvendelseseksempel af ventiler ifølge fig. 5 og fig. 9 et anvendelseseksempel af to ventiler ifølge 30 fig. 6.

Ventilen i fig. 1 har et hus 1, som består af en husdel 2 og et dæksel 3. I husdelen 2 er et som ventil lukkestykke virkende, i diameteren aftrappet stempel 4 lejret aksialt 35 forskydeligt. Dækslet 3 danner herved ventilsædet. Det i diameteren aftrappet stempel har en skaftdel 6, som i en 5 smallere del 7 af husboringen 5 mod denne er ført tætnet gennem en tætningsring og med en hoveddel 9 med radial af-stand er optaget i en udvidet del 10 af husboringen 5. Stemplet 4 har endvidere en aksialt gennemgående boring 5 11, som koaksialt står i forbindelse med en igennem hus væggen, her dækslet 3, forløbende første tilslutningsboring 12. Endvidere har huset 1 i husdelen 2 en anden tilslutningsboring 13, som står i forbindelse med husboringens 5 udvidede del 10. Ved den første tilslutningsboring 10 12 kan en forbruger og ved den anden tilslutningsboring 13 en pumpes 14 trykside for en væske være tilsluttet, her en væske, som er indeholdt i en forrådsbeholder 15.

En fjeder 16 understøttes på den ene side mod husborings-15 delens 7 bund og på den anden side mod en skulder af en i stemplets 4 skaftdel 6 udformet aftrapning af boringen 11. Fjederen 16 trykker stemplet 4 med sin endeflade 17 mod ventilsædets 3 endeflade 18, dvs. i retning af lukkestillingen.

20 I ventilsædets 3 endeflade 18 er der i en ringnot anbragt en den første tilslutningsboring 12 omgivende indsats 19 i form af en ring. Indsatsen 19 har et piezoelektrisk materiale, således at den ved tilførsel af en fysisk størrel-25 se, her ved tilslutning af en elektrisk spænding, kan deformeres således, at den ved aksial sammentrækning, som det er vist i fig. 2, udvider spalten mellem endefladerne 17 og 18 over en del af endefladerne.

30 I stedet for et piezoelektrisk materiale kan der også anvendes et magnetostriktivt materiale eller et andet, fx termisk deformerbart, materiale.

Den mod stemplet 4 vendte flade af indsatsen 19 er mindre l 35 end stemplets 4 endeflade 17. Indsatsens 19 udvendige diameter er større end stemplets 4 udvendige diameter. Til

DK 165604 B

6 svarende er indsatsens 19 indvendige diameter mindre end stemplets 4 udvendige diameter, dog større end stemplets 4 indvendige diameter, således at endefladerne af stempel 4 og indsats 19 overlappes.

5 Før en elektrisk spænding tilsluttes indsatsen 19, har denne den i fig. 1 viste form, i hvilken dens endeflade ligger i et plan med ventilsædets endeflade 18. Når herved pumpen 14 indkobles, fører den over tilslutningsboringen 10 13 en trykvæske til mellemrummet mellem stemplet 4 og bo ringsdelen 10. Selv om stemplet 4 ved hjælp af fjederen 16 med sin endeflade 17 trykkes mod endefladen 18, kan der optræde en lækagestrøm mellem endefladerne 17 og 18 til tilslutningsboringen 12 på udgangssiden. Trykvæskens tryk 15 PI aftager derved i spalten mellem endefladerne 17 og 18 svarende til kurven 20 fra sin begyndelsesværdi Pp til praktisk taget nul radialt udefra og indad. Størrelsesforholdet mellem stemplets 4 endeflade 17 og den bort fra denne vendte flade 21 af hoveddelen 9 er dog valgt såle-20 des, at den på stemplet 4 virkende fjederkraft F og den på fladen 21 virkende væsketrykkraft P^ x A - hvorved A er fladens 21 areal - tilsammen er større end integralet af de på stemplets 4 endeflade 17 virkende trykkræfter, dvs.

Ra

Pp x Å + F > J PI x da, 25 hvorved er den indvendige radius og Ra den udvendige radius af hoveddelens 9 endeflade 17.

