-
Durchußst euerungsventil Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Durchflußsteuerung
eines Strömungsmittels, insbesondere zur Verwendung in Servo-Eizirichtungen, bestehend
aus einem in einem Gehäuse axial beweglichen Schieber mit mindestens einer peripheren
Steuerkante, welche mit einer inneren Steuerkante am Gehäuse zusammenwirkt, wobei
die Steuerkante am Schieber sich über eine bestimmte Umfangslänge erstreckt.
-
Bei den üblichen Ventilen zur Durchflußsteuerung eines Strömungsmittels,
welche einen in einem Gehäuse axial beweglichen Schieber aufweisen, ist dieser mit
einem oder mehreren zylindrischen Ringvorsprüngen versehen, über welche der Schieber
im Gehäuse axial beweglich geführt ist. Im Gehäuse ist jedem Ringvorsprung eine
innere Ringnut zugeordnet, welche an einen Strömungnmittelkanal angeschlossen ist.
Der unmittelbar an den Xingvorsprung anschließende Raum innerhalb des Gehäuses ist
an einen zweiten Strömungsmittelkanal angeschlossen. Die umlaufende periphere Außenkante
des Ringvorsprungs neben dem besagten Raum im Gehäuse wirkt mit der benachbarten
umlaufenden peripheren Innenkante der zugehörigen Ringnut im Gehäuse zur Steuerung
des Durchflusses von Strömungsmittel
vom ersten zum zweiten Strömungsmittelkanal
bzw.
-
umgekehrt zusammen. Liegt der Ringvorsprung genau gegenüber der zugehörigen
Ringnut, dann ist die Verbindung zwischen den beiden Strömungsmittelkanälen unterbrochen
und findet kein Durchfluß statt. Dabei kann eine positive Uberdeckung der beiden
erwähnten Steuerkanten gegeben sein oder auch nicht. Wird der Schieber im Gehäuse
verschoben, so daß der Ringvorsprung sich mit der erwähnten Steuerkante von der
Steuerkante der Ringnut weg bewegt und ein Ringspalt zwischen den Steuerkanten frei
wird, dann kann dadurch Strömungsmittel von dem einen zum anderen der beiden erwähnten
Strömungsmittelkanäle fließen. Je nach dem Ausmaß der jeweiligen gegenseitigen intfernung
der beiden Steuerkanten, d.h. der Größe des freien Hingspaltes, ist der Strömungsmitteldurchsatz
größer oder kleiner.
-
Mit solchen Ventilen können kleinere Durchsätze bzw.
-
Durchflußmengen nicht gesteuert werden. Dazu müßten nämlich der Außendurchmesser
des bzw. jedes Ringvorsprunges und der Innendurchmesser der Gehäusebohrung, in welcher
der Schieber axial verschieblich ist, derart vermindert werden, daß die Herstellung
fertigungstechnisch nicht mehr möglich ist, insbesondere nicht das erSorderliche
Schleifen zur genauen kestlegung der Steuerkanten.
-
Um diesen Nachteil zu beheben, hat man bereits vorgeschlagen, statt
der geschilderten inneren Ringnut im Gehäuse darin mehrere, um den zugehörigen Ringvorsprung
am Schieber gleichmißig verteilte Fenster vorzusehen, welche auf der der Gehäusebohrung
abgewandten Seite in einen an einen Strömungsmittelkanal angeschlossenen Raum münchen.
Bei Axialverschiebtzg des Schiebers im Gehäuse wird also nicht mehr ein Ringspalt
zwischen Ringvorsprung und einer inneren Ringnut im -Gehäuse freigegeben, sondern
vielmehr lediglich eine mehr oder weniger
große Offnung der erwähnten
Fenster bewirkt. Ohne den Außendurclmiesser der Schieberringvorsprhnge und den Innendurchmesser
der Gehäusebohrung vermindern zu müssen, ist auf diese Weise die Steuerung kleinerer
Durchsätze bzw. Durch flußmengen an Strömungsmittel durch das Ventil möglich.
-
Jedoch ist bei dieser bekannten konstruktion insbesondere der fertigungstechnische
Aufwand nachteilig, welcher sie verhältnismäßig teuer macht. Die Fenster miissen
durch Elektroerosion hergestellt werden, wobei mehrere Umspannungen des Gehäuses
erforderlich sind. Dies hat im übrigen zur Folge, daß die Fenster einer einem Schieberringvorsprung
zugeordneten Fenstergruppe in der Regel mit denjenigen Seitenkanten nicht in derselben
zur Geh:'iusebohrungslängsachse senkrechten Ebene liegen, welche mit der benachbarten
Außenkante des zugehörigen Ringvorsprungs am Schieber als Steuerkanten zusammenwirken,
so daß keine einwandfreie Steuerung möglich ist.
