DE3523917C2

DE3523917C2 - Von einem Steuerorgan betätigtes Steuerungsventil

Info

Publication number: DE3523917C2
Application number: DE3523917A
Authority: DE
Inventors: Robert A Wells
Original assignee: Target Rock Corp
Current assignee: Target Rock Corp
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2005-07-05
Also published as: JPH0652109B2; US4699351A; CA1238549A; FR2567615B1; IT8521477A0; GB2161586B; DE3523917A1; IT1208558B; JPS6152477A; GB2161586A; GB8515962D0; FR2567615A1

Description

Die Erfindung betrifft ein von einem Steuerorgan be tätigtes Steuerungsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Ventil, das auf Druck anspricht.

Auf Druck ansprechende, von einem Steuerorgan betä tigte Steuerungsventile sind bereits aus der US 2 575 272, der US 2 968 464 und der US 3 405 906 bekannt. Bei diesen bekannten Ventilen wird ein beweg bares Hauptverschlußstück eines Hauptventils von einem Betätigungselement wie einem Kolben, einer Zwi schenwand oder einer Druckdose eingestellt, wobei das Betätigungselement auf die Einstellung eines Pilotven tils unter Verwendung der Druckkraft des Fluids anspricht, dessen Durchfluß gesteuert werden soll.

Aus der US 37 99 497 und der DE 27 37 842 A1 ist ein von einem Steuerorgan betätigtes Steuerungsventil mit den Merkmalen a) bis d) des Patentanspruches 1 bekannt. Darüber hinaus beschreibt die DE 27 37 842 A1 noch die Merkmale e) bis g) des Patentanspruches 1 mit dem Unterschied, daß der Kolben nur im Hauptverschlußstück des Hauptventils ein gesetzt ist und mit dem Hauptverschlußstück eine zweite Kammer bildet.

Bei den vorgenannten Ventilen besteht das Problem der Stabilität des Steuervorgangs, da die Kraft zum Abheben von dem Ventil sitz zur Steuerung gleich den entgegengerichteten Kräf ten sein muß. Dieses Gleichgewicht wird durch die Strö mungskräfte des zu steuernden Fluids, beispielsweise eines Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfstromes, gestört, wodurch eine Instabilität entsteht. Die erwünschte Sta bilität der Ventilsteuerung kann in einem begrenzten Maße durch geeignete Bemessung der Öffnung, durch die Ausbildung des Pilotventils, durch eine erhöh te Dämpfung und durch Verringerung oder Steuerung des Kammervolumens erreicht werden. Eine Ventilsteuerungs stabilität ist besonders schwierig dann zu erreichen, wenn das zu steuernde Fluid ein gasförmiges Fluid, bei spielsweise Luft oder Dampf, ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein von einem Steuerorgan betätigtes Steuerungsventil derart auszubilden, daß der Steuerungsvorgang einen hohen Stabilitätsgrad aufweist und das Schlagen bzw. Klappern während des Betriebes auf ein Minimum reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß beim Steuerungsventil die Arbeitsstabilität des Haupt ventils in den Zwischenstellungen sichergestellt ist, wo durch ein Klappern oder Flattern des Hauptventils verhindert wird. Diese Vorteile ergeben sich aus der gedrosselten Strömungsverbindung, die mit dem Hauptventil zusammenwirkt, um einen variablen Durchflußquerschnitt zu bilden, der die Einlaßöffnung mit der Abflußöffnung und der ersten Kammer verbindet, wenn das Ablaßventil und das Hauptventil in der Offenstellung sind. Dabei variiert der Durch flußquerschnitt im direkten Verhältnis zu der Größe, in der sich das Hauptventil in einer offenen Position befindet, um den Fluiddruck in der ersten Kammer zu variieren und Kräfte auf das Haupt ventil hervorzurufen, die entgegen der Bewe gungsrichtung des Hauptventils wirken. Diese Druckkräfte, die auf das Hauptventil entgegen gesetzt zu seiner Bewegung einwirken, bewirken die an gestrebte Stabilität bei der Betätigung bzw. Steuerung des Ventils. Daher eignet sich das Steuerungsventil insbesondere für gasförmige Fluide.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung sind eine Mehrzahl von Kanälen in dem Hauptverschlußstück vorgesehen, die sich radial von der äußeren Umfangsfläche des Hauptverschlußstücks zu der Abflußöffnung erstrecken, die koaxial in dem Hauptverschluß stück ausgebildet ist. Diese Kanäle sind in der Nähe des zugehörigen Sitzes des Hauptverschlußstücks angeord net, so daß dann, wenn das Verschlußstück sich relativ zu seinem Sitz bewegt, der Durchflußbereich bzw. Durchfluß querschnitt, der die Einlaßöffnung mit den radial sich ersteckenden Kanälen verbindet, proportional zu der Ent fernung des Hauptverschlußstücks von seinem Sitz variiert.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausfüh rungsform des auf Druck ansprechenden, von einem Steuerorgan betätigten Steuerungsventil, in einer weitgehend schematischen Darstellung und in voll ständig geschlossener Stellung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Ab schnitts des Hauptventils, das innerhalb des mit einer gestrichelten Linie dargestellten Kreises A in Fig. 3 dargestellt ist, jedoch in einer geschlosse neren Position; und

