SE532520C2 - Fluidreglerventil och ventilkropp - Google Patents

Description

20 25 30 533 529 2 FIG. 1A hos bifogad ritning har nämnda Valvistor® vanligen en proportionell karakte- ristik, såsom visas med den heldragna linjen 1A i diagrammet enligt FIG. 2. l många tillämpningar, exempelvis vid reglering av tunga maskinutrust- ningar, såsom grävskopor, med stor precision genom manövrering med Joystick, är det emellertid önskvärt att ha en mer progressiv karakteristik, såsom visas med den streckade linjen 1B i diagrammet enligt FIG. 2. Detta möjliggörs på känt sätt genom att 1) modifiera ventilen av sätestyp till en ventil av kombinerad sätes- och slidtyp som visas i FIG. 1B, och 2) framställa ett sågtandsmönster på ventilens stängande kant i syfte att styra flödet inlednings mycket sakta pà ett progressivt sätt, tills såg- tändemas toppar lämnar inloppsöppningen i ventiihuset. Ventilkroppens hackiga eller sägtandsformade kant är emellertid besvärlig att framställa och ökar därmed kostna- den för ventilen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att tillhanda en fluidreglerventil av Val- vistor® -typ som kan förses med en önskad karakteristik på ett förenklat sätt.

Detta uppnås genom de särdrag som anges i de bifogade kraven.

Enligt en betraktelse av uppfinningen innefattar den andra änden av ka- nalen för den äterförande kretsen en öppning vilken har en periferiell bredd som va- rierar åtminstone över ett parti närmast reglerkammaren av en axiell längd av öpp- ningen som är exponerbar mot reglerkammaren. Därigenom kan ventilkroppens ka- rakteristik bestämmas genom små åtgärder till iàg kostnad hos den doserande öpp- ningen av den återförande kanalen. Slitsen av konstant bredd hos den kända tekni- ken, vilken exponerar den variabla öppningsarean mot regierkammaren, kan närma- re bestämt enkelt ersättas av en öppning vilken är framställd, t.ex. genom gnistbear- betning, till varje form som varierar i öppningsriktningen. lnom ramen för följande be- skrivning och bifogade patentkrav kan partiet närmast reglerkammaren väl förstås som att det sträcker sig åtminstone över halva längden av öppningen som kan expo- neras mot reglerkammaren.

Speciellt kan öppningens bredd börja variera från en öppningsände be- lägen närmast reglerkammaren. 10 15 20 25 30 532 E20 3 l en utföringsforrn av uppfinningen minskar bredden av öppningsarean i en axiell riktning hos ventilkroppen som öppnar ventilen. l detta fall kommer ventilen att kunna ha exempelvis en progressiv karakteristik hos utflöde som funktion av in- signal. Om exempelvis öppningen ârforrnad som en triangel med en spets pekande bort från ventilkroppens öppningsriktning, kommer karakteristiken att approximativt följa en andragradskurva, som inledningsvis uppvisar en mycket liten derivata, viket kan vara betydelsefullt vid styrning av stora laster med hög precision. Allmänt kom- mer en ökning av öppningens bredd att minska derivatan och omvänt.

I en annan utföringsform ökar öppningsareans bredd i den axiella rikt- ningen hos ventilkroppen som öppnar ventilen, exempelvis genom användning av en triangulär öppning där en spets pekar i ventilkroppens öppningsriktning. Detta kom~ mer att tillhandahålla en regressiv karakteristik som kan vara användbari vissa till- ämpningar.

Hos tillämpningar utan några speciella fordringar avseende in- utgàngskarakteristik kan den enda öppningen ha en cirkulär form. Öppningen kan då vara framställd genom en billig borrningsoperation. l ytterligare en utföringsform är den àterförande kretsens andra ände sammansatt av ett flertal öppningar. l detta fall kan öppnlngarna även vara formade genom borrning av cirkulära borrningar från ventilkroppens cirkulära yta in i den an- gränsande återstoden av ventilkroppens återförande kanal. Öppningarna kan då även överlappa varandra i den axiella riktningen. Öppningarna kan även vara anordnade på inbördes avstånd runt peri- feriytan. Detta kan ha en balanserande inverkan på ventilkroppen från fluidtryckkraf- ter i öppningarna.

