DE1500182A1 - Drucksteuerventil - Google Patents

Description

Drucksteuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf Drucksteuerventile der Art, bei denen ein Druckgefälle in einem Mediumfluß mittels einer Öffnung erzeugt wird, welche von einer Steuerkante eines Mantels eines Kolbens gesteuert wird, der in einer zylindrischen Bohrung arbeitet, wobei die beiden Seiten des Kolbens durch einen Steuerdruck beaufschlagt sind. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines ^: verbesserten Steuerventils der beschriebenen Art, welches eine hohe Empfindlichkeit ermöglicht und bei dem gleichzeitig der Fluß längs des Kolbenmantels auf einem niedrigen Wert gehalten wird. Ein solcher P^uß ist natürlich unerwünscht, denn wenn beispielsweise der Druok oberhalb und unterhalb der öffnung entsprechend auf die

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beiden Seiten des Kolbens wirkt, umgeht jeder längs des Kolbens fließende Mediumfluß die gesteuerte Öffnung, d.h; ist in Bezug auf die gesteuerte Öffnung ein Verlustfluß.

Mit Hinsicht auf dieses Ziel ist mindestens eine der miteinander zusammenwirkenden zylindrischen Flächen des Kolbenmantels oder der Bohrung, in welcher der Kolben gleitet, mit mehreren umlaufenden Rinnen versehen, welche Wirbelkanimern bilden, die die kinetische Energie des Flusses längs des Kolbenmantels aufbrauchen. In der Praxis wurde herausgefunden, daß bei einem Steuerkolben von 6,4, cm (2,5 inch) Durchmesser für die Einlaßleitung einer Gasmaschine das Anbringen von etwa acht Rinnen im Umfang des Kolbens, die jeweils eine Breite und eine reale Tiefe von ca. 1,0 mm (0,004 inch) haben,eine genügende Abdichtung ergibt, ohne daß irgendwelche Kolbenringe oder Kolbendichtungen verwendet werden, welche den verhältnismäßig niedrigen, verfügbaren Steuerkräften einen unzulässigen Reibungswiderstand entgegensetzen würden.

Es sollen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, die in den Fig. 1, 2 bzw. 3 zu finden sind ·

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Pig, 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines automatischen Steuerventils,

Fig. 2 zeigt ein Ventil, in welchem der unterlaufseitig der gesteuerten Öffnung herrschende Druck auf eine Feder wirkt, welche noch zusätzlich durch atmosphärischen Druck unterstützt wird, und

Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines ähnlichen Ausführungsbeispiels, in welchem der unterlaufseitig herrschende Druck auf eine Feder wirkt, die von einem Hilfsdruck unterstützt wird.

Das Steuerventil hat ein Gehäuse 1 (Fig.1), das mit einer Zylinderbohrung 2 versehen ist, deren eines Ende durch eine Endwand 1a" abgeschlossen ist und in der ein Kolben in df-r Art eines Topfkolbens 3 in Längsrichtung beweglich ist. Die Wand der Zylinderbohrung 2 hat eine Öffnung 4 und über einen Durchlaß 5 wird atmosphärische Luft sowohl der Außenseite der Öffnung 4 als auch der geschlossenen Seite der Zylinderbohrung zugeleitet, wobei die atmosphärische Luft auf den Boden 6 des Topfkolbens 3 zuströmt. Die Wand 7 des Topfkolbens 3 hat eine Öffnung 8, die mit der Öffnung 4 der Zylinderbohrung 2 zusammenwirkt, so daß eine Durchflußöffnung mit