-
Zwar hat man auch schon versucht, diesen Nachteil des gegenseitigen
axialen Versatzes der Fenster einer Fenstergruppe zu vermeiden, doch auf kosten
einer ebenfalls komplizierten Herstellungsweise, Man hat nnlich dazu das Gehäuse
mehrteilig ausgebildet, wobei die Trennfläche zwischen benachbarten Deilen in diejenige
Ebene gelegt ist, in welcher die Steuerkanten einer Benstergruppe liegen sollen.
Die gegenseitigen Anlageflächen der Gehnuseteile werden plangeschliffen, und die
einzelnen Geh useteile dann miteinander verklebt. Auf diese Weise ist gewährleistet,
daß die Steuerkanten aller Fenster einer einem Schieberringvorsprung zugeordneten
Fenstergruppe in einer zur Gehäusebohrungslängsachse senkrechten Ebene liegen.
-
Auch diese IIerstellungsweise ist aufwendig und teuer.
-
Weiterhin ist es auch bekannt, stattdessen bei Ventilen der oben
geschilderten Art mit inneren Ringnuten im Gehäuse den bzw. beiden Ringvorsprung
am Schieber breiter als die zugehörige Ringnut auszubilden und an der einer Steuerkante
der inneren Ringnut benachbarten Außenkante mit Ausnehmungen zu versehen. Die Steuerkante
des Ringvorsprungs besteht dann aus mehreren Teilen, welche jeweils von der gegenseitigen
Schnittlinie der zylindrischen Ringvorsprungmantelfläche und dem Boden einer Ausnehmung
gebildet sind. Jeder Teil der Stbuerkante am Schieber erstreckt sich also über eine
bestimmte Länge des Umfangs vom Schieberringvorsprung. Auch diese Sonstruktion ist
fertigungstechnisch schwierig und aufwendig.
-
Aufgabe der rfindung ist es, ein Ventil der letztgenannten Art zu
vermitteln, d.h. ein Ventil zur Durchflußsteuerung eines Strömungsmittels, insbesondere
zur Verwendung in Servo-Einrichtungen, bestehend aus einem in einem Gehäuse axial
beweglichen Schieber mit mindestens einer peripheren Steuerkante, welche mit einer
inneren Steuerkante am Gehäuse zusammenwirkt, wobei die Steuerkante am Schieber
sich über eine bestimmte Umfangslänge erstreckt, welches Ventil zur Steuerung kleiner
Durchsätze bzw. Durchflußmengen geeignet und leicht herzustellen ist.
-
Dies ist erfindungsgeniäß dadurch erreicht, daß der Schieber mindestens
einen zylindrischen Ringvorsprungs aufweist, welcher in der Gehäusebohrung geffihrt
und mit mindestens einer geschliffenen Seitenflche versehen ist, auf welcher zur
Begrenzung der Länge der Steuerkante in Umfangsrichtung mindestens ein Segnentst'W'ck
befestigt ist.
-
Aus Stasilittits;rinden besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerkante
am Schieber in drei gleiche Teile unterteilt ist und auf der Ringvorsprungseitenfläche
drei gleiche
Seginentstücke in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt
befestigt sind.
-
Vorteilhafterweise weist der Ringvorsprung zwei geschliffene Seitenflächen
auf, an welchen jeweils Segnentstükke befestigt sind.
-
Jedes Segmentstück kann mit Vorteil zur Seitenfläche des zugehörigen
Ringvorsprungs senkrechte Seitenflächen aufweisen. Dies ist fertigungstechnisch
besonders günstig. Stattdessen kann jedoch auch jedes Segmentstück entsprechend
einer gewünschten Durchflußkennlinie ausgebildete Seitenflächen aufweisen. Dabei
sind die Seitenflächen in Richtung der Schieber längsachse so geformt, daß sich
eine vorbestimmte abhängigkeit Q - f (S) ergibt (Q Durchsatz bzw. Durchflußmenge
an Strömungsmittel durch das Ventil bzw. durch den freien Querschnitt zwischen den
zusammengehörigen Steuerkanten am Schieber und am Gehäuse; S - Verschiebungsstrecke
des Schiebers aus der Verschlußstellung, in welcher kein Durchfluß gegeben ist).
-
Als fertigungstechnisch besonders giinstig hat es sich herausgestellt,
wenn jedes Segmentstück an den zugehörigen Ringvorsprung angeklebt ist.
