SE443431B - Volymstromstyrande ventilanordning - Google Patents

Description

8002301-3 en variant av detsamma.

I fig. l betecknar 10 en ledning, 1 vilken vanligtvis råder ett förhållandevis högt vätsketryck, medan 12 betecknar en led- ning, i.vi1ken vanligtvis råder ett väsentligt lägre tryck. Led- ningen 10 kan exempelvis komma från en hydraulcylinder, varvid ledningen 12 kan representera en returledning till en pump eller annan tryckvätskekälla. Mellan ledningarna 10 och 12 är anordnad en huvudventil 14, som är fjäderbelastad för att normalt inta ett stängt läge. Huvudventilen 14 styrs med hjälp av trycket i en styrtryckkammare 42 i ventilen, vilken kammare tillförs ett läckflöde från ledningen 10 genom en läckflödesstrypning 18.

Trycket i styrtryckkammaren 42 kan regleras på två olika sätt genom begränsad utströmning-av vätska från kammaren 42, såsom skall framgå av det följande.

- För det första är med huvudventilen 14 samordnad en styrventil 20, som kan bringas att släppa ut vätska från styrtryckkammaren 42 och därmed bringa huvudventilen 14 att öppna. Styrventilen 20 innefattar en styrslid 22, som är rörlig fram och åter i ett lopp 24, vars ena ände 26 är direkt ansluten till ledningen 10, så att trycket i denna strävar att föra sliden 22 åt vänster i figuren mot verkan av en i loppets andra ände 32 inplacerad fjäder 34.

Om och när så sker öppnar sliden 22 en passage mellan en till styrtryckkammaren 42 genom en ledning 46 ansluten läckflödes- kammare 28 och en till ledningen 12 ansluten dräneringskammare 30 i styrventilen.

I huvudventilen 14 är utformat ett lopp 36, vars ena, högra ände har en reducerad diameter och bildar en returkammare 38, som är ansluten till ledningen 12, och innanför denna en del med förstorad diameter, som bildar en till ledningen 10 ansluten tryokkammare 40. Den vänstra änden av loppet 36 bildar den förut- nämnda styrtryckkammaren 42, som genom ledningen 46 är förbunden dels med strypningen 18 dels med styrventilen 20. I loppet 36 är en kolvliknande ventilkropp 50 rörlig fram och åter. Denna ventil- kropp 50 har en ändyta 51 och runt denna en konisk del 52, som delvis inskjuter 1 returkammaren 38, varvid den koniska delen 52 är anordnad att tätande samverka med ett ventilsäte 54 utformat vid övergången mellan returkammaren 38 och tryckkammaren 40. - Ventilkroppen påverkas indirekt i riktning mot sätet 54 av en fjäder 56 och hindrar i sitt sålunda stängda läge vätska att 3 eoo2zo1-3 passera från kammaren 40 till kammaren 58.

Ventilkroppen 50 har en mot styrtryckkammaren 42 vänd, bakre ände 58, vars diameter och därmed area är större än diænetern hos ventilsätet 54. Därigenom kommer ventilkroppen 50 att också vara påverkad i riktning åt vänster av trycket i kammaren 40, som verkar mot en liten ringformig tryckyta utomkring det änd- parti av ventilkroppen, som står under påverkan av trycket i returkammaren 58. Ventilkroppen 50 är vidare i sin bakre ände försedd med en försänkning 60, som alltså bildar en del av styrtryckkammaren 42, och centralt i denna försänkning är i ventilkroppen upptaget ett hal 62, som utmynnar i ändytan 51 och sålunda bildar en vätskepassage mellan styrtryckkammaren 42 och returkammaren 53.

En servoventil 64 i form av en stång med konisk ände 65 sträcker sig med tätande glidpassning genom ett hål 67 i en mellanvägg 16, som skiljer styrtryckkammaren 42 från en ställ- tryckkammare 44, och samverkar med sin koniska ände med ett säte vid hàlets 62 inre ände för att därigenom bilda en variabel strypning mellan styrtryokkammaren 42 och returkammaren 55. I ställtryckkammaren 44 omslutes ventilstàngen 64 på ett glidbart sätt av en servokolv 66, som mot verkan av en fjäder 68 är rör- lig under påverkan av ett ställtryck, som åstadkommes genom tiflförsel av tryckvätska via en ledning 48 till ställtryckkamma- ren 44. Med ställtryckets hjälp kan kolven 66 föras mer eller mindre åt vänster i figuren för att därvid medbringa ventil- stången 64 och avlägsna dess koniska ände 65 från hálets 62 mynning.