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich der Fig. 1, wobei sich das Ventil jedoch in einer vollständig offenen Stellung befindet.

Hinsichtlich Fig. 1 bezeichnet das Bezugs zeichen 10 allgemein ein auf Druck ansprechendes bzw. reagierendes, von einem Steuerorgan betätigtes Steue rungsventil. In Fig. 1 ist das Ventil 10 in vollstän dig geschlossener Stellung.

Gehäuse

Das Ventil 10 hat ein Gehäuse 12 mit einem Haupt abschnitt 14 und einem Aufsatzabschnitt 16. Der Auf satzabschnitt 16 hat ein geflanschtes Ende 18 und ist koaxial an dem Hauptabschnitt 14 mittels mehrerer Schrauben 20 befestigt, die durch das geflanschte Ende 18 hindurchgehen. Das Gehäuse umfaßt auch eine Hülse 22, die fest innerhalb des Innenraumes 23 des Haupt teils 14 angesetzt ist zwischen einer ringförmigen Schulter, die in der Innenfläche des Hauptabschnitts ausgebildet ist, und dem geflanschten Ende 18 des Auf satzabschnitts 16. Der Hauptabschnitt 14 hat eine Ein laßöffnung 24 und eine Auslaßöffnung 26, die beide mit dem Innenraum 23 des Hauptabschnitts in Verbindung ste hen. Die Einlaßöffnung 24 ist über eine Lei tungseinrichtung (nicht dargestellt) mit einer Druck fluidquelle verbunden, wobei der Druckfluidstrom mittels des Ventils 10 gesteuert werden soll. Die Auslaßöffnung 26 ist über eine Leitungseinrichtung (nicht dargestellt) mit einer (ebenfalls nicht dargestellten) Stelle mit einem niedrigeren Fluiddruck als demjenigen des Druckfluids an der Einlaßöffnung verbunden. Die Hülse 22 hat einen Endabschnitt 28 mit verringertem Durchmesser, der koaxial mit der Auslaßöffnung 26 und von dieser axial beabstandet ist.

Hauptventil

Ein Hauptventil 30 ist angeordnet, um den Fluidstrom von der Einlaßöffnung 24 durch die Aus laßöffnung 26 zu steuern. Das Hauptventil 30 enthält ein bewegbares Bauteil oder ein Hauptverschluß stück 32 und einen Sitz 34, der in dem Hauptabschnitt 14 des Gehäuses 12 an der Verbindungsstelle der Auslaß öffnung 26 und des Innenraums 23 des Hauptabschnitts ausgebildet ist.