Andra särdrag hos uppfinningen kan framgå av följande detaljerade beskrivning och av patentkraven.

KORTFATTAD RlTNlNGSBESKRiVNlNG FIG. 1A och 1B är schematiska snittvyer med bortbrutna delar av kända utföringsformer av ventiler av typen Valvistor® med hydraulisk återföring: FlG. 2 är ett diagram visande typiska karakteristika hos respektive venti- ler visade i FIG 1A and B; 10 15 20 25 30 532 SEB 4 FIG. 3 är en vy med bortbrutna delar, delvis i snitt, av en ventil enligt uppfinningen; FIG. 4 är en vy motsvarande FlG. 3 av en moditierad ventil enligt upp- finningen; FIG. 5 och 6 är sidovyer ovanifrån och underifrån av respektive ventil- kroppar enligt uppfinningen; FIG. 7-13 år bortbrutna vyer visande olika konfigurationer av àterförande öppningar hos ventilkroppar enligt uppfinningen; och FlG. 14 är en vy av en utbredd periferiyta av en ventilkropp med i om- kretsriktning fördelade återförande öppningar enligt uppfinningen.

I de olika utföringsformerna av ventiler visade på ritningen är delar med liknande funktion genomgående försedda med lika hänvisningstal.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRlNGSEXEMPEL De fluidreglerventiler 10 som visas på ritningen år typiskt hydrauliska kraftreglerventiler som innefattar ett ventilhus 12 och en ventilkropp 30 glidbart upp- tagen i ventilhuset 12 för styrning av ett huvudflöde Q av en trycksatt tluid mellan en inloppsport 14 och en utloppsport 16 avgränsade i ventilhuset 12. Ãnden som stäng- er och öppnar flödet hos ventilkroppen 30 kan valfritt och oberoende av uppfinningen vara av olika typer: l utföringsfonnen enligt känd teknik visad i F lG. 1A är ventilen av kägletyp uppvisande en stympat konisk stangande ände. I utföringsformen enligt känd teknik visad i FIG 1B är ventilen av kombinerad kägle-slidventiltyp uppvisande en taggig eller sågtandsforrnad stängande ände som omnåmnts i det föregående. l utföringsexemplet visat i FIG. 3-6 enligt uppfinningen är ventilkroppen 30 av sätes- ventíltyp, uppvisande en skív- eller tallrlksformad stängande del 36. Följaktligen kan utföringsformer av uppfinningen ha varje lämplig typ av stängande ände för huvud- flödet.

Ventilema är vidare av typen Valvistor® med hydraulisk återföring eller återkoppling. l utföringsexemplen av denna typ av ventil, modifierade enligt uppfin- ningen och visade på FlG. 3 och 4, kan ett litet flöde q hos en àterföringskrets styras av en pilotventil, såsom pilotventilen 50 visad på FlG. 1A och 3. Återföringskretsen sträcker sig enligt följande från inloppsporten 14: 1) in i en återförande kanal 38 i en första ände 40 av ventilkroppen 30; 10 15 20 25 30 532 520 5 2) ut ur en andra ände av den återförande kanalen 38, bildande en öpp- ning 42 i en periferiyta 32 hos ventílkroppen 30, varvid öppningen 42 har en variabel öppníngsarea A (FIG. 3, 4 and 7) presenterad ovanför en doseringskant 18 avgrän- sad i en reglerkamrnare 20 hos ventilhuset12; 3) in i reglerkammaren 20; 4) från reglerkammaren och in i pilotventilen 50; 5) ut ur pilotventilen 50 och in i utloppsporten 16 via en ledning 54 sträckande sig från pilotventilen 50. l utföringsforrnen enligt FlG. 4 med omkastat flöde enligt uppfinningen är lnlopps- och utloppsportarna 14, 16 inbördes omväxlade. Ledningen 54 hos den återförande reglerkretsen kommer då att mynna i porten 16 som nu är belägen axiellt nedanför ventílkroppen 30. l detta fall mynnar den första änden 40 hos ventílkroppen 30 vid ventilkroppens skaft 34 in i inloppsporten 14.

