DE2438590A1

DE2438590A1 - Vorgesteuertes wegeventil

Info

Publication number: DE2438590A1
Application number: DE2438590A
Authority: DE
Inventors: Manfred Neumann; Erich Ruchser
Original assignee: Herion Werke KG
Current assignee: Herion Werke KG
Priority date: 1974-08-10
Filing date: 1974-08-10
Publication date: 1976-02-26

Description

Vorgesteuertes Wegeventil

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Wegeventil, bei dem ein zwischen Ventileingang und Ventilausgang vorgesehener Ventilsitz durch einen Ventilkörper verschlossen wird, dessen eine Seite mit dem Druck am Ventileingang und dessen andere Seite mit dem Druck in einem Druckraum beaufschlagt wird, der über eine gedrosselte Leitung mit dem Ventileingang in Verbindung steht, und bei dem über das Vorsteuerventil der Druckraum mit einem Ablaufkanal in Verbindung gebracht werden kann«,

Derartige vorgesteuerte Wegeventile sind sowohl als Membranventile (vgl. HERION 2/2-Wegeventil Baureihe 09 500) als auch als Kolbenventile (HERION 2/2-Wegeventil Baureihe 09 600), jeweils als elektromagnetisch betätigte Ventile bekannt. Bei Umschaltung von Null-Stellung auf Schalt-Stellung wird zunächst das Vorsteuerventil geöffnet und dadurch ein Druckabbau' im Druckraum herbeigeführt, der bei Erreichen einer bestimmten Druckdifferenz zwischen Druckraum und Ventileingang zu einem Abheben der Membran bzw. des Kolbens vom Ventilsitz zwischen Ventileingang und Ventilausgang führt. Bei Schließung des Vorsteuerventils nimmt der Druck im Druckraum wieder zu, bis die genannte Druckdifferenz einen bestimmten Wert unterschreitet, so daß die Membran bzw. der Kolben wieder schließt.

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Beim Abschalten derartiger Ventile tritt am Ventileingang infolge der schlagartigen Unterbrechung der Strömung vom Ventileingang zum Ventilausgang eine Druckwelle bzw. eine Druckerhöhung auf, die das Mehrfache des Betriebsdruckes (d.h. des normalerweise am Ventileingang herrschenden Druckes) erreichen kann. Diese Druckerhöhung nach dem Abschalten ist unerwünscht, da sie bedingt, daß das gesamte Ventil auf einen höheren Spitzendruck ausgelegt werden muß und Temperaturerhöhungen des Mediums und damit Veränderungen der Viskosität auftreten, die die Betriebseigenschaften des Ventils unerwünscht beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wegeventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Druckerhöhung am Ventileingang nach dem AbsehaltVorgang des Ventils vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der Druckraum über ein überdruckventil mit dem Ablaufkanal in Verbindung steht, das öffnet, wenn der Druck im Druckraum den Betriebsdruck am Ventileingang übersteigt. Entsteht nun also nach Abschalten des Ventils am Ventileingang eine Druckerhöhung über den Betriebsdruck, so pflanzt sich diese in den Druckraum fort und führt zu einem öffnen des Überdruckventils und damit zu einem erneuten öffnen des Ventils zwischen Ventilausgang und Ventileingang, d.h. zu einem erneuten Abheben der Membran bzw. des Kolbens von dem zwischen Ventileingang und Ventilausgang vorgesehenen Ventilsitz. Dadurch wird die Druckspitze im Ventileingang abgebaut. Sobald der Druck im Ventileingang wieder den Betriebsdruck erreicht hat, schließt zunächst das überdruckventil wieder; da damit der Abfluß von Medium vom Druck- raura unterbrochen wird, steigt der Druck im Druckraum. Das

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durch die Membran oder einen Kolben sowie einen Ventilsitz zwischen Ventileingang und Ventilausgang gebildete Ventil schließt ebenfalls.

