Beschreibung Stroraregelventil
Die Erfindung betrifft ein Stromregelventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Stromregelventile werden verwendet, um einen eingestellten Volumenstrom unabhängig von Druckschwankungen konstant zu halten. Dies wird dadurch erreicht, dass einer einstellbaren Meßblende eine Druckwaage zugeordnet ist, die in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Feder sowie einen Druck stromabwärts der Meßblende und in Schließrichtung vom Druck stromaufwärts der Meßblende beaufschlagt ist. Prinzipiell kann die Druckwaage dabei der veränderlichen Meßblende vor- oder nachgeschaltet werden.
In der US 5,878,766 ist ein Stromregelventil bekannt, bei dem ein Meßblendenschieber axial verschiebbar in einem Ventilgehäuse geführt ist. Der Meßblendenschieber ist als Hohlkolben ausgeführt und hat eine Mantelboh- rungsstern, der mit einer gehäusefesten Steuerkante den Meßblendenquerschnitt bestimmt. Dieser läßt sich mittels einer Versteilschraube verändern. Auf dem Meßblendenschieber und entlang des Innenumfangs einer Ventilbohrung des Ventilgehäuses ist ein Druckwaagenkolben geführt, über den ein radialer Ausgangsanschluß des Stromregelventils auf- bzw. zusteuerbar ist. Der Druckwaagenkolben ist in Schließrichtung von einem Druck stromaufwärts des Meßblendenquerschnitts, d.h. vom Druck am Eingangsanschluß des Stromregelventils und in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Regelfeder sowie einem Druck stromabwärts des Meßblendenquerschnitts beaufschlagt. Die Regelfeder
ist in einem rückwärtigen Steuerraum aufgenommen und greift an einem Radialbund des Druckwaagenkolbens an. Der Druck stromaufwärts des Meßblendenquerschnitts wird über eine Axialbohrung des Druckwaagenkolbens abgegriffen und liegt im rückwärtigen Federraum für die Regelfeder an. Eine derartige Konstruktion benötigt zum einen einen erheblichen Bauraum in Radialrichtung, da die Regelfeder den Aussenumfang des Druckwaagenkolbens umgreift und daher entsprechender Raum im Ventilgehäuse vorgesehen werden muß. Desweiteren ist die Druckmittelführung des Stromregelventils relativ komplex, da der auf den Druckwaagenkolben in Schließrichtung wirksame Druck durch den Meßblendenkolben hindurch in den vergleichsweise großen Federraum für die Regelfeder gemeldet werden muß.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Stromregelventil zu schaffen, das kompakt gebaut und bei dem die Druckmittel- oder Steuerölströmungswege möglichst kurz ausgebildet sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Stromregelventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Druckwaagenkolben entlang ei- nes Bereichs zwischen einer eingangsseitigen Stirnfläche und einem oder mehreren Manteldurchbrüchen des Meßblendenschiebers geführt, die gemeinsam mit einer gehäusefesten Steuerkante den Meßblendenquerschnitt ausbilden. Mit anderen Worten gesagt, der Druckwaagenkolben ist bei der erfindungsgemäßen Lösung im Bereich des eingangsseitigen Endabschnitts des Meßblendenkolbens geführt, so dass eine in Schließrichtung wirksame Ringstirnfläche des Druckwaagenkolbens unmittelbar, d.h. ohne ümlenkung innerhalb des Ventilgehäuses und ohne Durchströmung des Meßblenden- Schiebers mit dem Druck am Eingangsanschluß des Stromregelventils beaufschlagt ist.
Ein derartiges Stromregelventil läßt sich wesentlich kompakter als die bekannte Lösung ausführen, wobei die direkte Beaufschlagung der in Schließrichtung wirksamen Ringstirnfläche aufgrund des gegenüber der bekannten Lösung erheblich verkürzten Steuerölströmungspfad ein verbessertes Ansprechverhalten aufweist.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn eine den Druckwaagenkolben in Öffnungsrichtung beaufschlagende Regelfeder an einer rückwärtigen Stirnfläche angreift, die mit dem Druck stromabwärts der verstellbaren Meßblende beaufschlagt ist. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ragt der Endabschnitt des Druckwaagenkolbens in der Grundposition über den Endabschnitt des Meßblendenschiebers hinaus . Zur Verkürzung der Baulänge des Stromregelventils kann die rückwärtige Stirnfläche des Druckwaagenkolbens mit einer Ausdrehung versehen werden, in die eine Endabschnitt der Regelfeder eintaucht. Die Druckmittelströmungsführung ist weiter verbessert, wenn die Regelfeder an einem Ringsteg ausgebildet ist, der radial ausserhalb der Regelfeder einen oder mehrere achsparallel verlaufende Bohrungen aufweist, über die ein sich an den veränderlichen Meßblendenquerschnitt anschließender Ringraum des Gehäuses mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist. Durch eine derartige Lösung muß Druckmittel nicht mehr über die Windungen der Regelfeder hinwegströmen, so dass der Druckverlust in diesem Bereich verringert ist.