Das Hauptverschlußstück 32 hat eine axiale Durch gangsbohrung, deren unteres Ende eine Abflußöffnung 36 darstellt. Die axiale Bohrung hat drei zunehmend von der Abflußöffnung 36 größere, versenkte bzw. zurückver setzte Abschnitte. Der erste versenkte bzw. zurückver setzte Abschnitt bildet einen Verteiler bzw. ein ver zweigtes Leitungssystem 38, während der zweite versenk te Abschnitt eine Entlüftungskammer bzw. Auslaßkammer 40 bildet. Der dritte versenkte bzw. erweiterte Abschnitt hat einen solchen Durchmesser, daß er verschieblich den Endabschnitt 28 verringerten Durchmessers der Hülse 22 aufnehmen kann, wobei der Endabschnitt 28 dazu dient, das Hauptverschlußstück 32 bei seiner hin- und hergehen den Bewegung zu dem Sitz 34 und von diesem weg zu hal ten und zu führen. Das Hauptverschlußstück 32 und der Endabschnitt 28 sowie der dritte versenkte Abschnitt bilden eine Kammer 42 mit variablem Volumen. Ein Ring 44 ist an dem Boden des dritten versenkten Abschnitts befestigt und bildet eine ringförmige Anschlagschul ter 46, deren Aufgabe weiter unten des näheren erläutert wird. Das Hauptverschlußstück 32 hat eine abgeschrägte, ringförmige Fläche 48, deren Winkel komplementär zu demjenigen des Sitzes 34 ist, so daß in der vollständig geschlossenen Position oder Sitzposition das Verschlußstück dicht an der ringförmigen Fläche des Sitzes 34 an liegt. Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, hat das Verschlußstück 32 auch einen abgestuften Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser, der zwei Umfangsflächen 50 und 52 bildet, die sich in dicht beabstandeter Beziehung zu den ringförmigen Flächen 54 und 56 der Auslaßöffnung erstrecken, die durch eine Bohrung bzw. eine Flach senkung nahe dem Sitz 34 ausgebildet ist. Die benachbar ten Flächen 50 und 54 sowie 52 und 56 bilden einen engen Ringraum 58, wenn das Verschlußstück 32 sich in der abge hobenen Position (Fig. 3) befindet. In der abgehobenen Position steht die Einlaßöffnung 24 in Verbindung mit dem Verteiler 38, und zwar über den Durchflußbereich zwischen Sitz 34 und Fläche 48 des Hauptverschlußstücks 32 und radial sich erstreckende, in Umfangsrichtung beabstandete Kanäle 60. Um das Hauptverschlußstück in eine geschlossene Position zu beaufschlagen, kann eine Rückstellfeder 62 in der Entlüftungskammer bzw. Abfluß kammer 42 zwischen dem Endabschnitt 28 der Hülse 22 und dem Ring 44 angeordnet sein.

Ablaßventil

Ein Kolben 64 ist hin- und herbewegbar in der Hülse 22 und in den Kammern 40 und 42 des Hauptverschluß stücks 32 angeordnet. Zum Zwecke des Zusammenbaus ist der Kolben 64 so dargestellt, daß er einen oberen Ab schnitt und einen unteren Abschnitt umfaßt, die mittels einer Schraubenverbindung 66 zu einem einzigen gemeinsa men Bauteil zusammengesetzt sind. Am Fußende des unteren Abschnitts des Kolbens 64 ist, wie die Fig. 1 und 3 zeigen, eine abgeschrägte ringförmige Fläche ausgebil det, die das bewegbare Verschlußteil 68 des Ablaßventils 70 darstellt. Das Ablaßventil 70 hat einen abgeschrägten Sitz 72 (siehe insbesondere Fig. 3), der an der Verbindungsstelle des Verteilers 38 und der Entweichungskammer bzw. Abflußkammer 40 ausgebildet ist und komplementär zu der ringförmigen Fläche des Kolbens geformt ist. Der obere Abschnitt des Kolbens 64 ist so abgestuft, daß zwei innere Flächen der Hülse 22 als Zy linder dienen, um den Kolben bei seiner hin- und herge henden Bewegung zu führen und zu halten. Eine axiale Durchgangsbohrung 74 ist in dem Kolben 64 vorgesehen, die sich von dessen unterem Ende in Verbindung mit dem Verteiler 38 zu dessen oberem Ende in Verbindung mit der zweiten Kammer variablen Volumens 76 erstreckt, die durch das Innere des Gehäuses 12 und den Kolben 64 ge bildet ist.

Pilotventil

Ein Pilotventil 80 ist in das Gehäuse 12 eingebaut und enthält ein bewegbares Verschlußteil 82, das einen konisch geformten axialen Vorsprung bzw. Spitze 83 aufweist, wobei der Vorsprung so bemessen ist, daß er in das obere Ende der Bohrung 74 eintreten kann und in der geschlossenen Position an einem Sitz 84 anliegt, der am oberen Ende der Bohrung 74 ausgebildet ist. Das bewegbare Verschlußstück 82 hat einen vergrößerten Abschnitt 86, der mit dem Kolben 64 über eine Stift- und Schlitz-Verbin dung 65 verbunden ist, die eine begrenzte relative Be wegung zwischen dem bewegbaren Verschlußstück 82 und dem Kol ben 64 ermöglicht. Der vergrößerte Abschnitt 86 ist mit einem Plunger bzw. Tauchkolben 88 verbunden, der bei seiner hin- und hergehenden Bewegung von einem oberen Abschnitt verringerten Durchmessers des Gehäuses 12 ge führt ist. Der Plunger 88 kann zum Zwecke des Zusammen baus aus zwei Teilen bestehen. Eine Rückstellfeder 90 ist so angeordnet, daß sie an einem Ende an einem Ring 92 anliegt, der quer im Gehäuse 12 befestigt ist, wäh rend ihr entgegengesetztes Ende an dem vergrößerten Ab schnitt 86 anliegt. Die Feder 90 beaufschlagt das bewegbare Verschlußstück 82 in eine geschlossene Position gegen den Sitz 84.