Die Anordnung eines Überdruckventils zwischen Druckraum und Ablaufkanal sorgt also nach einem über die Vorsteuerung herbeigeführten Schließen erneut infolge eines kurzzeitigen öffnens des Überströmventils für eine entsprechend kurzfristige nochmalige öffnung des Ventils, so daß sich die Druckwelle am Ventileingang nicht bzw. nicht vollständig aufbauen kann, sondern im Entstehen durch einen erneuten Abfluß des Mediums abgefangen wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß das Vorsteuerventil derart als überdruckventil ausgebildet ist, daß sein Ventilkörper in Null-Stellung einen mit dem Druckraum in Verbindung stehenden Kanal verschließt und mit dem in diesem herrschenden Druck beaufschlagt wird und in^Schaltstellung die Verbindung mit der Ablaufleitung gegen die Kraft einer Feder freigibt.

Bei dieser Weiterbildung übernimmt praktisch das Vorsteuerventil zusätzlich die Funktion des Überdruckventils, in dem sein Ventilkörper mit dem Druck im Druckraum gegen die Kraft einer Feder beaufschlagt wird; bei einer derartigen Ausbildung sind also besonders schnelle Schaltzeiten und ein sehr einfacher konstruktiver Aufbau zu verwirklichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

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Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel; Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem vorgesteuerten elektromagnetisch betätigten, als Membranventil ausgebildeten 2/2-Wegeventil. In dem Gehäuse 1 ist ein Ventileingang P, an dem das Medium in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 2 zugeführt wird, sowie ein Ventilausgang A angeordnet. Zwischen beiden befindet sich der Ventilsitz 3, der durch die in Null-Stellung auf ihm aufsitzende Membran 4 verschlossen wird. Die Membran 4 wird zwischen Gehäuse 1 und Gehäuseoberteil 5 aufgenommen. Vom Ventileingang P führt ein Zulaufkanal 6 über eine stufenlos einstellbare Drossel 7 zu einem Druckraum 8, der oberhalb der Membran 4, also durch diese vom Ventileingang P und vom Ventilausgang A getrennt, angeordnet ist. Zwischen dem Druckraum 8 und einem Ablaufkanal 9> der mit dem Ventilausgang A in Verbindung steht, ist ein Vorsteuerventil angeordnet, das durch den Ventilsitz 10 und den Ventilkörper 11 gebildet wird. Der Ventilkörper 11 ist am Ende des Magnetankers 12 angeordnet, der durch die Kraft der Feder 13 auf den Ventilsitz gedrückt wird und bei Erregung des Elektromagneten 14 gegen die Kraft der Feder 13 von dem Ventilsitz 10 abgehoben wird.

Auf die Membrane wirkt einerseits der Druck im Druckraum 8, andererseits der im Ventileingang P herrschende Druck ein. In der in Fig. 1 gezeigten Null-Stellung (Ventil geschlossen) herrscht im Druckraum 8 infolge der Verbindung mit dem Ventileingang P über Zulaufkanal 6 und Drossel 7 derselbe Druck wie im Ventileingang P. Der Druck im Druckraum 8, der auf die Membran mit größerer Fläche wirkt, drückt die Membran 4 auf den Ventilsitz 3.