Das Stromregelventil kann als 2- oder 3-Wege-Stromregelventil ausgeführt sein. Im letztgenannten Fall wird über den Druckwaagenkolben eine Verbindung zu einem Tankanschluß des Stromregelventils aufgesteuert, um einen überschüssigen Druckmittelvolumenstrom zum Tank abzuleiten.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der
Druckwaagenkolben an seinem eingangsseitigen Endabschnitt eine Vielzahl von Mantelbohrungen, die eine druckwaagen- seitige Steuerkante ausbilden, über die der Tankanschluß auf- bzw. zusteuerbar ist.
Diese Mantelbohrungen sind so ausgebildet, dass bei Drehen des Druckwaagenkolbens um 180° der Tankanschluß in jeder Stellposition des Druckwaagenkolbens abgesperrt ist - d.h., durch Drehen des Druckwaagenkolbens kann aus einem 3-Wege-Stromregelventil ein 2-Wege-Stromregelventil ausgeführt sein.
Das Einsetzen des Druckwaagenkolbens ist besonders einfach, wenn dieser gegen einen in das Ventilgehäuse eingesetzten Sicherungsring vorgespannt ist. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Meßblendenschieber mittels eines Porportionalma- gneten betätigt.
Das Stromregelventil kann stromlos-offen oder stromlos-geschlossen ausgeführt sein.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer ünteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen 2-Wege-Stromregelventilanordnung, die stromlos-geschlossen ausgeführt ist; Figur 2 einen Schnitt durch ein 3-Wege-Stromregelven- til (stromlos-geschlossen) Figur 3 ein 2-Wege-Stromregelventil, das stromlos-of- fen ausgeführt ist, und Figur 4 einen Schnitt durch ein 3-Wege-Stromventil (stromlos-offen) .
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein 2-Wege- Stromregelventil 1, das in Patronenbauweise ausgeführt ist. Das Stromregelventil 1 hat eine veränderliche Meßblende 2 sowie eine dieser nachgeschaltete Druckwaage 4, die gemeinsam einen Stromregler bilden, über den der Druckabfall über der Meßblende unabhängig vom Lastdruck, von Temperaturschwankungen und Druckschwankungen am Eingang und Druckschwankungen am Eingangsanschluß A konstant gehalten werden kann.
Das Stromregelventil 1 hat ein zweiteiliges Gehäuse mit einer Ventilbüchse 6, die in eine Befestigungsbuchse
8 dichtend eingesetzt ist. Letztere kann zum Befestigen des Stromregelventils 1 in eine Ventilbohrung eines
Ventilblocks oder dergleichen eingeschraubt werden. Die Ventilbüchse 6 hat eine Ventilbohrung 10, in der ein Meßblendenschieber 12 axial verschiebbar geführt ist. Der in Figur 1 linke Endabschnitt der Ventilbohrung 10 ist radial zu einem Führungsabschnitt 14 erweitert und im Abstand rechts von diesem ist eine Ringnut 16 in der Ventilbohrung 10 ausgebildet, so dass ein Ringsteg 18
zwischen dem Führungsabschnitt 14 und der Ringnut 16 stehen bleibt.
Der entlang der Ventilbohrung 10 geführte Meßblenden- Schieber 12 hat an seinem rechten Endabschnitt einen radial vorspringenden Federtellerabschnitt 20, an dem eine Druckfeder 22 angreift, die an der benachbarten Ringstirnfläche der Ventilbüchse 6 abgestützt ist. Über diese Druckfeder 22 wird der Meßblendenschieber 12 mit seiner in Figur 1 rechten Stirnfläche gegen eine Anschlagschulter 24 eines in die Befestigungsbuchse 8 eingeschraubten Gehäuses 26 eines Proportionalmagneten vorgespannt. Dieser hat einen Betätigungsstössel 28, der an der Stirnfläche des Federtellerabschnitts 20 des Meßblendenschiebers 12 angreift.