Steuerungsbetätigungsorgan

Das Pilotventil 80 kann durch eine Pro portionalsolenoidanordnung 94 betätigt werden, die am Gehäuse 12 angesetzt ist. Die Solenoid anordnung 94 umfaßt einen feststehenden Kern 96, der in das Gehäuse 12 eingebaut ist, und eine Spule 98, die koaxial um das Gehäuse 12 nahe dem Plunger 88 und dem feststehenden Kern 96 angebracht ist. Dabei kann das Pilotventil auch durch einen elektromechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsmechanismus anstelle der Solenoidanordnung 94 betätigt werden.

In der in Fig. 1 dargestellten geschlossenen Posi tion des Ventils 10 ist der Kolben 64 durch eine Öff nung 100 in der Hülse 22 und eine Öffnung 102 im Kol ben 64 druckausgeglichen. Diese Öffnungen 100 und 102 lassen Druckfluid mit Einlaßdruck von der Einlaßöff nung 24 und dem Innenraum 23 des Hauptabschnitts 14 des Gehäuses in die Kammer 76 variablen Volumens flie ßen. Druckfluid mit Einlaßdruck tritt auch in die Kam mer 42 variablen Volumens und die Entweichungskammer bzw. Entlüftungskammer 40 über Leckage-Kolbenringdichtungen 104 und 106 und die Zwischenräume zwischen dem unteren Abschnitt des Kolbens 64 und den benachbarten Flächen des Hauptverschlußstücks 32, dem Ring 44 und der Hülse 22 ein. Ein dritter Kolbendichtungsring 108 ist ebenfalls in dem Kolben 64 angeordnet, um die Zwischenräume zwi schen dem Kolben 64 und der Hülse 22 abzudichten.

Wirkungsweise

In der in Fig. 1 dargestellten geschlossenen Posi tion des Ventils 10 ist ein Druckfluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder Dampf, dessen Durchfluß durch das Ventil 10 gesteuert werden soll, daran gehin dert, von der Einlaßöffnung 24 zu der und durch die Aus laßöffnung 26 zu fließen, und zwar infolge der geschlos senen Position dem Hauptventils 30. Wenn das Hauptventil 30, das Pilotventil 80 und das Ablaßventil 70 geschlossen sind, fließt das zu steuernde Fluid von der Einlaßöffnung 24 und dem Innenraum 23 des Gehäuses 12 durch die Öffnungen bzw. Kanäle 100 und 102 in der Hülse 22 und dem Kolben 64 in die Kolbenkammer 76. Auch der Kammer 42 und der Ent weichungskammer bzw. Abflußkammer 40 wird Druckfluid mit Eintrittsöffnungsdruck infolge der Leckage-Kolbendich tungsringe 104 und 106 und der Zwischenräume zwischen dem Kolben 64, der Hülse 22, dem bewegbaren Hauptverschluß stück 32 und dem Ring 44 zugeführt. Das Druckfluid in der Kammer 42 und die Rückstellfeder 62 bilden zusammen wirkende Kräfte, um das Hauptverschlußstück 32 gegen den Sitz 34 an der Auslaßöffnung 26 zu halten, wodurch ein Druckfluidfluß durch die Auslaßöffnung zu einer nicht dargestellten Verwendungsstelle des Fluids verhindert ist. Da das Ablaßventil 70 und das Pilotventil 80 an einer Seite dem Auslaßfluid druck ausgesetzt sind, der kleiner als der Einlaßfluid druck ist, und da sie an ihren entgegengesetzten Seiten einem Fluiddruck mit Einlaßfluiddruck ausgesetzt sind, ruft dieser Druckunterschied Kräfte hervor, die die Ventilanordnungen in eine geschlossene Position beauf schlagen.