Den beskrivna ventilanordningen kan nu i första hand fungera såsom en fjärrstyrd, ställtryckmanövrerad ventil med volymström- styrande funktion, varvid flödet mellan ledningen 10 och därmed tryckkammaren 40 å ena sidan och returledningen 12 och retur- kammaren 58 à andra sidan kommer att vara proportionellt mot det tillförda ställtryoket. Ställtrycket, som verkar på den högra sidan av servokolven 66 ger upphov till en kraft, som förflyttar servokolven 66 och därmed även ventilstången 64 i riktning bort från ventilkroppen 50 mot verkan av fjädrarna 56 och 68..Ventil- stàngens rörelse upphör, när fjäderkraften balanserar ställtryck- kraften, och eftersom fjädrarna förutsättas ha en lineär karakteri- stik kommer förflyttningen av ventilstàngen 64 att bli proportionell 8002301-3 mot det tillförda ställtrycket.

När ventilstången 64 rör sig åt vänster och sålunda skiljs från ventilkroppen 50 strömmar vätska ut från styrtryckkammaren 42 genom den uppkomna, variabla strypningen kring ventilstångens koniska ände 65 och genom hålet 62 till returkammaren 38. Därmed reduceras emellertid den stängande kraften på ventilkroppens 50 vänstra sida, så att det tryck, som verkar i tryckkammaren 40 förmår att flytta ventilkroppen emzmotsvarande stycke åt vänster.

Ventilkroppen 50 kommer sålunda att följa med vid ventilstångens 64 bakåtrörelse. Ett stationärt tillstånd uppnås, när utström- ningen av vätska från kammaren 42 genom hålet 62 är lika stor som tillflödet av vätska till kammaren 42 genom strypningen 18 och sålunda trycket i kammaren 42 exakt balanserar den öppnande kraft, som trycket i kammaren 40 utövar på ventilkroppen 50.

Eftersom utväxlingsförhållandet mellan servoventilrörelsen och trycket i styrtryckkammaren 42 är mycket högt, är lägeskillnaden mellan servoventilen 64 och ventilkroppen 50 negligerbar, varför lägesändringen hos ventilkroppen 50 kan anses vara direkt propor- tionell mot tillfört ställtryck. Om den variabla, volymströmstyran- de strypningen i ventilkroppen 50 är av konstant vidd, kommer det styrda flödet att vara proportionellt mot ventilkroppens förflytt- ning och mot tillfört ställtryck, givetvis under förutsättning att tryckskillnaden mellan ledningarna 10 och 12 förblir konstant.

Ventilanordningen fungerar också såsom firyckbeåräflfiflinësventil- Om nämligen trycket i ledningen 10 överskrider ett förutbestämt "utlösningsvärde", kommer styrventilen 20 att öppna och att där- med ge upphov till en trycksänkning i styrtryckkammaren 42. På samma sätt som tidigare beskrivits öppnar i så fall ventilkroppen 50, så att vätska från ledningen 10 kan strömma över i ledningen 12. Sjunker till följd härav trycket i ledningen l0 under det förutbestämda "utlösningsvärdet", så stängs styrventilen 20 åter, så att trycket i styrtryckkammaren 42 ökas och ventilkroppen 50 stängs.

Ventilanordningen kan också fungera såsom en antikavitations- ventil, när den såsom oftaär fallet används i en krets, där trycket 1 ledningen 10 i vissa fall kan komma att bli lägre än trycket i ledningen 12, exempelvis till följd av att en i kretsen ingående hydraulcylinder övergår till att verka såsom en pump.. 8002301-3 5 Vid ett sådant omkastat tryckförhållande 1 kretsen är huvud- ventilen 14 anordnad att öppna och att tillåta vätskeströmning från ledningen 12 till ledningen 10.