Der Meßblendenschieber 12 hat einen Innenraum 29, der über einen Kanal 30 in dem vom Gehäuse 26 des Proportionalmagneten und von der Befestigungsbuchse 8 umgriffenen Federraum 32 mündet. Um einen schnellen Druckausgleich zu gewährleisten, ist der Federtellerabschnitt 20 von Bohrungen 34 durchsetzt.
Im Bereich des Innenraums 29 ist der Mantel des Meß- blendenschiebers 12 von mehreren am Umfang verteilten Manteldurchbrüchen 36 durchsetzt, die in der dargestellten Grundposition von dem sich rechts an die Ringnut 16 anschließenden Teil der Umfangswandung der Ventilbohrung 10 verschlossen sind.
Im Bereich zwischen dem in Figur 1 linken Endabschnitt des Meßblendenschiebers 12 und dem radial erweiterten Führungsabschnitt 14 der Ventilbüchse 6 ist ein Druckwaagenkolben 38 axial verschiebbar geführt. Dieser ist mit seiner in Figur 1 linken Ringstirnfläche 44 über eine am Ringsteg 18 abgestützte Regelfeder 40 gegen einen
Sicherungsring 42 vorgespannt, der in den Führungsabschnitt 14 der Ventilbüchse 6 eingesetzt ist.
An dem in Figur 1 rechten Endabschnitt des Druckwaa- genkolbens 38 ist eine Ausdrehung 46 ausgebildet, in die ein Endabschnitt der Regelfeder 40 eintaucht, so dass die Axiallänge des Stromregelventils 1 kürzer ist als bei einer Version, bei der die Regelfeder 40 direkt an der rückwärtigen Stirnfläche 48 angreift. Die Axiallänge des Druckwaagenkolbens 38 ist so gewählt, dass die Stirnfläche 48 in der Grundposition einen den radialen Ausgangsanschluß B bildenden Radialbohrungsstern 50 nahezu vollständig öffnet. Die Stirnfläche 48 bildet somit eine Druckwaagensteuerkante 52, die den Öffnungsquerschnitt des Radialbohrungssterns 50 bestimmt.
Der sich zwischen der Stirnfläche 48 des Druckwaagenkolbens 38 und dem Ringsteg 18 erstreckende Druckraum 54 ist über Axialbohrungen 56 des Ringstegs 18 mit der Ringnut 16 verbunden.
Wie der Figur 1 entnehmbar ist, erstreckt sich der Druckwaagenkolben 38 in seiner dargestellten Grundposition nach links über den Endabschnitt des Meßblenden- Schiebers 12 hinaus. Sowohl die benachbarte Stirnseite 58 des Meßblendenschiebers 12 als auch die Ringstirnfläche 44 des Druckwaagenkolbens 38 sind direkt vom Druck am Eingangsanschluß A beaufschlagt. Das 2-Wege-Stromregelventil 1 ist in Figur 1 in der Grundposition bei unbestromtem Proportionalmagneten dargestellt. In dieser Grundposition sind die Manteldurchbrüche 36 versperrt, d.h. das Stromregelventil ist in der Grundposition stromlos-geschlossen ausgeführt.
Zur Regelung eines Druckmittelvolumenstroms vom Eingangsanschluß A zum Ausgangsanschluß B wird der Proportionalmagnet angesteuert und entsprechend der Betätigungsstössel 28 nach links (Figur 1) ausgefahren, so dass der Meßblendenschieber 12 gegen die Kraft der Druckfeder 22 mitgenommen wird. Nach Überfahren einer kleinen Überdeckung werden die Manteldurchbrüche 36 durch eine durch die Ringnut 16 gebildete gehäusefeste Steuerkante 60 aufgesteuert, so dass Druckmittel über den Arbeitsanschluß A durch den Innenraum 29, die Manteldurchbrüche 36 und den von der Steuerkante 60 aufgesteuerten Meßblendenquersσhnitt in die Ringnut 16 einströmen kann. Von dort tritt das Druckmittel über die Axialbohrungen 56 in den Druckraum 54 ein und kann über den Radialbohrungsstern 50 und den Ausgangsanschluß B abströmen. Dabei ist die Ringstirnfläche 44 der Druckwaage 38 vom Druck am Eingangsanschluß A in Schließrichtung, d.h. in Richtung einer Verkleinerung des Strömungsquerschnitts des Radialbohrungssterns 50 und die rückwärtige Stirnfläche 48 durch den Druck stromabwärts des Meßblendenquerschnitts (Manteldurchbrüche 36) im Sinne einer Vergrößerung des Abströmquerschnittes beaufschlagt. In gleicher Richtung wirkt die Kraft der Regelfeder 40. Die Druckwaage stellt sich in eine Gleichgewichtsposition ein, in der der Druckabfall über dem Meßblendenquerschnitt im wesentlichen konstant gehalten wird. Der Druck am Eingangsanschluss A wirkt über den Innenraum 29 und den Kanal 30 auch im Federräum 32, so dass die beiden Stirnflächen des Meßblendenschiebers 12 druckausgeglichen sind.