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Das Ventil wird durch Erregen des Elektromagneten 14 geschaltet. Der Ventilkörper 11 des Vorsteuerventils hebt vom Ventilsitz 10 ab; der Druck im Druckraum 8 nimmt nun ab, da aus ihm über den Ablaufkanal 9 Medium zum Ventilausgang A abfließt. Zwischen dem Ventileingang P und dem Druckraum 8 entsteht infolge der Anordnung der Drossel 7 zwischen ihnen eine Druckdifferenz Ap, die durch die Einstellung der Drossel 7 bestimmt wird; erreicht diese Druckdifferenz Ap einen bestimmten Wert, so hebt die Membran 4 vom Ventilsitz 3 ab und gibt so die Verbindung von Ventileingang P zum Ventilausgang A frei (Schalt-Stellung). Drückt bei Entregung des Elektromagneten 14 die Feder 13 den Ventilkörper 11 wieder auf den Ventilsitz' 10, wird also das Vorsteuerventil geschlossen, so wird der Abfluß von Medium aus dem Druckraum 8 über den Ablaufkanal SL unterbunden; im Druckraum 8 baut sich über dem Zulaufkanal 6 wieder derselbe Druck auf, der auch am Ventileingang P herrscht; hat der Druck im Druckraum 8 wieder soweit zugenommen, daß die oben erwähnte Druckdifferenz unterschritten wird, dann wird die Membran 4 durch den Druck im Druckraum 8 wieder auf den Ventilsitz 3 gedrückt. Das Ventil ist wieder geschlossen (Null-Stellung). Soweit das Ventil bis jetzt beschrieben wurde, ist es bekannt.

Wird das Ventil geschlossen, d.h. wird die Membran 4 auf den Ventilsitz 3 gedrückt, so tritt infolge der abrupten Unterbrechung der Strömung des Mediums vom Ventileingang P zum Ventilausgang A eine Erhöhung des Druckes am Ventileingang P bis auf möglicherweise das Zehnfache des Betriebsdrucks auf. Es handelt sich praktisch um eine Druckwelle, die durch die plötzliche Unterbrechung der Strömung des Mediums beim Abschaltvorgang entsteht.

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Dieser unerwünschte Druckanstieg wird nun durch das überdruckventil 15 abgebaut, das zwischen dem Druckraum 8 und dem mit dem Ventilausgang A in Verbindung stehenden Ablaufkanal 9 vorgesehen ist, und öffnet, sobald der Druck im Druckraum 8 den Betriebsdruck übersteigt. Dieses überdruckventil 15 wird durch einen Ventilkörper 16, einen Ventilsitz 17 und eine Druckfeder 18 gebildet· Der Ventilkörper l6 wird vom Druck im Druckraum 8, sofern dieser größer wird als die Kraft, mit der ihn die Druckfeder l8 auf den Ventilsitz 17 drückt, von diesem abgehoben, über das geöffnete überdruckventil 15 erfolgt ein Abfluß von Medium aus dem Druckraum 8 über den Ablaufkanal 9 zum Ventilausgang A. Demgemäß wird der überdruck im Druckraum 8 wieder abgebaut. Das durch Ventilsitz und Ventilkörper 11 gebildete Vorsteuerventil wird also bei einem Druckanstieg im Druckraum 8 über den Betriebsdruck durch das überdruckventil 15 kurzgeschlossen.

Verringert sich nun der Druck im Druckraum 8 wieder, so daß zwischen dem (infolge des Druckanstiegs kurz nach dem Abschaltvorgang über dem Betriebsdruck erhöhten) Druck am Ventileingang P und dem Druck im Druckraum 8 erneut eine Druckdifferenz Δ ρ besteht, so führt dies - wie oben im Zusammenhang mit dem normalen Öffnungsvorgang des Ventils beschrieben zu einem erneuten Abheben der Membran ^ vom Ventilsitz 3> also zu einer erneuten öffnung des Ventils. Der über den normalen Betriebsdruck erhöhte Druck am Ventileingang P baut sich dann sehr schnell ab; Medium fließt vom Ventileingang P zum Ventilausgang A. Ist soviel Medium abgeflossen, daß sich der Druck am Ventileingang P wieder auf den normalen Betriebsdruck gesenkt hat, die nach dem AbschaltVorgang aufgetretene Druckspitze also abgebaut ist, dann hat sich auch wieder die Differenz zwischen dem Druck im Druckraum 8 und dem Druck im

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Ventiieingang P soweit verringert, daß das Ventil wieder schließt. Ebenso schließt das Überdruckventil 15, sobald der Druck im Druckraum 8 wieder auf den Betriebsdruck gefallen ist. Der nach dem AbsehaltVorgang im Ventiieingang P eingetretene Druckanstieg wird also durch eine erneute kurzfristige Öffnung des Ventils abgebaut. Danach bleibt das Ventil geschlossen.