Wenn das Ventil 10 in eine geöffnete Position ge bracht werden soll, wird eine Solenoidspule 98 erregt, wodurch der Plunger 88 in Richtung des Kerns 96 gegen die Kraft der Feder 90 nach oben gezogen wird. Diese Plungerbewegung hebt die Spitze 83 des Pilot ventils 80 von ihrem Sitz 84 ab, wodurch die Kammer 76 mit der Auslaßöffnung 26 über die Bohrung 74, den Ver teiler 38 und die Abflußöffnung 36 verbunden wird. Diese Verbindung der Kammer 76 verringert den Fluiddruck in der Kammer, da die Öffnungen bzw. Kanäle 100 und 102 beschränkte Durchflußkanäle sind und somit Fluid mit Einlaßdruck das ausgetretene Fluid nicht mit derselben Geschwindigkeit seines Abflusses durch die Bohrung 74 ersetzen kann. Der Druckfluidabfall in der Kammer 76 unter den Einlaßfluiddruck führt zu einer Druckdifferenz um den Kolben 64, die eine Kraft auf den Kolben her vorruft, die in Fig. 1 nach oben gerichtet ist, wodurch der Kolben der nach oben gerichteten Bewegung des Plun gers 88 folgt. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 64 be wirkt, daß das bewegbare Verschlußstück 68 angehoben und das Ablaßventil 70 geöffnet wird, indem sich das Verschlußstück 68 von dem zugehörigen Sitz 72 abhebt. Durch das Öffnen des Ablaßventils 70 werden die Kammer 42 und die Abflußkammer 40 über den Verteiler 38 und die Abflußöffnung 36 zu der Auslaßöffnung 26 ventiliert, wodurch der Fluiddruck in der Kammer 42 sinkt. Da der Durchmesser der Kammer 42 gleich oder geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hauptverschlußstücks 32 an dem Sitz 34, wirken die Fluiddruckkräfte zusammen mit der Kraft der Rückstell feder 62 so, daß das Hauptverschlußstück 32 in Anlage an den Sitz 34 gehalten wird.

Wenn der Druck in der Kammer 42 sinkt, sinkt auch die Kraft, die dazu neigt, den Kolben 64 nach oben zu bewegen, infolge der Verringerung der Kraft des Fluid druckes, die nahe der Verbindung 66 nach oben gegen die Fläche des Kolbens 64 wirkt. Diese Verringerung der nach oben wirkenden Kräfte führt zu einer Steuerung oder Dämpfung der nach oben gerichteten Bewegung des Kolbens 64. Außerdem bewirkt die nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 64 eine Verringerung der Durchflußfläche, die durch die Spitze 83 und den Sitz 84 des Pilot ventils 80 begrenzt ist, wobei diese verringerte Durchflußfläche dazu führt, daß der Fluiddruck in der Kammer 76 ansteigt. Der Aufbau des Fluiddrucks, der auf den Kolben 64 entgegengesetzt zu dessen Aufwärtsbewegung wirkt, führt zusammen mit einer Verringerung der Fluid druckkräfte, die auf den Kolben 64 in Richtung der Auf wärtsbewegung des Kolbens wirken, zu einer der Kolben bewegung entgegengesetzten, stabilisierenden Wirkung. Eine zusätzliche Aufwärtsbewegung des Plungers 88 infol ge der Kraft der Solenoidanordnung 94 öffnet dann wieder das Pilotventil 80 und erhöht den Durchfluß bereich, der durch die Spitze 83 und den zugehörigen Sitz 84 gebildet ist, wodurch die Fluidkräfte wiederum auf den Kolben wirken, wie dies weiter oben beschrie ben ist.

Wenn eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 64 her vorgerufen ist, gerät die ringförmige Schulter 110 an den unteren Abschnitt des Kolbens 64 in Anlage an den Ring 44, der am Hauptverschlußstück 32 befestigt ist, wenn das bewegbare Verschlußstück 68 um eine ausreichen de Strecke von dem Sitz 72 abgehoben wird, um das Ablaßventil 70 vollständig zu öffnen. Wenn die ringförmige Schulter 110 des Kolbens an dem Ring 44 anliegt und das Pilotventil 80 weiter geöffnet wird, begleitet von einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 64, wird das Hauptverschlußstück 32 des Hauptventils nach oben von seinem Sitz 34 abgehoben.