Som antyds i FlG. 3 och 4, kan ventilskaftet 34 ha en relativt liten diame» ter för att tillåta att bottenytan av den skivforrnade stängande delen 36 elastiskt an- passar sig till den motsatta ytan av ventilhuset 12 iventilens stängda läge. Därige- nom behöver de stängande ytorna inte vara bearbetade till perfekt parallellltet. l utföringsforrnerna enligt FIG. 3 och 4 är ventílkroppen 30 på likaså känt sätt upptagen i ett separat element 13 bildande del av ventilhuset 12 och i sin tur upptaget i ett huvudventilblock hos ventilhuset 12.

Arbetssättet hos ventilen 10 enligt uppfinningen visad på FlG. 3 är unge- fär enligt följande: inledningsvis tillsluter ventílkroppen 30 passagen mellan inlopps- och ut- loppsportama 14, 16. Trycket i utloppsporten 14 kommuniceras till reglerkammaren 20 via àterföringskanalen 28 och en liten öppningsarea A exponerad över doseringe- kanten 18. Eftersom den tvärsnittsarea av ventílkroppen 30 som presenteras mot trycket är större i reglerkammaren än i inloppsporten, och eftersom det tryck som verkar på den återstående tvärsnittsarean exponerad vid ventilkroppens 30 utloppe- port 16 är jämförelsevis litet, förblir ventílkroppen 30 anliggande mot sitt säte i det stängda läget.

Om så är nödvändigt, kan emellertid utföringsformer av uppfinningen vara försedda med en eller flera fiädrar (ej visade), såsom tryckande skruvfiädrari reglerkammaren 20 för att hjälpa till med ventilkroppens 30 rörelse i den stängande 10 15 20 25 30 532 520 6 riktningen. Urtag 48 (FIG. 5) kan därvid vara anordnade i ventilkroppen 30 för att uppta sådana fjädrar.

För att öppna ventilen 10, förflyttar en insignai i, exempelvis en elektrisk ström, en ventiislid 52 via en solenoid i pilotventilen 50 åt höger från det stängda lä- get visat i FIG. 1 tili ett gradvis öppnat läge. I detta sammanhang är det även möjligt att använda en inverterad pilotventil, dvs. en pilotventil som normalt är öppen och stängs gradvis när den påverkas av insignalen (ej visat).

Reglerkammaren 230 är då öppnad mot utloppsporten 16, vilken har ett lägre tryck än trycket i inloppsporten 14. Dä minskas trycket i reglerkammaren 20 re- sulterande i att ventilkroppen 30 rör sig uppåt i reglerkammaren 20 och öppnar in- loppsporten 14 mot utloppsporten 16. Trycket i reglerkammaren 20 kommer då att anpassa sig till en nivå mellan trycken i inloppskammaren 14 och utloppskammaren 16, resulterande latt ventilkroppen 30 balanseras av lika stora motsatta krafter. Ge- nom lämplíg konstruktion av ventilen 10, innefattande öppningen 42, kommer där- igenom ventilkroppen 30 att ha förmåga att kvarstanna i den öppningsgrad som be- stäms av öppningsgraden hos pilotventilen 50.

Om pilotventilen öppnas ytterligare, minskar åter trycket i reglerkamma- ren 20, med följd att ventilkroppen 30 rör sig ytterligare in i reglerkammaren 20. Öpp- ningen 42 kommer nu att uppvisa en större öppningsarea A som förmår utjämna de krafter som verkar på de motsatta tvârsnitten av ventilkroppen 30 vid ett högre värde på det iilla återförda reglerflödet q, resulterande i att ventilkroppen kvarstannar i sitt nya läge längre in i reglerkammaren 20.

Ovan angivna operation är reversibel, så att ventilkroppen 30 kommer att oföränderligt följa rörelserna hos pilotventilens ventiislid 52 på ett sätt styrt av den senare.