Das Überdruckventil 15 ist auf denjenigen Betriebsdruck eingestellt, der im Ventileingang P herrschen soll; es öffnet sich, sobald der Druck im Druckraum 8 höher als dieser Betriebsdruck wird, wie das kurz nach einem Abschaltvorgang infolge des beschriebenen Druckanstiegs im Ventileingang P, der sich auf den Druckraum 8 überträgt, der Fall ist. Die Einstellung des Überdruckventils 15 auf den Betriebsdruck (oder einen um einen bestimmten Schwellwert höher liegenden Druck) erfolgt durch entsprechende Dimensionierung der Feder 18 und Einstellung der Einstellschraube 19.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, und zwar ebenfalls im Zusammenhang mit einem vorgesteuerten elektromagnetisch betätigten, als Membranventil ausgebildeten 2/2-Wegeventil. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Überdruckventil, das bei einer Erhöhung des Druckes im Druckraum 8 über den Betriebsdruck am Ventileingang P zu einer Druckentlastung im Druckraum 8 führt, in das Vorsteuerventil, das insoweit - wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - durch den Ventilkörper 11 und den Ventilsitz 10 gebildet wird, integriert, indem das VorSteuerventil selbst als Überdruckventil ausgebildet ist. Der Ventilsitz 10 umgibt einen Kanal 20, der mit dem Druckraum 8 in Verbindung steht. Der im Druckraum 8 herrschende Druck beaufschlagt also den Ventilkörper 11 gegen den Druck der Feder 13. Der Ablaufkanal 9

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stellt die Verbindung des Ventilausgangs A mit dem Raum 21 her, in den bei geöffnetem Vorsteuerventil, d.h. bei vom Ventilsitz 10 abgehobenen Ventilkörper 11, vom Druckraum 8 über den Kanal 20 Medium eintritt.

Das durch Ventilsitz 10 und Ventilkörper 11 gebildete Ventil hat bei diesem Ausführungsbeispiel also zwei Punktionen, nämlich die Punktion des Vorsteuerventils und die eines Überdruckventils. In der Punktion als Vorsteuerventil arbeitet es wie im Ausführungsbeispiel nach Pig. l^in der Punktion als überdruckventil wie das Überdruckventil 15 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. übersteigt der Druck im Druckraum 8 die auf den Ventilkörper 11 von der Feder 13 ausgeübte Kraft, dann hebt der Ventilkörper 11 vom Ventilsitz IO ab, so daß sich der Druck im Druckraum 8 über den Kanal 20, den Raum 21 und den Ablaufkanal 9 abbaut; das führt zu einem Abheben der Membran 4 vom Ventilsitz 3> bis der Druck im Druckraum 8 wieder Betriebsdruck erreicht hat. Auch hier erfolgt also kurz nach dem AbsehaltVorgang des Ventils durch Verschließen des Ventilsitzes 3 durch die Membran 4 ein erneutes kurzfristiges öffnen. Die Einstellung des durch Ventilsitz 10 und Ventilkörper 11 gebildeten Vorsteuerventils in seiner Punktion als überdruckventil auf Betriebsdruck erfolgt durch entsprechende Dimensionierung der Druckfeder 13 bzw. Einstellung der Einstellschraube 19.