Das Öffnen des Hauptventils 30 führt da zu, daß Fluid von der Einlaßöffnung 24 und dem Innen raum 23 des Gehäuses 12 über einen Durchflußquerschnitt in die Auslaßöffnung 26 fließt, der durch den Sitz 34 und die Fläche 48 des Hauptverschlußstücks 32, die Kanä le 60, den Verteiler 38 und die Ausflußöffnung 36 defi niert ist (Fig. 2). Die Größe der gesamten Durchfluß querschnitte der Kanäle 60 relativ zu dem Durchflußquer schnitt der Abflußöffnung 36 ist derart, daß der Fluid druck in der Kammer 42 proportional zu der Größe an steigt, um die das Hauptverschlußstück 32 von dem Sitz 34 abgehoben wird. Dieser Anstieg des Fluiddrucks in der Kammer 42 tritt auf, da dann, wenn das Hauptverschlußstück 32 sich von seiner Sitzposition wegbewegt und die Kanäle 60 zunehmend dem Einlaßöffnungsfluiddruck ausgesetzt werden, wenn sie sich relativ zu der Fläche 54 bewegen, um so mehr Einlaßöffnungsfluiddruck von dem Durchfluß zu der Auslaßöffnung 26 in die Kammer 40 entlang des offenen Ablaßventils 70 und von der Kam mer 40 in die Kammer 42 abgeleitet wird. In Fig. 2 sind die Kanäle 60 in einer Position, in der sie den vollen Einlaßfluiddruck aufnehmen. Diese Steuerung des Durch flusses des Einlaßfluids von der Einlaßöffnung 24 zu der Kammer 42 im Verhältnis zu dem Öffnungsmaß des Hauptven tils 30 führt zu einer Stabilisierung des Fluiddruckes in der Kammer 42 bei einem Wert, der durch den Einlaßöffnungsfluiddruck, den Auslaßfluiddruck und die relativen Größen der Durchflußquerschnitte der Ka näle 60 und der Abflußöffnung 36 bestimmt ist.

Der Flächeninhalt des Hauptverschlußstücks 32, der durch die gesamte Innenfläche des Stücks 32 abzüglich des Durchflußquerschnitts der Öffnung 36 gebildet ist, ist größer als der Flächeninhalt des kleineren Abschnitts des Kolbens 64 abzüglich der Steuersitzfläche, nahe der Verbindung 66, weshalb ein erhöhter Druck in der Kammer 42, der auf die Unterseite des kleineren Abschnitts des Kolbens 64 und auf die Innenfläche des Hauptverschluß stücks 32 wirkt, eine Differenzkraftkomponente hervorruft, die entgegengesetzt der Öffnung des Hauptventils 30 wirkt. Dieses Kraftdifferential stellt auch sicher, daß die Schulter 110 des unteren Abschnitts des Kolbens 64 in Anlage an dem Ring 44 bleibt, wodurch eine Bewe gung des Hauptverschlußstücks 32 mit dem Kolben 64 statt findet, als wären die beiden Bauteile fest miteinander verbunden.

Wenn der Solenoid 94 betätigt wird, um das Haupt ventil 30 von der in Fig. 3 dargestellten voll ständig offenen Position in eine vollständig geschlosse ne Position zu bewegen, führt die Bewegung des Plungers 88 in Abwärtsrichtung dazu, daß die Spitze 83 des Pilot ventils 80 sich näher zu ihrem zugehörigen Sitz 84 bewegt. Dieser verringerte Durchflußquerschnitt zwi schen der Spitze 83 und dem Sitz 84 führt zu einem er höhten Fluiddruck in der Kammer 76, wobei dieser erhöhte Druck auf den Kolben 64 wirkt und diesen und das Hauptver schlußstück 32 in Abwärtsrichtung in eine geschlossene Position bewegt.