Som redan omnämnts i det föregående kan ett grundutförande av Val- vistor® -ventilen, såsom visat form av exempel i FIG. 1A, tillhandahålla en proportio- nell karakterlstik visad av linjen 1A i F lG. 2. Detta beror på att slitsen 42 i detta fall definitionsmässigt har en konstant periferiell bredd, exporterande en area ovanför doseringskanten 18 som varierar proportionelit med rörelsen av ventilkroppen 30. En modifierad utföringsforrn enligt känd teknik av Valvistor® -ventilen, exemplifierad i FIG. 18, förmårtillhandahàlla en karakteristik som visas av den krökta linjen 'IB i 10 15 20 25 30 532 520 7 FIG. 2; emellertid endast genom modtfikation av den flödesreglerande änden av ven- tilkroppen 30. l de utföringsformer av uppfinningen som visas på FlG. 3-12 kan venti- lens karakteristik modifieras genom att ge den återförande öppningen 42 hos ventil- kroppen 30 en periferiell bredd w som varierar på ett önskat sätt i en axiell riktning hos ventilkroppen 30.

Därigenom varierar öppningsarean A ~ liksom den resulterande ventilka- rakteristiken - inte pà det proportionellt linjära sättet som svar på rörelsen hos ventil- kroppen 30. Om exempelvis öppningen 42 har formen av en triangel med bas när- mast reglerkammaren 20 och parallell med doseringskanten, som visas i F lG. 3, 4 och 7, kommer öppningsarean inte att öka proportionellt med öppningsrörelsen hos ventilkroppen 30, utan pà ett progressivt sätt motsvarande en andragradsfunktion som visas av den krökta inledande delen av den karakteristiska linjen 1B i FlG. 2.

Höjden eller den exponerbara längden h (FIG. 7) av öppningen 42 kommer att bestämma den uppnåbara rörelsen eller öppningsgraden hos ventilkrop- pen 30. Rörelsen kan även vara begränsad av en yta 21 motsatt ventilkroppen 30 i ventilhuset 12. Pà ej visat sätt kan denna yta alternativt begränsas av den övre än- den av reglerkammaren 20. Öppningen 42 kan emellertid, t.ex. av tillverkningsteknis- ka skäl, även ha ett overksamt nedre eller undre parti som aldrig exponeras mot re- glerkammaren 20 och därför kan ha varje storlek eller form. l en modifierad utförings- form av ventilen visad i FIG. 4 kan det återstående under partiet av öppningen 42 vara format som en slits (ej visad) som sträcker sig axiellt längs periteríytan 32 och fram till kommunikation med porten 14 för att därigenom ersätta kanalen 38.

Graden av progressivitet hos ventilens karakteristiska kurva kan eventu- ellt varieras genom variation av förhållandet mellan bredd och längd hos öppningen.

Speciellt, genom variation av toppvinkeln hos triangeln, kommer exempelvis en stör- re toppvinkel att sträcka ut den karakteristiska kurvan i horisontell led.

Om den triangulära öppningen 42 avgränsas av konvexa sidor, som illu- streras i FIG. 8, kommer den karakteristiska kurvan att bli något utsträckt i den verti- kala riktningen jämfört med den karakteristiska kurvan hos en motsvarande triangulär öppning med räta motsatta sidor. 10 15 20 25 30 532 520 8 Om den triangulära öppningen är omvänd, som visas i FIG. 9, kommer den karakteristiska kurvan att ha en regressiv karakteristik, inledningsvis uppvisande en brant karakteristisk ventilkurva.

Vidare behöver bredden inte nödvändigtvis variera över öppningens hela höjd: Som antyds med streckprickade linjer i FlG. 7. kan en nedre sektion 46 av öppningen 42 alternativt fortfarande ha en konstant bredd i de olika utföringsformer- na och kan även sträcka sig nedåt förbi den uppnàbara höjden h som ovan diskute- rats. Variationen av bredden är emellertid alltid närvarande vid ett inledande parti el- ler ett reglerparti av en axiell längd av öppningen 42 som är exponerbar mot regler- kammaren 20. l utföringsformen enligt FlG. 10 har öppningen en konstant bredd som varierar stegvis i axiell riktning, och i utförlngsformen enligt FlG. 11 har öppningen en inledande kort konstant bredd och en efterföljande avslutande linjärt minskande bredd. I dessa exempel kan ventilen ha två tillstànd: 1) Ett inledande iininställbart till- stånd med platt karakteristik och 2) ett återstående tillstànd med brant karakteristik som svarar snabbt på omställning av pilotventilen. l tillämpningar utan några speciella krav på in-utgångskarakteristik kan den enda öppningen 42 alternativt ha en cirkulär form som visas i FlG. 12. Öppning- en kan då vara framställd genom en billig borrningsoperation.