Detta inträffar, när trycket i returkammaren 38, som verkar på en del av ventilkroppens5O ändyta, ger upphov till en kraft, som överstiger summan av de krafter, som utövas av trycket i ledningen 10 och av fjädern 56. Ventilkroppen 50 tvingas då bort från sätet 54. Den fria glidpassningen mellan servokolven 66 och ventilstàngen 64 samt det förhållandet, att den sistnämnda endast påverkas i riktning mot ventilkroppen 50 av den relativt svaga fjädern 56, gör det möjligt att hålla den stängande kraften på ventilkroppen 50 vid ett minimum, så att endast en relativt liten tryckskillnad behövs för att öppna huvudventilen 14 i syfte att hindra kavitation. Att observera är, att om ventil- stången 64 och servokolven 66 hade varit utförda i ett stycke och påverkade av en enda fjäder med en kraft, som svarar mot summan av krafterna från fjädrarna 56 och 68, så skulle de båda tidigare beskrivna ventilfunktionerna inte märkbart förändras, men den högre fjäderkraften skulle kräva en oacceptabelt hög tryckskillnad för att ventilen skulle öppnas för ett övertryck i ledningen 12 och kammaren 38.

Vid en praktisk tillämpning av den teknik, som nyss beskrivits, kan ventilanordningen med fördel få den uppbyggnad, som framgår av fig. 2, där de detaljer, som har motsvarigheter i fig. I, försetts med samma hänvisningsbeteckning men med tillägget a.

Ventilanordningen i fig. 2 förutsättes vara inbyggd i ett hus 70 med en tryckkanal lOa och en från denna skild returkanal l2a.

Ett huvudlopp 56a är utformat i kroppen 70 och sträcker sig fràn returkanalen l2a genom tryckkanalen lOa och slutar vid en tätande stödplatta 72, som hålls i läge med hjälp av ett lock eller gavelstycke 74. I locket 74 är utformat ett servolopp 76, som är skilt från huvudloppet 36a genom stödplattan 72 och som slutar vid en botten 78. Ett styrventillopp 24a är utformat i huset 70 ett stycke från huvudloppet 36a och tvärs mot tryokkanalen lOa, i vilken det utmynnar med ett tryckändparti 26a, innanför vilket loppet bildar en dräneringskammare }0a och ett fjäderändparti 32a, som är skilt från ändpartiet 26a genom dräheringskammaren }Oa. 8002301-3 6 I huset 70 är vidare utformad en läckflödeskanal 46a, som från en punkt i närheten av stödplattan 72 i huvudloppet 36a sträcker sig upp till styrventilloppet E4a och står i förbindel- se med dess mot tryckkanalen lOa öppna ändparti 26a genom en strypning l8a utformad i en styrventilkropp 22a. Dränerings- kammaren 30a är i likhet med den yttre, vänstraänden av servo- loppet 76 ansluten till en dräneringskanal 80, som utmynnar i returkanalen l2a, och en ställtryckkanal 48a ansluter till servoloppet 76 i närheten av stödplattan 72.

I styrventilloppet 24a är inplacerat ett ventilorgan 22a, som under påverkan av en fjäder 54 eftergivligt strävar att stänga av vätskepassagen mellan läckflödeskanalen 46a och dräneringskanalen 80. Ventilorganet 22a är sammansatt av två delar, nämligen en sliddel 82 och en fjäderänddel 85. Sliddelen 82 uppvisar ett avsmalnande parti 84, som är placerat i dräne- ringskammaren }Oa och samverkar med loppet 24a för att bilda en läckfri tätning, när trycket i kanalen 10A ligger under det värde, vid vilket styrventilen är avsedd att utlösa. Slid- delen 82 uppvisar också en cylindrisk del 86, som sträcker sig in i loppets 24a ändparti 26a och i vilken en eller flera flödesreglerande rännor 87 är anordnade. Ett parti 88 med redu- cerad diameter skiljer partiet 86 från ett ändhuvud 90 på slid- delen 82, så att däremellan bildas en läckflödeskammare 28a, med vilken rännorna 87 står i öppen förbindelse och i vilken läckflödeskanalen 46a utmynnar. Läckflödeskammaren 28a står i förbindelse med tryckkanalen lOa genom den förutnämnda läck- flödesstrypningen l8a, som utgöres av ett hål genom ändhuvudet 90.

Fjäderändsektionen 83 av ventilorganet 22a hålls till ändan- liggning med sliddelen 82 med hjälp av fjädern 34a och har en något mindre diameter än sliddelens parti 86 och ändhuvud 90.