Die Punktionsweise beider Ausführungsbeispiele kann verallgemeinert wie folgt beschrieben werden: Die öffnung des durch Membran 4 und Ventilsitz 3 gebildeten Ventils erfolgt dadurch, daß infolge Erregung des Elektromagneten I^ das Vorsteuerventil öffnet. Es erfolgt ein Abbau des Drucks im Druckraum 8 und es entsteht an der Drossel 7 zwischen Druckraum 8 und Ventileingang P eine Druckdifferenz, die zum Abheben der

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Membran 4 vom Ventilsitz 3 führt. Nach Entregung des Elektromagneten Ik wird das Vorsteuerventil geschlossen; der Ventilkörper 11 sitzt auf dem Ventilsitz 10 auf; der Druck im Druckraum 8 nimmt zu; ist die Druckdifferenz zwischen Druckraum und im Ventileingang P geringer als ein bestimmter Wert, so wird die Membran k vom Druck im Druckraum 8 wieder auf den Ventilsitz 3 gedrückt. Das durch Membran 4 und Ventilsitz 3 gebildete Ventil schließt. Danach entsteht - unerwünscht - im Ventileingang P eine Druckerhöhung über den Betriebsdruck hinaus. Diese Druckerhöhung pflanzt sich auch in den Druckraum 8 fort und führt dort zum öffnen des Überdruckventils, das im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch das überdruckventil 15» im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch besondere Ausbildung des Vorsteuerventils (Beaufschlagung des Ventilsitzes 11 des Vorsteuerventils mit dem Medium in Öffnungsrichtung des Vorsteuerventils gegen die Kraft der Feder 13) gebildet wird. Diese öffnung des Überdruckventils führt zu einem Abbau des Druckes im Druckraum 8 und damit zu einer erneuten öffnung des durch Membran 4 und Ventilsitz 3 gebildeten Ventils, und zwar solange, bis der Druck im Druckraum 8 wieder Betriebsdruck erreicht hat und das überdruckventil wieder schließt.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die dargestellten Membranventile beschränkt; sie ist vielmehr auch auf mit Kolben geschaltete Wegeventile anwendbar, bei denen der Ventilsitz also nicht durch eine Membran, sondern durch einen Schaltkolben verschlossen wird, auf dessen einer Seite der Druck in einem Druckraum (entsprechend Druckraum 8 bei den Ausführungsbeispielen) wirkt, welcher über eine, eine Drosselung darstellende oder eine Drossel aufweisende Leitung mit dem Ventileingang in Verbindung steht und eine Schaltbewegung ausführt, wenn über ein Vorsteuerventil ein Druckabbau im Druckraum erfolgt.

Patentansprüche: 6 0 9 8 Q 9 / 0 1 0 4

Claims

Patentansprüche

1. Vorgesteuertes Wegeventil, bei dem ein zwischen Ventileingang und Ventilausgang vorgesehener Ventilsitz durch einen Ventilkörper verschlossen wird, dessen eine Seite mit dem Druck am Ventileingang und dessen andere Seite mit dem Druck in einem Druckraum beaufschlagt wird, der über eine gedrosselte Leitung mit dem Ventileingang in Verbindung steht, und bei dem über das Vorsteuerventil der Druckraum mit einem Ablaufkanal in Verbindung gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (8) über ein Überdruckventil (15; 10, 11) mit dem Ablaufkanal (9, A) in Verbindung steht, das öffnet, wenn der Druck im Druckraum (8) den Betriebsdruck am Ventileingang (P) übersteigt.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (10, 11) derart als Überdruckventil ausgebildet ist, daß sein Ventilkörper (11) in Null-Stellung einen mit dem Druckraum (8) in Verbindung stehenden Kanal (20) verschließt und mit dem in diesem herrschenden Druck beaufschlagt wird und in Schalt-Steilung die Verbindung mit der Ablaufleitung (9) gegen die Kraft einer Feder (13), die ihn (11) auf den Ventilsitz (10) drückt, freigibt.

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3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den öffnungsdruck des Überdruckventils (15; 10, 11) bestimmende Druck einer Feder (18; 13) auf den Ventilkörper (17, 11) des Überdruckventils durch eine Einstellschraube (19) einstellbar ist.

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