In Figur 2 ist ein Längsschnitt eines 3-Wege-
Stromregelventils 1 dargestellt. Dessen Grundaufbau entspricht weitestgehend dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die wesentlichen Unterschiede zu diesem bestehen in einer nach links (Figur 2)
verlängerten Ventilbüchse 6, an der ein zusätzlicher Tankanschluß T ausgebildet ist. Desweiteren ist auch der Druckwaagenkolben 38 gegenüber dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel verlängert.
Die Ventilbüchse 6 hat in dem verlängerten Abschnitt 62 einen Tankbohrungsstern 64, der einen Tankanschluß T des Stromregelventils 1 ausbildet. Zur besseren Abdichtung der verlängerten Ventilbüchse 6 ist gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Dichtung 70 vorgesehen. Der Druckwaagenkolben 38 ist entsprechend verlängert und ist über die in die Ausdrehung 46 eintauchende Regelfeder 40 gegen den Sicherungsring 42 vorgespannt.
In der dargestellten Grundposition des Druckwaagenkolbens 38 ist im Bereich zwischen der Ringstirnfläche 44 und dem Tankbohrungsstern 64 der Mantel des Druckwaagenkolbens 48 mit am Umfang verteilten Tankbohrungen 66 versehen, die eine Tanksteuerkante 68 ausbilden, über die bei einer Axialverschiebung des Druckwaagenkolbens 38 nach rechts (Figur 2) der Tankbohrungsstern 64 aufsteuerbar ist. In der dargestellten Grundposition ist dieser Öffnungsquerschnitt geschlossen.
Im übrigen entspricht das in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel dem vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiel, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Das in Figur 2 dargestellte 3-Wege-Stromregelventil 1 ist ebenfalls stromlos-geschlossen ausgeführt. Zum Ermöglichen eines Druckmittelvolumenstroms zum Ausgangsanschluß B wird der nicht dargestellte Proportionalmagnet bestromt, so dass der Betätigungsstössel 28 ausfährt und den Meßblendenschieber 12 in eine Öffnungsposition
verfährt, in der über die gehäusefeste Steuerkante 60 die Manteldurchbrüche 36 aufgesteuert werden. Der Druckwaagenkolben 38 stellt sich in eine Regelposition ein, in der der Druckabfall über dem aufgesteuerten Meßblendenquerschnitt konstant gehalten wird. In dieser Regelposition, die nur einen vergleichsweise geringen Hub erfordert, wird über die Tanksteuerkante 68 der Öffnungsquerschnitt des Tankbohrungssterns 64 aufgesteuert, so dass überschüssiges Druckmittel zum Tank T hin abströmen kann. D.h., der überschüssige Druckmittelvolumenstrom wird im wesentlichen über das Aufsteuern der Verbindung zum Tank T hin abgeregelt, die Veränderung des Ablaufquerschnitts des von der Druckwaagensteuerkante 52 auf- oder zugesteuerten Radialbohrungssterns 50 spielt bei einer derartigen 3- Wege-Stromregelventilanordnung eine untergeordnete Rolle. Im Prinzip ist bei einer derartigen Schaltung die Druckwaage 4 nicht in Reihe sondern parallel zur Meßblende 2 geschaltet.
Das in Figur 2 dargestellte 3-Wege-Stromregelventil 1 läßt sich sehr einfach in ein 2-Wege-Stromregelventil umbauen, indem der Sicherungsring 42 entfernt und der Druckwaagenkolben 38 um 180° verdreht dazu wieder eingesetzt wird. Dadurch ist der Tankbohrungsstern 64 stets von der Aussenumfangswandung des Meßblendenkolbens 38 verschlossen, so dass der Tankanschluß T unabhängig von der Regelposition des Druckwaagenkolbens 38 abgesperrt und somit unwirksam ist. Da die Regelfeder 40 dann an der Ringstirnfläche 44 angreift, ist an dieser ebenfalls eine Ausdrehung 46 vorgesehen. Eine derartige Verwendung des in Figur 2 dargestellten Stromregelventils als 2-Wege-Stromregelventil hat jedoch den Nachteil, dass die Baulänge größer ist als bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1. Das 3-Wege-Stromregelventil 1 kann auch als Prioritätsventil verwendet werden, wobei der
Prioritätsverbraucher an den Ausgangsanschluss B angeschlossen wird.