-
Das erfindungsgemäße Ventil zeichnet sich gegenüber den bekannten
Vorschlägen dadurch aus, daß es trotz der Bestimmung zur Steuerung kleiner Durchsätze
bzw. Durchflußmengen wesentlich einfacher herzustellen ist, dabei zuverlässig funktioniert
und zusätzlich leicht verschiedenen Durchsatzbereichen angepaßt werden kann. Dazu
ist es lediglich erforderlich, Segmentstücke entsprechender Bogenlänge und/oder
Anzahl zu verwenden.
-
Das erwähnte Gehäuse kann als Hülse ausgebildet sein, welche in ein
größeres Gehäuse eingesetzt wird. Es kann jedoch auch das eigentliche und alleinige
Ventilgehäuse darstellen.
-
Bei der Verwendung in Servo-Mnrichtungen kann an das Gehäuse ein
Vorsteuerventil angeflanscht sein, welches die Axialverschiebung des Schiebers steuert.
An diese gesamte, als Servo-Ventil zu bezeichnende Baueinheit kann ein oder können
mehrere strömungsmittelbetätigbare Verbraucher (Stellmotore oder Stellzylinder)
angeschlossen sein, deren Beaufschlagung mit Strömungsmittel durch das erfindungsgemäße
Ventil gesteuert wird.
-
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise
beschrieben. Darin zeigen: Fig. 1 und 2 jeweils in perspektivischer Darstellung
die grundsätzliche Ausgestaltung eines üblichen bekannten Ventils zur Strömungsmitteldurchflußsteuerung
bzw.
-
eines erfindungsgemäßen derartigen Ventils, wobei das hülsenförmige
Gehäuse der besseren Deutlichkeit wegen jeweils teilweise aufgeschnitten ist; Fig.
3 und 4 die Ansicht eines senkrechten Längsschnitts durch bzw. die Draufsicht auf
eine praktische Ausführumgsform des erfindungsgemäßen Ventils, In der Zeichnung
sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugsziffern versehen.
-
Das bekannte Ventil zur Durchfluß steuerung eines Strömungsmittels
gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 und einen darin axial beweglichen Schieber 2 auf.
Der Schieber 2 ist mit zwei
zylindrischen Ringvorsprängen 3 und
zwei zylindrischen Köpfen 4 versehen. Die Ringvorspränge 3 und Köpfe 4 weisen denselben
Außendurchmesser auf und sind in einer Innenbohrung 5 des Gehäuses 1 geführt.
-
Das Gehäuse 1 ist als Hülse ausgebildet, welche in ein eigentliches,
nicht dargestelltes Ventilgehäuse einsetzbar ist. Das Gehäuse 1 weist mehrere Gruppen
von Offnungen 6 bzw. 7 bzw. 8 bzw. 9 und eine mittlere Öffnung 10 auf. Die einzelnen
Offnungen 6 bzw. 7 bzw. 8 bzw. 9 jeder Gruppe liegen mit ihren Mittelpunkten in
derselben zur Längsachse der Gehäusebohrung 5 senkrechten Ebene.
-
Die äußeren Offnungen 6 bzw. 9 stehen jeweils mit einer nicht dargestellten
Strömungsmitteldruckquelle P in Verbindung, die mittlere Offnung 10 mit einem ebenfalls
nicht dargestellten Strömungsmittelreservoir R. Die Offnungen 7 bzw.
-
8 sind jeweils an einen gleichfalls nicht dargestellten, strömungsmittelbetätigbaren
Verbraucher (Stellmotor oder Stellzylinder), und zwar an dessen beide Rammern C1
und C2, angeschlossen.
-
In Fig. 1 ist der Schieber 2 in der Mittelstellung im Gehäuse 1 dargestellt.
Dabei liegen die zylindrischen Ringvorsprünge 3 jeweils genau vor einer innere Bingnut
11 im Gehäuse 1, in welche die (Iffnungen 7 bzw. 8 moden. Die beiden umlaufenden
Außenkanten 12 jedes Ringvorsprungs 3 liegen den beiden Innenkanten 13 der zugehörigen
Ringnut 11 genau gegenüber, können jedoch auch diese überdecken, wenn der jeweilige
Ringvorsprung 3 breiter ist als die zugehörige Ringnut 11.
-
In der Schieber-IEttelstellung gemäß Fig. 1 ist also jegliche Verbindung
zwischen den Offnungen 6 bzw. 9 und den Offnungen 7 bzw. 8 unterbrochen, desgleichen
zwischen der mittleren
Offnung 10 und den Öffnungen 7 bzw. 8. Aus
den beiden Kammern Ci und C2 des nicht dargestellten Verbrauchers (Stellmotor oder
Stellzylinder) kann also kein Strömungsmittel in das nicht wiedergegebene Strömungsmittelreservoir
R abfließen, ferner sind sie auch nicht mit Strömungsmittel von der gleichfalls
nicht gezeigten Strömungsmitteldruckquelle P her beaufschlagt.