Fjäderkammaren 32a kan på icke visat sätt också stå 1 förbin- delse med tryckkanalen lOa, varigenom trycket i denna kommer att verka endast på en differentialarea, som uppkommer till följd av nyssnämnda diameterskillnad, och därmed alstra en kraft, som strävar att öppna styrventilen mot verkan av fjädern 34a, som är inspänd mellan delen 83 och ett inställningsorgan 94 i form av en i huset 70 ingängad plugg, med vars hjälp fjäderns 7 8002301-3 34a kompression kan varieras i och för inställning av styr- ventilens utlösningstryck.

I huvudloppet }6a är en huvudventilkropp 50a rörlig för att stänga av vätskepassagen mellan tryckkanalen lOa och retur- kanalen l2a. Ventilkroppen 50a har en bakre ände 58a med stor area och en slidsektion 96, som från ett koniskt parti 52a på ventilkroppen 50a sträcker sig in i returkanalen 12a och slutar i en främre ändyta 5la. Det koniska partiet 52a är utformat för att tätande samverka med ett ventilsäte 54a, som är utformat i huset 70 vid övergången mellan tryckkanalen lOa och huvudloppet 36a. Slidsektionen 96 är utformad med ett flertal radiella in- skärningar 98, som när fram till i närheten av det koniska par- tiet 52a, som är noggrant anpassat till sätet 54a. När huvud- ventilen 14 är helt stängd tätar alltså det koniska partiet 52a på ventilkroppen 50a praktiskt taget läckfritt mot ventilaitet 54a, men när det skiljs från sätet kommer ventilkroppen 50a att uppföra sig såsom en slidventil med volymströmstyrande funktion tack vare de radiella inskärningarna 98. Genom att pá lämpligt sätt välja V-formen och bredden hos dessa inskärningar 95 är det möjligt att noggrant anpassa ventilens genomloppsarea i relation till ventilkroppens förflyttning - detta till skillnad från vad som skulle vara möjligt, om ventilkroppen vore utformad såsom en ren sätesventil, vid vilken genomloppsarean bestäms uteslutande av avståndet mellan ventilkroppen och sätet. - Vätsketrycket i tryckkanalen lOa verkar mot ventilkroppen 50a på en första differentialarea bildad av den del av det koniska partiet 52a, som befinner sig radiellt utanför ventilsätet 54a, och av en avsats 92 på ventilkroppen, varvid denna första diffe- rentialareaär mindre än arean hos ventilkroppens bakre ände 58a, Vätsketrycket i returledningen 12a verkar i sin tur pà en andra differentialarea på huvudventilkroppen 50a, som representeras av ändprojektionen av slidsektionen 96.

Ventilkroppen 50a är i sin bakre ände utformad med en försänk- ning 60a, i vars botten är upptaget ett centralt häl, som sträcker sig genom slidsektionen 96 och bildar en i returkanalen l2a ut- mynnande utloppskanal 62a. Försänkningen 60a och den vänstra delen av huvudloppet 36a mellan stödplattan 72 och ventilkroppens 50a bakre ändyta 58a bildar en styrtryckkammare 42a, som står i för- 8002301-3 8 bindelse med returkanalen l2a genom den nyssnämnda utlopps- kanalen 62a och med läckflödeskammaren 28a i styrventilloppet 24a genom läckflödeskanalen üóa.

En servoventil 64a, som har formen av en stång, är vid 100 tätande men axiellt glidbart lagrad i ett hål i stödplattan 72 och sträcker sig från servoloppet genom styrtryckkammaren 42a fram till ventilkroppen 50a, där den slutar i en konisk ände 65a, som samverkar med den inre mynningen av kanalen 62a för att normalt hindra vätskeutflöde genom denna. På stången _ 64a är i närheten av den koniska änden 65a fäst en såsom fjäder- säte tjänande kropp 104, mellan vilken och stödplattan 72 är inspänd en fjäder 77, som alltså befinner sig 1 styrtryckkamma- ren 42a och som strävar att hålla servoventilens koniska ände 65a an mot ventilkroppen 50a. Den koniska änden 65a på servo- ventilen 64a bildar tillsammans med mynningen av kanalen 62a en variabel strypning för reglering av ett vätskeutflöde från kammaren 42a till returkanalen l2a.

