DE2639801A1

DE2639801A1 - Ventil

Info

Publication number: DE2639801A1
Application number: DE19762639801
Authority: DE
Inventors: James P Fromfiled
Original assignee: Automatic Switch Co
Current assignee: Automatic Switch Co
Priority date: 1975-09-19
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-03-24
Also published as: CA1033260A; FR2324956A1; US4058287A; JPS6192378A; FR2324956B3; NL7610444A; AU1752076A; JPS5239824A; CH610636A5; GB1514078A; JPS6314237B2; JPS6041268B2

Description

A 12 P 144

Anmelder: AUTOiIATIC SWITCH CO¹IPAIiY,

glorham Park, Hew Jersey 07932, USA

Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein pilotbetätigtes Ventil, insbesondere auf eine Vorrichtung für ein solches Ventil, mit der die Schließgeschwindigkeit beeinflußbar ist.

Ein pilotbetätigtes Ventil weist ein Hauptschließorgan zum öffnen und Schließen einer öffnung auf, um die Verbindung zwischen einem Einlaß mit hohem Druck und einem Auslaß mit niedrigem Druck freizugeben oder zu unterbrechen. Eine Kammer auf der der öffnung abgekehrten Seite des Iiauptschlie ßorganes ist durch eine Leckverbindung mit der Einlaßöffnung verbunden. Durch ein kleines Pilotventil ist die Kammer außerdem mit einem Niederdruckbereich verbunden, beispielsweise der Auslaßöffnung. Ist das Pilotventil geschlossen, dann füllt Druckmittel hohen Druckes die Kammer durch die Leckverbindung. Hat der Druck in der Kammer eine bestimmte Höhe erreicht, so wird das Hauptschließorgan zum Schließen der Ventilöffnung und das Hauptventil zum

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-κ- ν

Schließen veranlaßt. Ist das Pilotventil geöffnet,
sinkt der Druck in der Kammer ab und das nauptschließorgan gibt die Öffnung frei, das Vantil öffnet.

In konventionellen Ventilen der beschriebenen Art ist die ochließgeschwindigkeit des Hauptventiles abhängig von Druckveränderungan an den beiden Ventilenden.
Ist beispielsweise der Uinlaßdruck in Verhältnis zum kuslaßdruck sehr hoch, fließt in dar Zeiteinheit relativ viel Druckmittel durch die Leckverbindung und füllt
sehr schnell die Karauer bis zu einem Druck, der das
liauptventil zum Schließen bringt. In einem solchen Fall schließt also das liauptventil nahezu sofort nach dem Schließen des Pilotventiles. vTenn dagegen die Druckdifferenz zwischen Einlaß- und Auslaßdruck geringer
ist, erfordert es eine längere Zeit, bis durch die
Leckverbindung genügend Druckmittel von Veiitileinlaß in die Kammer gelangt ist, um durch ausreichende Druckerhöhung das Eauptventil zu schließen.

Ein besonderer Nachteil solcher Ventile ergibt sich, wenn das Ventil bei hohen Druckdifferenzen verwendet wird. In einem solchen Fall füllt sich die Kammer so schnell mit Druckmittel, daß das Schließorgan sehr

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rasch gegen äen-"Ventilsitz geschleudert ~7ird uno. -.adurc-i der Druckraittelfluß-durch das Ventil so ■ rasch " unterbrochen wird,, daß x:in bsi hydraulischem Druckmittel allgemein als "'iJassarschlag" bezeichneter Drucknitüeischock in dem durch das Ventil gesteuerten )ruckmittelfluß sich ausbildet. ·

J ie s era Problem ;;ann zwar dadurch .''.echnung getragen werden, daß die !,eckverbindung sehr eng gsr-iacht -.-/ird. Dadurch ergeben sich jedoch eine Anzahl anderer Probleme, 3o besteht bei-einer sehr engen Leckverbindung viel eher als bei einer weiteren Leckverbindung die Gefahr des Verstopfens durch im Druckmittel mitgeführte Verunreinigungen. Außerdem liegt aUch bei einer sehr engen !,eckverbindung trotz der Vermeidung der Gefahr von Druckmittelschocks der liachteil der Abhängigkeit der Schließgeschwindigkeit von der Druckdifferenz vor, und sollte aus Irgendwelchera Grund die Druckdifferenz gering sein, würde das Eauptventil nur in unerwünscht langer Zeit schließen.