Som visas i F IG. 5, 6, 13 och 14, kan den återförande kanalen 38 även ha ett flertal 42 öppningar 44 anordnade på avstånd över periferiytan på ett sätt för att uppnå en önskad ventilkarakteristik. öppningarna 44 kan men behöver inte nöd- vändigtvis vara cirkulära borrningar, vilka erhålls exempelvis genom en borrnings~ operation. Öppningama 44 kan även överlappa varandra i ventilkroppens 30 axíella riktning. Om öppningarna 44 ärjämnt fördelade överomkretsen, som antyds i FIG. 14, kan de medverka till att centrera ventilkroppen 30 i det uppbärande huset genom att balansera de radiella offsetkraftema som resulterar från fluidtrycket i öppningarna 44.

Ovan detaljerade beskrivning är i första hand avsedd att underlätta för- ståelsen och några onödiga begränsningar av uppfinningen ska inte uttolkas där» ifrån. Modifikationer kommer att bli uppenbara för en fackman vid genomgång av be- skrivningen och kan genomföras utan avvikelse från uppfinningstanken eller om- fånget av efterföljande patentkrav.

Claims (13)

10 15 20 25 30 532 520 PATENTKRAV

1. Fluidreglerventil (10) innefattande ett ventilhus (12); en ventilkropp (30) uppvisande en periferiyta (32) förskjutbart lagrad för rörelse i en axiell riktning iventilhuset; en kanal (38) för en återföringkrets i ventilkroppen; vilken kanal har en första ände (40) och en andra ände (42); varvid den första änden kommunicerar med en flödesport (14) i huset; varvid den andra änden mynnar vid periferiytan (32) och kan exponera en variabel öppningsarea (A) mot en reglerkammare (20) i huset och därigenom ut- sätta ventilkroppen för nämnda rörelse genom en resulterande skillnad mellan tryck- beroende krafter verkande på motsatta ytor av ventilkroppen; kännetecknad av nämnda andra ände innefattar en öppning (42) uppvisande en periferi- ell bredd (w) som varierar åtminstone över ett parti närmast reglerkammaren av en axiell längd av öppningen som är exponerbar mot regierkarnmaren.

2. Ventil enligt krav 1, varvid nämnda bredd (w) börjar variera från en öppníngsände närmast reglerkammaren (20).

3. Ventil enligt krav 1 eller 2, varvid bredden (w) minskar i en axiell öpp- ningsriktning för ventilen.

4. Ventil enligt något av föregående krav, varvid öppningen (42) har tri- angular form.

5. Ventil enligt krav 1 eller 2, varvid bredden (w) ökar i en axiell öppnings- riktning för ventilen.

6. Ventil enligt krav 5, varvid öppningen (42) har en triangulär form

7. Ventil enligt krav 1 eller 2, varvid öppningen (42) har en cirkulär form. 10 15 532 520 10

8. Ventil enligt något av föregående krav, varvid den andra änden (42) är sammansatt av ett flertal öppningar (44).

9. Ventil enligt krav 'i eller 2, varvid den andra änden (42) är sammansatt av ett flertal cirkulära öppningar (44).

10. Ventil enligt krav 8 eller 9, varvid öppningarna (44) överlappar varandra i den axiella riktningen.

11. Ventil enligt något av krav 8-10, varvid öppningarna (44) är anordnade på inbördes avstånd runt periferiytan (32).

12. Ventil enligt något av föregående krav, varvid bredden (w) varierar på ett stegvíst sätt.

13. Ventilkropp (30) enligt något av föregående krav.