-
Wird der Schieber 2 aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung beispielsweise
nach rechts verschoben, dann bewegen sich die linken Außenkanten 12 der Ringvorsprünge
3 von den zugehörigen linken Innenkanten 13 der Ringnuten 11 weg, und es wird ein
Ringspalt frei. Strömungsmittel kann nunmehr durch die Offnungen 6 und 7 von der
nicht dargestellten Strömungsmitteldruckquelle P zur Kammer C1 des nicht gezeigten
Verbrauchers (Stellmotor oder Stellzylinder) fließen, ferner durch die Offnungen
8 und die mittlere Offnung 1Q von der Kammer C2 des Verbrauchers in das ebenfalls
nicht gezeigte Strömungsmittelreservoir R. Bei einer Verschiebung des Schiebers
2 aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Mittelstellung nach links, wird umgekehrt Kammer
C2 des Verbrauchers an die Strömungsmitteldruckquelle P und Kammer C1 des Verbrauchers
an das Strömungsmittelreservoir R angeschlossen.
-
Der Strömungsmitteldurchsatz zu bzw. von jeder Verbraucherkammer
C1 bzw. C2 hängt dabei von derjenigen Strecke ab, um welche der Schieber 2 aus der
in Fig. 1 wiedergegebenen Mittelstellung verschoben ist.
-
Die bekannte Ausgestaltung gemäß Fig. 1 ist fertigungstechnisch günstig.
Die zur Längsachse der Bohrung 5 senkrechten Seitenflächen der Ringnuten ii sowie
die zur Längsachse des Schiebers 2 senkrechten Seitenflächen 14 der Ringvorsprünge
3 können genau geschliffen werden, so daß die erforderliche gegenseitige Stellung
der als umlaufende Steuerkanten zusaemenwirkenden
Kanten 13 und
14 erzielt wird. Dies ist jedoch nur möglich oberhalb eines bestimmten Innendurchmessers
der Gehäusebohrung 5 bzw. eines bestimmten ßußendurchmessers der Köpfe 4 und der
Ringvorspränge 3. Werden diese Durchmesser zu klein, dann können die Bearbeitungs-
und fleßwerkzeuge nicht mehr in die Gehäusebohrung 5 eingeführt und in der richtigen
Weise zur Wirkung gebracht werden.
-
Da jedoch der Durchsatz beim Ventil gemäß Fig. 1 von der Größe der
geschilderten Durchmesser abhangt, desgleichen die Steigung der Durchflußkennlinie
Q - f (S), ist also dieses Ventil nicht zur Steuerung kleiner Durchsätze geeignet.
-
Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Ventil gemäß Fig.
-
2 gewährleistet. Es unterscheidet sich dadurch von dem bekannten Ventil
nach Fig. 1, daß die peripheren Steuerkanten des Schiebers 2 jeweils in mehrere
Teile 12' bestimmter Umfangslänge aufgeteilt sind. Dazu sind auf die Seitenflächen
14 der Ringvorsprünge 3 Segmentstücke 15 aufgeklebt. Bei einer Axialverschiebung
des Schiebers 2 aus der in Fig. 2 wiedergegebenen Mittelstellung entfernen sich
lediglich die linken bzw.
-
rechten Steuerkantenteile 12' jedes Ringvorsprungs 3 von der zugehörigen
Steuerkante 13 am Gehäuse 1, während die Segmentstücke 15 stets von der zugehörigen
Steuerkante 13 umschlossen bleiben. Der zwischen den Steuerkantenteilen 12' und
der zugehörigen Steuerkante 13 freigegebene Querschnitt ist geringer als bei derselben
Axialverschiebung des Schiebers 2 vom Ventil gemäß Fig. 1, demzufolge auch der Strömungsmitteldurchsatz.
Der maximale Strömungsmitteldurchsatz kann beim erfindungsgemäßen Ventil durch geeignete
Wahl der Anzahl und/oder der Bogenlänge der Segmentstücke 15 auf einer Seitenfläche
14 festgelegt werden.