En servokolv 66a är inplacerad i ett servolopp 76 för att samverka med servoventilen 64a. Servokolven 66a är skålformig med en hålighet 106, som tillsammans med stödplattan 72 och delar av servoloppets 76 väggar begränsar en ställtryckkammare 44a, vilken är ansluten till ställtryckledningen 48a. En rela- tivt svag fjäder 107 är inplacerad mellan stödplattan 72 och hàlighetens 106 botten för att hålla servokolven 66a, som glid- bart omsluter servoventilen 64a, i kontakt med ett huvud 102 på servoventilen, så att servokolven hindras från att blockera ställtryckkanalen 48a. När servokolven 66a utsättes för ett ställtryck i kammaren 44a för den undan servoventilens 64a koniska ände 65a från dess säte i utloppskanalens 62a inre myn- ning, så att vätska kan utströmma genom den sålunda uppkomna variabla strypningen till returkanalen l2a.

Observeras bör, att i exemplet enligt fig. 2 har de i fig. l visade båda fjädrarna 56 och 68 ersatts av en enda fjäder 77, som är förhållandevis kraftig. Såsom tidigare nämnts begränsar detta förhållande möjligheterna att använda den i fig. 2 visade ventilanordningen såsom antikavitationsbackventi1.

En av fördelarna hos ventilanordningen i fig. 2 är lågt läckage i stängningsläget. Sätesventilfunktionen mellan huvudventilkroppen q 8002301-3 50a och husets 70 säte 54a resp. mellan servoventilens 6#a koniska ände 65a och utloppskanalens 62a_inre mynning säker- ställer en mycket positiv och ur praktisk synpunkt läckfri tätning. På detta sätt kan alltså med rimliga toleranser mycket låga läckageförhållanden säkerställas.

Det bör stå klart för faokmannen, att många förändringar kan göras i de beskrivna utföringsformerna, utan att uppfinninge- idên frångás. En sådan förändring visas såsom exempel i fig. 3, där likartade element fått samma hänvisningsbeteckningar som i fig. 1 men med tillägget b.

Fig. 3 visar en servoventil 108 av slidtyp och med fast servokolv istället för den tidigare beskrivna servoventilen 64 av sätestyp och med lös servokolv. Servoventilens 108 kolv 110 är inrymd i ställtryckkammaren 44b, medan en kolvstång- liknande del 112 av servoventilen sträcker sig genom styrtryck- kammaren 42b och in i ett i huvudventilkroppen 50B utformat lopp 114. I den med detta lopp samverkande sliddelen 112 är utformad en utloppskanal 62b, som kommunicerar med returkammaren 38b genom en öppning i sliddelens 112 ände. Servoventilen 108 är rörlig mot verkan av en fjäder 68b under påverkan av trycket hos en vätska, som tillförs ställtryckkammaren 44b genom en ledning 48b och kommer, när den förflyttas på detta sätt, att röra sig i förhållande till huvudventilkroppen 50b, så att ut- loppskanalen 62b öppnar mer eller mindre och släpper ut vätska från styrtryckkammaren 42b till returkammaren 38b. En variabel strypning erhålls sålunda mellan servoventilens 108 sliddel 112 och huvudventilkroppens 50b lopp 114.

Servoventilen 108 har de fördelarna, att systemtryckkrafterna har mindre effekt på kraftbalansen vid en ventil av slidtyp än vid en ventil av sätestyp och att servoventilen 108 inte behöver röra sig, när huvudventilen l4b skall fungera såsom UIYCKDGSPÉHS- ningsventil. En olägenhet hos slidtypventilen är emellertid, såsom tidigare nämnts, att den är känslig för läckage genom de nödvän- diga spelrummen mellan loppet 114 och sliddelen 112.