Derfor overgår de i lukkeretning på stemplet 4 udøvede 30 kræfter de i åbningsretning på stemplet 4 virkende kræfter, således at ventilen forbliver lukket.

7 Når nu en elektrisk spænding imidlertid tilsluttes indsatsen 19, deformeres denne ved aksial sammentrækning, således at den indtager den i fig. 2 viste stilling, i hvilken berøringsfladerne mellem stempel 4 og ventilsæde 3 er så 5 meget forringet, at der fås det i fig. 2 indtegnede kurveforløb 20' af det på stemplets 4 endeflade 17 virkende tryk PI. I dette tilfælde virker i området af indsatsens 19 endeflade såvel i åbningsretning som i lukkeretning det

samme tryk P , mens den radialt inden for indsatsen 19 P

10 liggende ringflade af ventilsædet 3, som er vendt mod stemplet 4, er valgt så stor, at de på den påvirkende væ-sketrykkræfter er større end fjederens 16 kraft F. I dette tilfælde gælder

Pp x Å + F < j PI x da.

15

Som følge heraf åbnes ventilen.

Til forskel fra det i fig. 1 og 2 viste udførelseseksempel er det også muligt at vende væskens gennemstrømningeret-20 ning gennem ventilen. I givet fald lukkes dog ventilen, når indsatsen 19 deformeres ifølge fig. 2.

Ventilen i fig. 3 adskiller sig fra den i fig. 1 og 2 for det første ved, at indsatsens 19 udvendige diameter er 25 mindre end den udvendige diameter af stemplets 4 hoveddel 9, og indsatsens 19 indvendige diameter er lig med stempelboringens 11 diameter eller stemplets 4 indvendige diameter, og for det andet ved, at gennemstrømningsretningen er omvendt, dvs. pumpens 14 trykside er forbundet med den 30 første tilslutningsboring 12. Ved denne udformning af den ringformede indsats 19 er materialeforbruget til indsatsen 19 mindre end ved udførelseseksemplet i fig. l og 2. Virkemåden er derimod den samme som ved udførelseseksemplet

DK 165604B

8 ifølge fig. 1 og 2: Før tilslutningen af en spænding til indsatsen 19, dvs. i den viste form af indsatsen 19, overgår de på skaftdelens 6 endeflade ved hjælp af trykvæsken og fjederen 16 udøvede kræfter de ved hjælp af lækage-5 strømmen mellem endefladerne 17 og 18 udøvede trykkræfter, således at ventilen forbliver lukket. Når en spænding imidlertid tilsluttes indsatsen 19, trækker denne sig ak-sialt sammen, som det er vist i fig. 2, således at spalten udvides i indsatsens område mellem endefladerne 17 og 18, 10 og i dette område udøves det samme tryk på endefladen 17 som på skaftdelens 6 endeflade. Fladeforholdene er derved valgt således, at de på det radialt uden for indsatsen 19 liggende fladeområde af endefladen 17 udøvede trykkræfter er større end fjederkraften F, således at ventilen åbner.

15

Ventilen i fig. 4 adskiller sig kun fra den i fig. 3 ved, at den første tilslutningsboring 12 forløber igennem bunden af henholdsvis boringen 5 og boringsdelen 7. Virkemåden er derimod den samme som ventilens virkemåde i fig. 3.

20

Ventilen i fig. 5 adskiller sig kun fra de forrige ved, at indsatsens 19 udvendige diameter er lig med den udvendige diameter af stemplets 4 hoveddel 9, og indsatsens 19 indvendige diameter er lig med stempelboringens 11 diameter.

25 Ved denne ventil er - ved i i øvrigt samme dimensioner som ventilernes dimensioner i fig. 1-4 - et lavere pumpetryk nødvendigt for at åbne ventilen ved indkoblet driftsspænding for indsatsen 19, uafhængigt af om pumpens trykside tilsluttes den første tilslutningsboring 12 eller den an-30 den tilslutningsboring 13.