Aufgabe der Erfindung ist in Erkenntnis der I-iängel der bekannten Lösungen, ein pilotbetätigtes Ventil so auszugestalten, daß das Ventil mit einer bestimmten, aus-

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gav/ählten 3chlisßgeschwindig]ieit unabhängig von der Druckdifferenz svri sehen beiden Snden des "entiles schließt. Dabei soll die bildung von Druckiaittelschocks zufolge der Ausbildung des Ventils vermieden sein.

Bei der Lösung der Aufgabe soll ein Ventil Anwendung finden, in dessen Leckverbindung ein Durchflußregelglied angeordnet ist, das einen konstanten Drucknitteldurchfluß von der Jingangsöffnung des Ventiles zu der Kammer unabhängig von Druckdifferenzen zwischen beiden Seiten aes rlegelglieäes gewährleistet. In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll das Durchflußregelglied selbsteinstellbar sein, um selbsttätig einen konstanten Druclcmitteldurchf luß durch die Leckverbindung trotz veränderlicher Druckdifferenz zwischen beiden Ventilseiten zu gewährleisten.

Das Durchflußregelglied soll so ausgebildet sein, daß eine Selbstreinigung von Verunreinigungen stattfindet, die das Druckmittel mit sich führt, so daß allenfalls in geringem Llaße die Gefahr einer Verstopfung des Ventils besteht.

Zusätzliche Probleme, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung

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der in der Zeichnung dargestellten ."uisführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Als Querschnitt ein pilotbetätigtes Ventil mit einem Durchflußregelgliau gemäß der Erfindung , wobei Haupt- una Pilotventil in der Schließstellung dargestellt sind,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung, wobei jedoch Haupt- und Pilotvantil geöffnet sind,

Fig. 3 in einer größeren Teildarstellung das uurchflußregelglied ohne Druckciffarenz,

Fig. 4 in einer Fig. 3 ähnlichen Jars teilung das Durchflußregelglied, das von Druckmittel durchflossen wird,

Fig. 5 als Querschnitt eine andere ü/usführungsform Mit einem Durchflußregslglied gemäß der Erfindung und

Fig. 6 in größerer Darstellung und Teilansicht das Durchflußregelglied gemäß Fig. 5.

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Das zur Erläuterung der Lrfindung ausgewählte pilot-Jetätigte Ventil 10 geraäß Fig. 1-4 weist einen unteren Ventilgehäuseteil 11 und einen oberen Ventilgehäuseteil oder Deckel 12 auf. Die beiden Gehäuseteile 11 und 12 werden durch geeignete, nicht dargestellte Befestigungsmittel, beispielsweise Bolzen, zusammengehalten. Der untere Gehäuseteil 11 weist einen mit einera Innengewinde versehenen üinlaß 13 auf, an den eine zu einer hydraulischen Hochdruckquelle führende Leitung anschließbar ist. Der Gehäuseteil 11 weist außerdem einen mit einem Innengewinde versehenen Auslaß 14 zu einer Leitung auf, in der der Druckmittelfluß mit dem Ventil 10 geregelt werden soll. In dem Gehäuseteil 11 ist zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14 eine öffnung 15 vorgesehen, die von einem Ventilsitz 16 umgeben ist. über dem Sitz 16 erstreckt sich quer durch das Ventilgehäuse eine federnde Membrane aus Gummi als Teil eines beispielsweisen Hauptschließorgans. Der Rand der Membrane ist in Sandwichart zwischen den beiden Gehäuseteilen 11, 12 eingespannt. Die Ilembrane 19 und der Gehäuseteil 12 bilden zusammen eine Kammer auf der Seite der Membrane, die dem Ventilsitz 16 abgekehrt ist. In ihrer Mitte trägt die Membrane an ihrer Unterseite das eigentliche Schließorgan 21 mit einer