Wenn der der Proportionalsolenoidanordnung 94 zu geführte elektrische Strom verringert wird, bewegt sich der Plunger 88 nach unten, wodurch der vergrößerte Ab schnitt 86 und die Spitze 83 des Pilotventils 80 in eine geschlossene Position bzw. Sitzposition be wegt wird. Wenn der Durchflußquerschnitt zwischen der Spitze 83 und dem Sitz 84 kleiner wird, tritt in der Kammer 76 ein Anstieg des Fluiddrucks auf, was dazu führt, daß der Kolben 64 und das Hauptverschlußstück 32 ebenfalls nach unten in eine geschlossene Position durch eine Servowirkung bewegt werden. Wenn das Hauptverschluß stück 32 des Hauptventils 30 sich in Schließ-Richtung bewegt und die radialen Kanäle 60 beginnen, in den Sitz 34 einzutreten, um den schmalen Ringspalt 58 zwischen der Fläche 50 und dem Sitz 34 zu bilden, ruft der Druckabfall in diesem ge drosselten Bereich eine Verringerung des Fluiddruckes hervor, der den Kanälen 60 zugeführt wird. Dieser ver ringerte Fluiddruck führt zu einem Druckabfall in der Kammer 42 des Hauptverschlußstücks 32. Die Verringerung des Fluiddrucks in der Kammer 42 wirkt entgegengesetzt zu der nach unten gerichteten Bewegung des Hauptverschluß stücks 32, um die Position des letzteren zu stabilisie ren. Um das Hauptverschlußstück 32 somit näher zu einer geschlossenen Position bzw. der Sitzposition zu bewegen, muß das Pilotventil 80 weiter in Schließ-Richtung betätigt werden, um den Fluiddruck in der Kammer 76 weiter zu erhöhen und dadurch eine weitere Ab wärtsbewegung des Kolbens 64 und des Hauptverschlußstücks 32 hervorzurufen. Dies ruft, wie oben bereits beschrie ben, eine verstärkte Drosselung an dem Ringspalt 58 mit der Folge hervor, daß der Fluiddruck in der Kammer 42 weiter sinkt. Wenn das Hauptverschlußstück 32 an dem Sitz 34 anliegt, ist der Fluiddruck in der Kammer 42 auf den Fluiddruck der Auslaßöffnung 26 reduziert. Da die Innen fläche des Hauptverschlußstücks 32, die dem Fluid in der Kammer 42 ausgesetzt ist, gleich oder geringfügig kleiner ist als die Fläche jenseits des Sitzes 34, halten die aus der Differenz des Fluiddrucks sich ergebenden Kräfte, die auf das Hauptverschlußstück 32 einwirken, unter stützt durch die Kraft der Feder 62, das Hauptverschluß stück 32 in einer leichten Sitzposition gegen den Sitz 34.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Ablaßventil 70 noch in einer geöffneten Position.

In diesem Betriebszustand führt das anhaltende Schließen des Pilotventils 80, bei dem die Spitze 83 dicht am Sitz 84 anliegt, zu einer fortlaufen den Abwärtsbewegung des Kolbens 64 und zum Schließen des Ablaßventils 70. Da der Fluidstrom durch das Pilotventil 80, das Ablaß ventil 70 und das Hauptventil 30 ge stoppt ist, steigt der Fluiddruck in der Kammer 42 und der Kammer 76 auf den Einlaßöffnungsfluiddruck. Der Einlaßfluiddruck in den Kammern 42 und 76, der auf die Flächen des vergrößerten Abschnitts 86 des Plungers 88 und des Hauptverschlußstücks 32 einwirkt, bewirkt relativ zu dem Auslaßfluiddruck, der auf das Hauptverschlußstück 32 und das Ende des bewegbaren Ventilbauteils 68 des Ablaßventils 70 einwirkt, eine Druck differenzkraft, die die Ventilanordnungen 30, 70 und 80 in der geschlossenen Position halten.

Immer wenn die Spitze 83 des vergrößerten Ab schnitts 86 des Pilotventils 80 von der Pro portionalsolenoidanordnung 94 oder einem anderen geeig neten Betätigungsmechanismus in eine neue Position be wegt wird, bewegen sich der Kolben 64 und damit auch das Hauptverschlußstück 32 durch Servowirkung in eine neue Po sition. Bei jeder Bewegung des Hauptverschlußstücks nahe der geschlossenen Position, in der der Einlaßfluiddruck durch den Ringspalt 58 gedrosselt wird, wird der Fluid druck in der Kammer 42 geändert, um der Bewegungsrich tung des Hauptverschlußstücks 32 entgegenzuwirken. Diese Gegenkraft verursacht einen kräftigen stabilisierenden Effekt auf das Verschlußstück 32 und verhindert ein Klappern oder Tellerflattern, das ein allgemeines Problem insbesondere dann darstellt, wenn das zu steuernde Fluid ein Gas oder Dampf ist.

In Abweichung zum beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Abänderungen in der Anordnung der Bauteile möglich, wobei beispielsweise die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung in axialer Ausrichtung angeordnet sein können und die Achse der Hauptventilanordnung zu einem Y-Verlauf abgeändert sein kann anstelle der dargestellten Ausbildung.