Ventilerne i fig. 1-5 lukker først da igen, når trykvæske-gennemstrømningen afbrydes, fx pumpen 14 udkobles, og det uafhængigt af om en spænding stadig er tilsluttet indsat-35 sen 19.

DK 165604B

9

Ventilen i fig. 6 adskiller sig kun fra den i fig. 5 ved, at for det første forløber den første tilslutningsboring 12 igennem boringens 5 bund i husdelen 2, og indsatsen 19 er udformet som skive, som på stemplets 4 side har en med 5 stempelaksen koncentrisk konisk fordybning 22, og stempelboringen 11 har en indsnævring 23, som drosler gennemstrømningen. Ved denne udformning er ventilens åbningstværsnit og dermed gennemstrømningen kontinuerlig indstillelig. Når pumpen 14, hvis trykside er forbundet med den 10 første tilslutningsboring 12, indkobles, fås ved hjælp af trykfaldet ved indsnævringen 23 en kraft, som trykker stemplet 4 mod ventilsædets endeflade 18. Ved tiltagende åbning af ventilen tiltager også gennemstrømningen og dermed trykfaldet ved indsnævringen 23. Som følge deraf til-15 tager også kræfterne, som forsøger at lukke ventilen. Herved fås i stemplets 4 mellemstilling en kraftligevægt, som er afhængig af graden af indsatsens 19 deformering og dermed af størrelsen af den tilsluttede spænding. Ved ændring af den tilsluttede spænding kan gennemstrømningen derfor 20 indstilles.

Fig. 7 viser et anvendelseseksempel med to ventiler V1 og V2 til ind- og udkobling af tilførslen af en trykvæske til en (ikke vist) forbruger. Over en omskifter 24 samt elek-25 triske tilledninger 25, 26 og returledninger 27, 28 kan spændingen fra en jævnspændingskilde 29 enten tilsluttes ventilens V^ indsats 19 eller ventilens V2 indsats 19. I en fra pumpen 14 til den første tilslutningsboring 12 af ventilen V1 førende tryktilledning 30 ligger en sædvanlig 30 ventil 31, som på udgangssiden ved forbrugeren og på aktiveringssiden over væskeledninger 32, 33, 34 for det første er forbundet med den anden tilslutningsboring 13 af ventilen V1 og for det andet med den første tilslutningsboring 12 af den anden ventil V2- Ventilen V2 har et lukkestykke 35 35, som kan forskydes aksialt i et hus 36.

DK 165604B

10 I den viste stilling af omskifteren 24 er ventilen V.^ lukket og ventilen V åben. Lukkestykket 35 hæves derfor ved *· w hjælp af den fra pumpen 14 tilførte trykvæske fra ventilsædet, hvorved der sker en retur strøm over ledningerne 33 5 og 34 samt ventilen V2 til forrådsbeholderen 15, og forbrugeren tilføres trykvæsken over den åbnede ventil 31, da ventilen V1 er spærret. I den anden stilling af omskifteren 24 spærres trykvæskens gennemstrømning fra pumpen 14 til forbrugeren.

10

Fig. 8 viser et yderligere anvendelseseksempel med en ventil ifølge fig. 5, hvorved fire sådanne ventiler - V4 anvendes til styring af et stempels 37 stilling i en cylinder 38. I den viste stilling af omskifteren 24' er ven-15 tilerne og lukkede, derimod er ventilerne og åbne. Trykvæsken når derfor fra pumpen 14 over ventilen V3 til cylinderens 38 højre kammer og forskyder stemplet 37 mod venstre, hvorved returstrømmen sker fra cylinderens 38 venstre kammer over ventilen V2 til forrådsbeholderen 15.

20 i den ikke viste anden stilling af omskifteren 24' er ventilerne og V4 derimod åbne og ventilerne V2 og V3 spærrede, således at trykvæsken tilføres cylinderens 38 venstre kammer over ventilen V , og stemplet 37 forskydes mod højre, hvorved en returstrøm sker fra cylinderens 38 højre 25 kammer over ventilen V. til forrådsbeholderen 15.