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lletallscheibe 22, deren Rand nach unten gebogen ist, um einen federnden iilock 23 beispielsv/aise aus Gummi aufzunehraen. Auf dar Oberseite der Membrane ist eine Metall-Gegenplatte 24 angeordnet. Gegenplatte 24, Scheibe 22 und Membrane 19 sind rait einer Schraube 25 und einer .Mutter 26 zusammengehalten, iiine zwischen dem Dackel 12 und der Gegaiiplatte 24 angeordnete Schraubendruckfeder 27 bringt das Ilauptschließorgan 21 am Ventilsitz 16 zur Anlage.

Bei dieser Anordnung ist im Ventilgehäuse zwischen dem Einlaß 13 und der Kammer 20 eine Leckverbindung 30 vorgesehen. Die Verbindung 30 schließt einen 2\bschnitt 31 im Gehäuseteil 11 und einen den Abschnitt 31 fortsetzenden Abschnitt 32 im Deckel 12"ein.

Der Deckel 12 trägt ein Pilotventil 34 zur Regelung des Druckmittelabflusses aus der Kammer 20. Das Pilotventil 34 schließt eine Kammer 35 ein, die rait der Kammer 20 durch eine Leitung 36 und mit dem Auslaß 14 durch eine Leitung 37 in Verbindung steht. Die Leitung 37 ist teils im Deckel 12, teils im Gehäuseteil 11 an- < geordnet. Gemäß Fig. 2 umgibt ein Ventilsitz 30 das in die Kammer 35 mündende Ende der Leitung 37. i-iit

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dezc. Ventilsitz 38 arbeitet ein vertikal verstellbares Schließorgan 39 des Pilotvsntils zusaramen, das dem unteren Ende einer Stellvorrichtung 40 zugeordnet und uit einem elektrischen Solenoid 41 verstellbar ist. An der Stelle des dargestellten elektrischen Solenoides 41 kann auch eine andere elektrische, pneumatische oder hydraulische Stellvorrichtung angewendet werden. Die Anlage des Schließorganes 39 ara Ventilsitz 33 wird mit einer Schraubenüruckfeder 42 bewirkt.

Der Abschnitt 31 der Leckverbindung bildet an seinem oberen Ende eine Erweiterung 45 zur Aufnahme eines den DurchflUi3 regelnden Durchflußregelorganes 46 (Fig. 3, 4) . Als ilegelorgan kann beispielsweise ein runder Gummi block bzw. eine Dichtungsscheibe gemäß US-PSn 2 389 134, 2 454 929 oder 2 775 934 angewendet werden. Im dargestellten Äusführungsbeispiel ist ein Regelorgan gemäß der Ü3-P3 2 775 984 vorgesehen. Das Regelorgan 46 hat eine mittlere Längsbohrung 47, durch die Druckmittel vom Leitungsabschnitt 31 zum Leitungsabschnitt 32 gelangt. Das Regelorgan 46 steuert den Druckmittelfluß durch Veränderung des Querschnittes der Bohrung 47 entsprechend einer Veränderung der Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß des Ventiles.

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Die Veränderung des Querschnittes der Bohrung 47 wird durch Deformation des Regelorganes 46 verursacht
(Fig. 3,4) . Je größer die Druckdifferenz ist, desto
mehr wird das Regelorgan 46 deformiert und desto enger wird die Bohrung 47. Auf diese .'eise bleibt die Durchflußmenge an Druckmittel durch die Bohrung 47 unabhängig von einer Veränderung der Druckdifferenz konstant.