-
Die Außenflächander Segmentstücke 15 fluchten genau mit der zylindrischen
Nantelfläche des zugehörigen Ringvorsprungs 3. Die Segmentstücke 15 weisen jeweils
zur Seitenfläche 14 des zugehörigen Ringvorsprungs 3 senkrechte Seitenflächen 16
auf. Die Seitenflächen 16 können jedoch auch so geformt sein, daß sich eine bestimmte
änderung des freien erschnitts zwischen zusammenwirkenden Steuerkanten 13 und Steuerkantenteilen
12' bei Axialverschiebung des Schiebers 2 ergibt, d.h. eine bestimmte gewünschte
Durchflußkennlinie Q w f (S).
-
Beispielsweise könnten die Seitenflächen 16 eines jeden iiingsegments
15 von der benachbarten Seitenfläche 14 des zugehörigen Ringvorsprungs 3 weg konisch
aufeinander zu geneigt sein.
-
Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Segmentstücke 15
iiber den gesamten Bereich der möglichen Axialverschiebung des Schiebers 2 im Gehäuse
1 von der zugehörigen Steuerkante 13 am Gehäuse 1 umschlossen sind. Eine Steuerwirkung
ergibt sich auch, wenn die auf eine Seitenfläche 14 eines Ringvorsprungs 7 aufgebrachten
Segmentstücke 15 vollständig in die dem Ringvorsprung 3 zugeordnete Ringnut 11 am
Gehäuse 1 eintreten.
-
Im Hinblick auf die Stabilität günstig ist es, wenn auf einer Seitenfläche
14 drei gleiche Segmentstücke 15 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt befestigt
sind. Dies ist bei der praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils
gemäß Fig. 3 und 4 der Fall, wobei jeweils zwei benachbarte Segmentstücke 15 am
-Außenumfang des zugehörigen Ringvorsprungs 3 einen Abstand von etwa 2,5 mm aufweisen.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 ist das Gehäuse 1 nicht
als Einsatzhülse, sondern als einteiliges Ventilgehäuse ausgebildet. Die Gehäusebohrung
5 ist an beiden En den jeweils durch eine mit dem Gehäuse 1 durch Schrauben 17
verbundene
Stirnplatte 18 verschlossen. Der Schieber 2 wird mittels eines Strömungamittels
arial verschoben. Dazu sind zwei Räume 19 vor den beiden Enden des Schiebers 2 jeweils
durch den Kanal 20 mit Strömungnmittel beaufschlagbar. Dies geschieht von einem
an das Gehäuse 1 anschraubbaren, nicht dargestellten Vorsteuerventil aus, dessen
Auslaßöffnungen unmittelbar über den beiden Mündungen der beiden Kanäle 20 zu liegen
kommen.
-
Statt der Öffnungen 6 bzw. 9 weist das Gehäuse 1 gemäß Fig. 3 und
4 zwei Ringräume 6' und 9' auf, welche über einen Kanal 21 (Fig. 4) miteinander
verbunden sind. Dieser ist über ein Filter mit einer Einlaßöffnung 22 verbunden,
an welche eine Strömungnmitteldruckquelle angeschlossen wird. Statt der Offnungen
7 und 8 sind zwei Ringräume 7' und 8' vorgesehen, an welche die beiden Kammern eines
nicht dargestellten Verbrauchers (Stellmotor oder Stellzylinder) angeschlossen werden.
Die Offaung 10 führt zu einem Ringraum 10' des Gehäuses 1.
-
Im Gegensatz zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 weist der Schieber
2 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 drei Ringvorsprünge 3 auf, nämlich
einen mittleren und zwei äußere.
-
Der mittlere Ringvorsprung 3 ist mit zwei Seitenflächen 14 versehen,
auf denen jeweils drei Segmentsticke 15 befestigt sind.
-
Er wirkt mit zwei inneren Steuerkanten 13 einer mittleren Ringnut
11 im Gehäuse 1 zusammen, welche in den Ringraum 10' übergeht.
-
Die beiden äußeren Ringvorspriinge 3 weisen jeweils nur eine Seitenfläche
14 mit drei daran befestigten Segmentstücken 15 auf, wobei diese Seitenfläche 14
dem mittleren Ringvorsprung 3 zugewandt ist. Jeder äußere Ringvorsprung 3 wirkt
mit einer inneren Steuerkante 13 am Gehäuse 1 zusammen, welche dem Ringraum
6'
bzw. 9' zugeordnet ist.
-
Die Funktionsweise des Ventils gemäß Fi. 3 und 4 ist mit derjenigen
der Ausführungsform gemäß Fig. 2 identisch.
-
Das Ventil nach Fig. 3 und 4 stellt in Verbindung mit dem nicht wiedergegebenen
Vorsteuerventil ein Servo-Ventil dar.
-
In Fig. 3 und 4 sind vergrößerte Darstellungen gezeigt. Tatsächlich
ist das dargestellte Ventil beispielsweise halb so groß.