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veränderlichem Querschnitt entsteht, durch welche aus ' dem Durchlaß 5 luft in das Innere der Wand 7 des Kolbens zuströmen kannf die luft kann von hier frei in ein Einlaßrohr 10 fließen, daß an das Gehäuse. 1 am offenen Ende der Zylinderbohrung 2 angeflanscht ist. Das Einlaßrohr bildet dabei innerhalb der Zylinderbohrung 2 eine umlaufende Schulter 11. Eine eohwaohe Feder 12 ist zwischen die Schulter 11 und das Ende der Wand 7 des Kolbens 3 zwisohengefügt. Die Feder ist so angeordnet, daß sie den Kolben normalerweise in, einer l_age hält, in welcher die Größe der Öffnung 4 durch die Wand 7 des Kolbens auf ein Minimum reduziert ist· Saugt jedoch eine mit dem Rohr 10 verbundene Gasmaschine Luft an, so gestattet es der in der leitung 10 sich ergebende Druckabfall, wenn einmal die Spannung der Feder 12 überwunden ist, dem im Durchlaß 5 herrschenden atmosphärischen Druck, der auf die Außenseite des Kolbenbodens 6 wirkt, den Kolben 3 zu verschieben, wodurch der wirksame Bereich der Steueröffnung, die von den Öffnungen 4 und 8 gebildet wird, zunimmt und eine Zunahme dee Druckfalls in dieser Öffnung begrenzt wird»

Mit der Aufgabe, den Fluß längs der Wand des Kolbens d.h. längs des Kolbenmantels zu verringern, denn sieser Fluß würde die Steueröffnung umgehen, ist die Wand 7

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des Kolbens an ihrer äußeren zylindrisohen fläche mit acht umlaufenden Rinnen 13 versehen, welche als Wirhelkammern wirken, in denen der größte Teil der kineti-Bchen Energie des Flusses in Wirbelform verniohtet wird, wodurch derjenige Teil des gesamten Druokgefalles verringert wird, der verfügbar ist, um den laminaren Durchflußwideraiand in den zwischengefügten Absohnitten des zylindrisohen Zwischenraums zu überwinden, der zwischen der Kolbenwand und der Zylinderbohrung vorhanden ist. Einzelheiten des Ventils und seine Anschlüsse können selbstverständlich abgeändert v/erden. So können verschiedene öffnungen rings um den Umfang der Kolbenwand verteilt werdenj oder die Kolbenwand kann sogar in Längsrichtung unterteilt werden, so daß eine ringförmige Kolbenwand entsteht, deren beide Teile untereinander durch Stege verbunden sind.

Gemäß Pig.2 ist das Ventil in einer leitung 20 angeordnet, durch welche Medium fließt, das an der Stelle 21 in Richtung des Pfeils A eintritt. Die leitung hat einen koni-.-chen Ventilsitz 22, über den der gesteuerte Mediumfluß aus dem Gehäuse an der Stelle 43 ausströmt. Ein kolbenähnliches Ventilglied 23, das die Form einer Hülse hat, hat eine äußere Zylinderfläche 24 mit großem Durchmesser, die mit einer Bohrun 25 eines Ventilge-

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häuses 26 zusammenwirkt, welohes mittels lippen 27 in der leitung 20 hängend eingebaut ist.

Bin buchsenähnlicher Mittelabsohnitt 30 des Ventilgliedes 23 hat eine Axialbohrung 28, die auf einer hohlen Stange 29 des Ventilgehäuses 26 geführt wird. Das mit der Zylinderfläche 24 versehene hülsenartige Ventilglied 23 ist an der einen Seite mit dem Mittelabschnitt 30 über einen gelochten Boden 31 verbunden. Die andere · Seite des Mittelabsohnittes 30 ist mit einer äußeren Zylinderfläche 32 ausgebildet, deren Durchmesser wesentlich geringer ist als der Durchmesser der Zylinderfläche 24 mit dem großen Durchmesser. Die Zylinderfläche 32 des Mittelabschnittes 30 stellt einen ringförmigen Kolben dar, der in einem aus einem Ring 33 gebildeten Zylinder arbeitet, welcher in axialer Richtung von einem Endabschnitt 34 des Ventilgehäuses 26 in Richtung auf den gelochten Boden 31 zu vorsteht. Der Endabsohnitt 34 steht am Umfang in gleitender Berührung mit der Bohrung eines Mantelabschnitts 35 des Ventilgliedes 23. Der Durchmesser der Bohrung des Mantelabschnitts 35 ist genau so groß wie der Durchmesser der Zylinderfläche 24. Das Innere des vom Ring 33 gebildeten Zylinders steht mit der Außenluft über einen Durchlaß 36 in Verbindung, der üblicherweise (Pig.2)