Ist das Ventil gemäß Fig* 1 geschlossen, dann ist der Druck in der Kammer 20 dem Singangsdruck im Einlaß 13 gleich. In Verbindung mit dem Druck der Feder 27 hält der Druck in der Kammer 20 die Fläche 23 des Hauptschließorganes 21 in der Anlage am Ventilsitz 15.
Infolgedessen fließt kein Druckmittel vom Einlaß 13
zum Auslaß 14. Außerdem fließt kein Drucfeaittel durch die Leckverbindung 30, und es besteht keine Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Regelorganes 46. Infolgedessen ist dieses Regelorgan 46 nicht deformiert (Fig. 1,3).

Wird der Solenoid 41 erregt, so wird das Schließorgan 39 des Pilotventiles angehoben (Fig. 2). Das unter
hohem Druck stehende Druckmittel strömt aus der Kammer durch die Leitungen 36 und 37 zum Auslaß 14. Dadurch
wird der Druck in der Kammer 20 abgebaut und der Ein-

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gangsdruck unter aera Hauptschliei3organ 21 hebt dieses vom Ventilsitz 1 δ ab (Fig. 2). Das Hauptventil wird damit geöffnet, und es fließt Druckmittel vom Einlaß zum Auslaß 14. Ferner fließt Druckmittel mit dem Eingangsclruck durch die Leckverbindung 30 und die Bohrung des fliege lorgans 46 in die Kammer 20. Das verändert die Ventilstellung nicht, solange das Druckmittel gleichzeitig die .uarniner 20 durch die Leitungen 36 und 37 wieder verläßt. Stellt sich jedoch eine Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Regelorganes 46 ein, verformt sich letzteres gemäß Fig. 2, 4, um den Durchflußquerschnitt der Bohrung 47 zu reduzieren.

Soll das Ventil geschlossen v/erden, wird der Solenoid energielos gemacht. Die Feder 42 kann sich entspannen, um das Pilotventilschließorgan 39 zur Auflage auf dem Ventilsitz 38 zu bringen. Danach kann kein Druckmittel raehr die Kammer 20 verlassen, über die Leckverbindung und die Bohrung 47 strömt jedoch weiterhin Druckmittel mit Eingangsdruck in die Kammer 20. Hat der Druck in der Kammer 20 dadurch einen bestimmten Viert erreicht, dann übersteigt dieser Druck zusammen mit dem Druck der Feder 27 den Eingangsdruck unter der !Membrane 19 und das Hauptventilschließorgan 21 kommt in Berührung

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mit dem Ventilsitz 1G. Dar Querschnitt der Bohrung 47 wird so verändert, daß sich die Kammer 20 langsamer füllt, nachdem das Pilotventil geschlossen ist. Dadurch wird das Hauptventil langsam geschlossen und hydraulische Schlage in dem zuivi Einlaß 13 führenden Bereich sind vermieden. Darüber hinaus wird sich die ^ordner 20 in de:u gleichen, geringeren aaße fällen, wodurch das Llauptventilschließorgan 21 ohne .-lücüisicnt auf den 3ingangsdruck iiv_t Einlaß 13 in gleichera '.laße langsamer gegen den Sitz 16 bewegt wird. Das ist deswegen der Fall, weil die durch die Bohrung 47 des Regelorganes 46 fließende Dr uckraitte Iraenge unabhängig davon !constant bleibt, welcher Druck auf ihrem stronaufv/ärtigen 3nde lastet.

Bei der Lösung nach Fig. 1-4 sind die Leckverbindung und das den Druckmitteldurchfluß regelnde Regelorgan im Gehäuse des Ventils 10 angeordnet. Die Lösung nach Fig. 5, 6 ist mit der Lösung gemäß Fig. 1-4 bis auf die Ausnahme identisch, daß Leckverbindung und Regelorgan nicht im Ventilgehäuse sondern im Schließorgan angeordnet sind. Die in beiden Ausführungen gleichen Teile sind-in Fig. 1-4 einerseits und Fig. 5, 6 andererseits mit gleichen Bezugszeichen versehen, die jedoch in Fig. 5,

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zusätzlichen, hochgestellten Strich tragen.