Claims

1. Von einem Steuerorgan betätigtes Steuerungsventil mit

a) einem Gehäuse (12) mit einer Einlaßöffnung (24), die mit einer Druckfluidquelle in Verbindung steht, und einer Auslaßöffnung (26), die mit einem Verbraucher in Verbindung steht,
b) einem Hauptventil (30), das ein Hauptverschlußstück (32) und einen Hauptventilsitz (34) in dem Gehäuse aufweist, um den Fluidstrom von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung zu steuern, wobei das Hauptverschlußstück und das Gehäuse eine erste Kammer (42) bilden und wobei ferner das Hauptverschlußstück eine Abflußöffnung (36) zur Verbindung der ersten Kammer (42) mit der Auslaßöffnung (26) aufweist,
c) einem Pilotventil (80), das ein Verschlußstück (82) und einen Ventilsitz (84) aufweist,
d) einer mit dem Verschlußstück des Pilotventils verbundenen Betätigungseinrichtung (94), die das Verschlußstück des Pilotventils wahlweise in seine Schließ- oder in seine Offenstellung bewegt,
e) einem Kolben (64), der in das Hauptventil und das Gehäuse eingesetzt und relativ zu diesen hin- und herbewegbar ist und mit dem Gehäuse eine zweite Kammer (76) bildet,
f) einem Ablaßventil (70), das ein weiteres vom Kolben getragenes Verschlußstück aufweist, das mit einem Ventilsitz (72) im Hauptverschlußstück (32) zum Steuern des Fluidstromes zu und aus der ersten Kammer zusammenarbeitet,
g) einem Abflußkanal (74) in dem Kolben (64) zur Verbindung der Abflußöffnung mit der zweiten Kammer (76), wobei das Pilotventil (80) den Fluidstrom von der zweiten Kammer (76) durch den Abflußkanal (74) und die Abflußöffnung (36) steuert,
h) einer gedrosselten Strömungsverbindung in Form mehrerer die Einlaßöffnung mit der ersten Kammer verbindender Kanäle, die im Sitzbereich des Hauptverschlußstücks münden und die bei geschlossenem Hauptverschlußstück vom Einlaß abgesperrt sind und bei offenem Hauptverschlußstück mit dem Einlaß in Verbindung stehen, wodurch der Fluiddruck in der ersten Kammer (42) so variierbar ist, daß auf das Hauptverschlußstück Kräfte entgegen dessen Bewegungsrichtung einwirken.

2. Ventil nach Anspruch 1, bei dem eine Hülse (22) in dem Gehäuse (12) befestigt ist, die das Hauptverschlußstück (32) und den Kolben (64) bei ihrer Bewegung führt.

3. Ventil nach Anspruch 1, bei dem eine Vorspannungseinrichtung (90) vorgesehen ist, die das Pilotverschlußstück (82) in Richtung seines Ventilsitzes (84) beaufschlagt.

4. Ventil nach Anspruch 1, bei dem die Abflußöffnung (36) axial im Hauptverschlußstück (32) verläuft und die Kanäle (60) sich radial von dem Umfangsrand des Hauptverschlußstücks zu dessen Abflußöffnung (36) erstrecken.

5. Ventil nach Anspruch 4, bei dem die radial sich erstreckenden Kanäle (60) im in den Sitz eintauchenden (unteren) Bereich des Hauptverschlußstücks (34) angeordnet sind.

6. Ventil nach Anspruch 1, bei dem der Kolben (64) mit dem Verschlußstück (68) des Ablaßventils (70) einstückig ausgebildet ist.

7. Ventil nach Anspruch 1, bei dem der Kolben (64) zwei Abstufungen aufweist.

8. Ventil nach Anspruch 1, bei dem die Einlaßöffnung (24) und die Auslaßöffnung (26) mit ihren Achsen im Winkel zueinander, während das Hauptventil (30), das Ablaßventil (70) und das Pilotventil (80) koaxial zu der Auslaßöffnung (36) angeordnet sind.

9. Ventil nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Kolben (64) und dem Hauptverschlußstück (32) eine begrenzte Relativbewegung möglich ist.

10. Ventil nach Anspruch 1, bei dem eine Vorspannungseinrichtung (62) angeordnet ist, die das Hauptverschlußstück (32) in Richtung seines Ventilsitzes (34) beaufschlagt.