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durch eine der Stege d.h. Rippen 27 geführt wird, mit deren Hilfe das Ventilgehäuse 26 gelagert ist. Die andere Seite dee Ventilgehäuseβ 26 steht über die hohle Stange 29 mit der Unterlaufseite des Ventils in Verbindung. Der unterlaufeeitige Druck wird dabei über die öffnungen im Boden 31 in das Innere des Ventilgliedee eingelassen· Der unterlaufseitige Druck beaufschlagt auf diese Weise den ringförmigen Kolbenbereich, der durch die Zylinderfläche 32 und die Axialbohrung 28 definiert ist. Ihm wirkt der atmosphärische Druck entgegen, der durch den Durchlaß 36 eingelassen wird und einen Bereich von gleicher Größe druokbeaufsohlagt, wobei dem unterlaufseitigen Druck gleichzeitig die Federspannung einer Steuerfeder 37 entgegenwirkt. Gleichzeitig ist das Ventilglied 23» auch was den Oberlaufseitigen Druck betrifft, im Gleichgewicht gehalten· Denn der Druckbeaufschlagung durch den Oberlaufseitigen Druck, die auf das Sitzende des Ventilgliedes erfolgt, wirkt dieselbe Dmickbeaufschlagung durch den gleichen Druck entgegen, welche auf die Schulter erfolgt, die zwischen der Zylinderfläche 24 und dem Mantelabschnitt liegt·

Hit der Aufgabe, einen Mediumfluß längs der Zylinderfläche 24 von der Oberlaufseite in das Innere des Ventilge-

hauses 26 909824/0585

häuses 26 und auf diese Weise in Richtung auf die Unterlaufseite zu, zu verringern, was einen Nebenpfad zu dem Hauptströmungspfad über den "Ventilsitz 22 bedeuten würde, ist der Teil der Zylinderfläche 24, der mit der Bohrung zusammenwirkt, mit einer Anzahl von parallelen am Umfang angeordneten Rinnen 38 von geringer Breite und Tiefe versehen, die von ähnlichem Aufbau und ähnlicher Wirkung sind, wie die Rinnen 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1. Ein weiterer Satz ähnlicher Rinnen 39 ist in der Zylinderfläche 32 angebracht, wodurch das Entweichen von Medium unter dem Druck der Unterlaufseite längs der Zylinderfläche 32 aus dem Inneren des hohlen Ventilgliedes 23 in Richtung auf den der atmosphärischen luft dienen Durchlaß 36 verringert oder gar vermieden wird.

In Pig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zu sehen, bei dem entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig.2 tragen. Über eine feststehende Drosselstelle 31b wird von dem unterlaufseitigen Druck ein Hilfsdruck geliefert. Ein einstellbarer Drosselstift 36k ist so eingestellt, daß das Druckgefälle zur Atmosphäre größer ist als das kritische Druckgefälle. Dadurch kann das Medium mit einer Geschwindigkeit fließen, die von¹) atmosphärischer. Druck unabhängig ist. Ein Boden 31a verbindet das Innere

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des gleitbaren Ventilgliedea 23 mit seinem Mittelabschnitt 30. Der Boden hat nur ein loch in Form der Drosseletelle 31b und steht mit Außenluft über eine Lei· tung 36a in Verbindung, welche den Drosselstift 36b enthält. Der Drosselstift 36b ist so eingestellt, daß unter normalen Arbeitsbedingungen ein höheres Druckgefälle als das kritische Druckgefälle zwischen der Leitung 36a und der Außenluft aufrecht erhalten wird. Der Dross.elsJbif t 36b ermöglicht es deshalb dem Medium, aus dem Inneren des Ventilgliedes 23 in die Umgebungsluft mit einer Geschwindigkeit zu entweiohen, die unabhängig ist vom atmosphärischen Druck. Weil unter stabilen Arbeitsbedingungen Medium von der Unterlaufseite in das Innere des Ventilgliedes 23 über die Drosselstelle 31b mit der gleichen Geschwindigkeit eindringt, hält die Drosselstelle 31b einen konstanten Druckunterechied zwischen dem Inneren des Ventilgliedes 23 und dem unterlaufseitigen Druck aufrecht, der in den Raum innerhalb des Ventilgehäuses 26 über die hohle Stange 29 eingelassen wird. Es fließt also eine geringe Menge Medium von der Unterlaufseite des Ventils über die Drosselstelle 31b in das Innere des hohlen Ventilgliedes 23 und entweicht von hier in die Umgebungeluft über den Drosselstift 36b und zwar mit einer konstanten Geschwindigkeit, die durch die Einstellung des Drossel«