In der Lösung gemä3 3'ig. 5, 6 schließe das Kauptschließorgan 21" die i-lembrane 19' ein, die in und außer Kontakt mit dem Ventilsitz 16' bringbar ist. Die Gegenplatte 50 stützt den unmittelbar über den Ventilsitz 16' befindlichen "eil der lierabrane 19' ab. Die Gegenplatte 50 hat einen zylindrischen Ansatz 51 , der nach unten in. eine Bohrung der -ierabrane und eine Scheibe 52 ragt, die an der Unterseite der ilembrane anliegt. Bas untere Ende des Ansatzes 51 ist nach außen umgebördelt, um Gegenplatte 50, Membrane 19' und Scheibe 52 zusammenzuhalten.

Der hohle Innenraum des Ansatzes 51 und eine Bohrung 53 in der Gegenplatte 50 bilden die Leckverbindung, die in eine erweiterte Aussparung 54 in der Platte 50 mündet. Die Aussparung 54 nimmt ein den Durchfluß regelndes Regelorgan 46' rait einer Längsbohrung 47' auf, die achsgleich mit der Leckverbindung ist. Der Sicherung aes Regelorganes 46' in der Aussparung 54 dient ein Sprengring 55, der in eine Ringnut der Aussparung gehalten ist. Das Ventil 10' arbeitet in der gleichen Weise V7ie das Ventil 10, außer daß die Kammer 20' vom Einlaß 13'

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aus durch den hohlen Ansatz 51, die Bohrung 53 und die Bohrung 47' mit Druckmittel hohen-Druckes gefüllt wird.

Da das Regelorgan 46 bzw. 46" jederzeit deformierbar ist, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, ist es in der Lage, jede Verunreinigung in der Bohrung 47 bzw. 47' auszustoßen und dadurch ein Verschließen der Bohrung durch deren Zusetzen mit Verunreinigungen zu verhindern. Dieser Vorteil ist nicht gegeben, wenn ein starres Bauteil an der Stelle des flexiblen P.egelorganes 47 bzw. 47' Teil der Leckverbindung wäre.

Die Erfindung ist lediglich an Hand vorzugsweiser Ausfuhr ungsformen erläutert worden, die jedoch nur Beispiele darstellen und variiert werden können, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Dieser Grundgedanke soll deswegen durch die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt sein.

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Claims

P a t 3 η t a η s ρ r ü α h e

A₁ Ventil, gekennzeichnet durch, üie rloiioination der folgenden Merkmale

a) ein Ventilgehäuse mit einer Einlaßöffnung zu einem Hochdruckbereich, einer Auslaß-Öffnung su einem Hiederdruckbereich und einer von einem Ventilsitz umgebenen Verbindung zwischen Einlaß und Auslaß,

b) ein zum öffnen und Schließen des Ventiles

in und außer Kontakt mit dem Ventilsitz bringbares Hauptschließorgan,

c) eine Kammer in dem Ventilgehäuse auf der dem Ventilsitz abgekehrten Seite des Hauptschließorganes,

d) ein Pilotventil zur Steuerung der Verbindung zv7ischen der Kammer und einem Bereich geringeren Druckes als der hohe Druck im Bereich der Einlaßöffnung,

e) eine Leckverbindung zwischen der Einlaßöffnung und der Kammer,

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f) ein Durchflußrege!organ in der Leckverbindung, mV. eine konstante Durchflußmenge in der Leckverbindung ohne Hücksicht auf die Druckdifferenz zwischen I-.och- und ITiederdruckbereich zu gewährleisten .
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckverbindung in Ventilgehäuse angeordnet ist und einen weiteren Bereich zur Aufnahme des Durchflußregelorganes aufweist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckverbindung und das Durchflußregelorgan im Hauptschließorgan angeordnet sind.
4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußregelorgan selbsteinstellbar ist, um selbsttätig einen konstanten Druckmitteldurchfluß durch die Leckverbindung trotz veränderlicher Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckbereich zu gewährleisten.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußregelorgan eine runde Scheibe aus elastisch federndem Material ist.

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