Die beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele sind stromlos-geschlossen ausgeführt. Figur 3 zeigt eine Variante, bei der das 2-Wege-Stromregelventil 1 bei unbestromtem Proportionalmagneten geöffnet (stromlosoffen) ausgeführt ist. Der einzige Unterschied zu der Variante in Figur 1 besteht darin, dass die Manteldurchbrüche 36 der stromlos-offen Version gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel am Meßblendenschieber 12 nach links versetzt sind, so daß der Meßblendenquerschnitt in der Grundposition durch die gehäusefeste Steuerkante 60 auf einen Maximalwert einge- stellt ist. Beim Ausfahren des Betätigungsstössels 28 wird der Meßblendenschieber 12 nach links verschoben, so dass der Meßblendenquerschnitt durch die gehäusefeste Steuerkante 60 zugesteuert wird. Hinsichtlich der Funktion und des sonstigen Aufbaus des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 wird auf die Ausführungen in Figur 1 verwiesen.
In Figur 4 ist ein 3-Wege-Stromregelventil 1 in stromlos-offen-Ausführung dargestellt. Der wesentliche einzige Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Ausführung eines 3-Wege-Stromregelventils 1 besteht darin, dass - ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - die Manteldruchbrüche 36 des Messblendenschiebers 12 gegenüber der stromlos- geschlossen-Variante in Figur 2 nach rechts verschoben sind, so dass in der dargestellten Grundposition die Verbindung zum Anschluss B durch die Steuerkante 60 aufgesteuert ist. Bei Axialverschiebung des Messblendenschiebers 12 nach links werden die Manteldurchbrüche 36 durch die Steuerkante 60 zugesteuert. Im übrigen entspricht der Aufbau und die
Funktion dieser stromlos-offen-Ausführung derjenigen aus Figur 2, so dass weitere Ausführungen entbehrlich sind.
Selbstverständlich kann anstelle einer elektromagne- tischen Verstellung des Meßblendenschiebers auch eine andere Lösung, wie beispielsweise eine Stellschraube verwendet werden.
Offenbart ist ein Stromregelventil mit einer verän- derlichen Meßblende, der eine Druckwaage zugeordnet ist. Diese hat einem Druckwaagenkolben, der abschnittsweise auf einem Meßblendenschieber und in einem Ventilgehäuse geführt ist. Dieser ist von der Kraft einer Regelfeder und dem Druck stromabwärts der Meßblende in Öffnungsrichtung und vom Druck stromaufwärts der Meßblende in Schließrichtung beaufschlagt. Der Meßblendenschieber hat einen Manteldurchbruch, der gemeinsam mit einer gehäusefesten Steuerkante den Meßblendenquerschnitt bestimmt. Erfindungsgemäß ist der Druckwaagenkolben an einem vorderen Endabschnitt des Meßblendenschiebers im Bereich zwischen dem Manteldurchbruch und einer eingangsseitigen Stirnfläche geführt, so dass eine Ringstirnfläche des Druckwaagenkolbens direkt mit dem Druck am Eingangsanschluß beaufschlagbar ist.
Bezugszeichenliste
1 Stromregelventil
2 Messblende
4 Druckwaage
6 Ventilbüchse
8 Befestigungsbuchse
10 Ventilbohrung
12 Messblendenschieber
14 Führungsabschnitt
16 Ringnut
18 Ringsteg
20 Federtellerabschnitt
22 Druckfeder
24 Anschlagschulter
26 Gehäuse Proportionalmagnet
28 Betätigungsstössel
29 Innenraum
30 Kanal
32 Federraum
34 Bohrung
36 Manteldurchbruch
38 Druckwaagenkolben
40 Regelfeder
42 Sicherungsring
44 Ringstirnfläche
46 Ausdrehung
48 Stirnfläche
50 Radialbohrungsstern
52 Druckwaagensteuerkante
54 Druckraum
56 Axialbohrung
58 Stirnseite 60 Steuerkante 62 verlängerter Abschnitt 64 Tankbohrungsstern
Tankbohrung Tanksteuerkante Dichtung