Stiftes

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Btif-tes bestimmt ist. Es stellt sich auf diese Weise ein Druckgefälle quer über die Drosselstelle 31b hinweg, ein, welches annähernd konstant ist, wodurch ein konstantes Druckgefälle zwischen den beiden Seiten des Bodens 31a aufrecht erhalten wird. Diesem Druokgefälle wirkt eine Doppel-feder 37a entgegen. Weil das Druckgefälle verhältnismäßig klein gehalten werden kann, kann die Pederbelastung und folglich auch die Pederkonstante auf einem verhältnismäßig niederen Wert gehalten werden. Es ist klar, daß jede Zunahme des unterlaufseitigen Drucks praktisch die Feder 37a zusammenpreßt und dadurch die Breite der Öffnung zwischen dem Mantelabschnitt 35 des Ventilgliedes 23 und dem Ventilsitz 22 verringert, wodurch der unterlaufseitige Druck verringert wird, ähnlioh wie es gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Pig,2 der Fall ist. Die Rinnen 38 verringern den 3?luß von der Oberlaufseite längs der Zylinderfläche in Richtung auf das Innere des Ventilgehäuses 26, das mit der Unterlauf seite in Verbindung steht j ein zweiter Satz von umlaufenden Rinnen 40 ähnlicher Art ist in der Berührungszone angebracht, welche sich zwischen dem Gehäuseendabschnitt 34 und der Bohrung des Mantelabschnitts 35 des gleitbaren Ventilgliedes 23 befindet. Es.soll dadurch ein Verlustfluß aus dem Inneren des Ventilgliedes in Richtung auf die Unterlaufseite des

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' . - 11 Ventils verhindert werden.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig.2 und 3 zeigen insbesondere die erfinäungsgemäße Anwendung auf Druckreduzierventile, welche dazu "benutzt werden, einen konstanten unterlaufseitigen Druck herzustellen.

Patentansprüche:

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Claims (6)

1. Patentansprüc he

   1} Drucksteuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der miteinander zusammenwirkenden Zylinderflächen des Kolbenmantels oder der Bohrung, in welcher der Kolben gleitet, mit mehreren umlaufenden Rinnen versehen ist, welche Wirbelkammern bilden, die die kinetische Energie des Mediumflusses längs des Kolbenmantels vernichten«
2. 2) Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen in einer Zylinderfläche angeordnet sind, welche zwischen die beiden Seiten des Kolbens, auf die der oberhalb bzw. unterhalb der gesteuerten öffnung herrschende Druck wirkt, zwischengefügt ist.
3. 3) Drucksteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfläche des Kolbenmantels mit umlaufenden Rinnen versehen ist, wogegen die damit zusammenwirkende Wand der Zylinderbohrung durchgehend belassen ist.
4. 4) Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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   zeichnetι daß Labyrinthrinnen in einer Zylinderfläche angeordnet sind, die zwisohen einer ersten Kammer, welche frei mit der Unterlaufseite der gesteuerten öffnung in Verbindung steht und einer zweiten Kammer zwischengefügt ist, die mit der AuQenluft in Verbindung steht.
5. 5) Drucksteuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer eine gedrosselte Verbindung mit der Außenluft aufweist und außerdem eine gedrosselte Verbindung mit der Unterlaufeeite der gesteuerten öffnung.
6. 6) Drucksteuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gedrosselten Verbindungen so dimensioniert sind, daß normalerweise ein über dem kritischen Druckverhältnis liegendes Druckverhältnie zwischen der zweiten Kairaner und der Außenluft aufrecbt erhalten wird.

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