Claims (7)

8002301-3 I0 Patentkrav

1. l. Volymströmstyrande hydraulventilanordning tjänande även såsom tryckbegränsningsventil och omfattande en huvudventil (14, l4å, l4b), i vilken en kolvliknande, tryckstyrd huvud- ventilkropp (50, 50a, 50b) 1 sitt stängande läge spärrar en öppning mellan en första kammare (40, l0a, 10) och en andra kammare (58, l2a, 38b) och är rörlig till ett mer eller mindre öppet läge under påverkan av en kraft, som utövas på huvudven- tilkroppen av trycket i den första kammaren, när denna kraft förmår övervinna en motkraft, som utövas pá huvudventilkroppen av ett styrtryck i en styrtryckkammare (42, 42a, 42b),i vilken huvudventilkroppen bildar en rörlig vägg och till vilken tryck- vätska tillföres från den första kammaren genom en flödesbegrän- sande strypning (18, l8a, l8b), k ä n n e t e c k n a d av, - att styrtryckkammaren (42, 42a, 42b) är försedd med tvâ skilda utlopp, nämligen dels genom en med hjälp av en utifrån tillförd ställkraft páverkbar, flödesreglerande servoventil (62,65; 62a,65a; 62b, 114), genom vars öppnande styrtrycket i styrtryck- kammaren kan selektivt reduceras, så att huvudventilen (14, l4a, l4b) kommer att öppnas 1 motsvarande grad, dels genom en styr- ventil (20, 20a, 20b), som styrs av trycket i den första kamma- ren (40, l0a, 10) och som är helt skild från servoventilen och arbetar oberoende av denna.

2. Hydraulventilanordning enligt krav 1 k ä n n e t e c k - n a d av, att även styrventilen (20, 20a, 20b) är flödesregle- rande och anordnad att öppna mer eller mindre 1 beroende av trycket 1 den första kammaren (40, l0a, 10), när detta stiger över ett förutbestämt värde.

3. Hydraulventilanordning enligt krav l eller 2 k ä n n e - t e c k n a d av, att båda utloppen,genom servoventilen (62a, 65a) resp. genom styrventilen (20a),utmynnar 1 den andra kamma- ren (l2a).

4. Hydraulventilanordning enligt något av kraven l, 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d av, att den flödesbegränsande stryp- ningen (lBa) mellan den första kammaren (l0a) och styrtryckkam- maren (42a) är anordnad i styrventilen (20a). _ 8002301-3 H

5. Hydraulventilanordning enligt något av de föregående kra- ven k ä n n e t e c k n a d av, att servoventilen (62,65; 62a,65a; 62b, 114) på i och för sig känt sätt omfattar en servoventilkropp (64, 64a, 108), som i samverkan med ett hål (62, 62a, 114) genom den rörliga huvudventilkroppen (50, 50a, 50b) bildar en variabel strypning och som för att bringa huvud- ventilen (14, 14a, l4b) att öppna är selektivt inställbar i huvudventilkroppens öppningsriktning med hjälp av en servokolv (66, 66a, 110), vilken mot verkan av en fjäder (68, 77, 68b) är rörlig 1 nämnda riktning genom tillförsel av ett variabelt ställtryck till en från styrtryckkammaren (42, 42a, 42b) skild ställtryckkammare (44, 44a, 44b), varvid huvudventilkroppen är rörlig mot öppet läge, eventuellt tillsammans med servoventil- kroppen, oberoende av servokolvens läge och utan att servokolven medbringas.

6. Hydraulventilanordning enligt krav 5 k ä n n e t e c k - n a d av, att servoventilkroppen (108) är utformad såsom en i huvudventilkroppens (50b) hål (114) rörlig slid, som i samverkan med huvudventilkroppen inom ett visst rörelseomráde relativt denna bildar en variabel strypning 1 en utloppskanal (62b), som företrädesvis är utformad i sliden, varvid sliden är fast för- bunden med servoko1ven(llO) och huvudventilkroppen är rörlig relativt sliden förbi ett läge, i vilket den variabla stryp-. ningen redan är helt stängd.

7. Hydraulventilanordning enligt något av de föregående kra- ven k ä n n e t e c k n a d av, att huvudventilkroppen (50, 50a, 50b) direkt eller indirekt står under påverkan av en fjäder (56, 77, 56b), som strävar att föra densamma mot stängt läge och vars kraft är så vald, att huvudventilkroppen även kan föras till öppet läge av trycket i den andra kammaren (38, l2a, §8b), om detta tryck med ett förutbestämt värde skul- le överstiga trycket i den första kammaren (40, lOa, 10), vari- genom huvudventilen (14, 14a, l4b) även är i stånd att tjäna såsom antikavitationsventil. '