4

Fig. 9 viser et anvendelseseksempel med to ventiler νχ og V2 ifølge fig. 6 til indstilling af en aksialgliders 39 position i en sædvanlig proportionalventil 40. I den viste 30 stilling af omskifteren 24 tilsluttes ventilens V indsats 19 en spænding fra en indstillelig spændingskilde 29', således at ventilen V1 åbnes så meget, som svarer til størrelsen af den tilsluttede spænding, mens ventilen V2 er lukket. Trykvæsken tilføres derfor fra pumpen 14 over ven-35 tilen V1 til aksialgliderens 39 venstre trykside, således at denne forskydes mod højre, og samtidig sker en retur-

DK 165604 B

11 strøm fra aksialgliderens 39 højre trykside over et dros-selsted 41 og fra ventilens udgangsside over et andet drosselsted 42 til forrådsbeholderen 15. Ved omkobling af omskifteren 24 forskydes aksialglideren 39 tilsvarende mod 5 venstre.

Claims (9)

1. Ventil med et stempel (4) og et ventilsæde (3), hvor-5 ved stemplet (4) i lukkestillingen med en endeflade (17) ligger an mod en endeflade (18) af ventilsædet (3), og ved tilførsel af en trykvæske i ventilindgangen optræder der en lækagestrøm mellem endefladerne (17, 18) , og samtidig påvirker trykvæsken en del af 10 den bort fra stemplets (4) endeflade (17) vendte stem pelflade (21),kendetegnet ved, at der i en af endefladerne (17, 18) af ventilsæde (3) og stempel (4) er anbragt en ved tilførsel af en fysisk størrelse deformerbar indsats (19) således, at spalten 15 mellem endefladerne (17, 18) udvides i det mindste over en del af endefladerne (17, 18), og at der er anbragt en fjeder (16), som i retning af lukkestillingen trykker mod stemplet (4).

2. Ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stemplet (4) er aftrappet i diameteren og med en skaftdel (6) er tætnet ført i en smallere del (7) af en aftrappet husboring (5) og med en hoveddel (9) med radial afstand er optaget i en udvidet del (10) af 25 husboringen (5), hvorved skaftdelen (6) kan forskydes aksialt i den smallere del (7) og hoveddelen (9) i den udvidede del (10) af husboringen (5), at stemplet (4) har en aksialt gennemgående boring (11), som står i forbindelse med en igennem husvæggen forløbende første 30 tilslutningsboring (12), og at huset (1) har en anden tilslutningsboring (13), som står i forbindelse med husboringens (5) udvidede del (10) (fig. i-6).

3. Ventil ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet 35 v e d, at indsatsen (19) er en ring, der omgiver den første tilslutningsboring (12) (fig. 1-5). DK 165604B 13

4. Ventil ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den mod stemplet vendte flade af indsatsen er mindre *·. end stemplets endeflade (fig. 1-4).

5. Ventil ifølge krav 4,kendetegnet ved, at indsatsens (19) udvendige diameter er større end stemplets (4) udvendige diameter (fig. 1, 2).

6. Ventil ifølge krav 4, kendetegnet ved, at 10 indsatsens (19) udvendige diameter er mindre end den udvendige diameter af stemplets (4) hoveddel (9), og indsatsens (19) indvendige diameter er lig med stempelboringens (11) diameter (fig. 3-5).

7. Ventil ifølge krav 4, kendetegnet ved, at indsatsens (19) udvendige diameter er lig med den udvendige diameter af stemplets (4) hoveddel (9), og indsatsens (19) indvendige diameter er lig med stempelboringens (11) diameter (fig. 5, 6). 20

8. Ventil ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet v e d, at indsatsen (19) er en skive, som på stemplets (4) side har en med stempelaksen koncentrisk konisk fordybning (22), og at stempelboringen (11) har 25 en indsnævring (23), som drosler gennemstrømningen (fig. 6).

9. Ventil ifølge et af kravene 1-8, kendetegnet v e d, at indsatsen (19) består af et piezo- 30 elektrisk eller magnetostriktivt materiale.