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Steuerventil Diese Erfindung bezieht sich auf Steuerventilanordnungen
für die Strömung eines Mediums.
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Erfindungsgemäß weist die Ventilanordnung zum Steuern der Strömung
eines Mediums zwischen Hochdruck- und Niederdruckbereichen einen Ventilblock mit
ersten und zweiten Kammern auf, ferner eine zwischen der ersten und der, zweiten
Kammer angebrachte, auf den Druck des Mediums ansprechende Vorrichtung, eine Einlaßöffnung,
welche von dem Hochdruckbereich zur ersten Kammer führt, eine Auslaßöffnüng, welche
von der ersten Kammer in den Bereich niederen Druckes führt und einen Ventilkörper,
welcher mit der auf den Druck des Mediums ansprechenden Vorrichtung zusammenwirkt.
Der Ventilkörper ist so angeordnet, daß er wenigstens eine der
Öffnungen
verschließt, wenn die Druckvorrichtung auf einen Druckverlust in der zweiten Kammer
reagiert. Ein enger Durchgang für die Strömung des Mediums befindet sich jederzeit
zwischen der Hochdruckseite des Ventilkörpers und der zweiten Kammer. Eine von außen
bedienbare Vorrichtung verbindet die zweite Kammer mit einem Bereich niederen Druckes.
Wenn deshalb die von außen bedienbare Ventilvorrichtung geschlossen ist, dann bewirkt
der Druck in der zweiten Kammer, daß die auf den Druck des Mediums ansprechende
Vorrichtung den dazugehörigen Ventilkörper von der Öffnung bzw. von den Öffnungen,
mit welchen sie zusammenwirkt, weghält, so daß die Einlab- und Auslaßöffnungen geöffnet
sind und das Medium von dem Bereich hohen Drucks zum Bereich niederen Drucks fliessen
kann. Wenn die von außen bedienbare Ventilvorrichtung geöffnet ist, dann wird die
zweite Ventilkammer mit dem Bereich niederen Drucks in Verbindung gesetzt; der Druck
des Mediums in der Kammer fällt ab, so daß die auf den Druck ansprechende Vorrichtung
bewirkt, daß sich der Ventilkörper in die Lage verschiebt) in welcher er die EinlaB-
und/oder Auslaßöffnung absperrt, wobei die Strömung des Mediums von dem Bereich
hohen Druckes zum Bereich niederen Druckes abgeschnitten wird. Wenn die von außen
bedienbare Ventilvorrichtung wieder geschlossen wird, dann sammelt sich das durch
den engen Durchgang strömende Medium in der zweiten
Kammer und baut
einen Druck auf. Die auf den Druck ansprechende Vorrichtung bewegt deshalb den Ventilkörper
von der Einlaß- und/oder Auslaßöffnung hinweg.
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Vorzugsweise weist die auf den Druckdes Mediums ansprechende Vorrichtung
einen Kolben auf, welcher sich in einer abgeschlossenen Bohrung im Block befindet.
Ein Ende der Bohrung bildet die erste Kammer und das gegenüberliegende Ende der
Bohrung, d. h. der Teil der Bohrung auf der anderen Seite des Kolbens, bildet die
zweite Kammer.
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In dem Falle, wo der Ventilkörper bewegbar ist, um die Auslaßöffnung
abzuschließen, kann der vorne erwähnte, enge Durchgang eine enge Bohrung im Kolben
aufweisen. Wahlweise kann am Kolben ein Kolbenring angebracht sein, wobei der Spalt
zwischen den aneinander anliegenden Enden des Ringes den oben erwähnten, engen Durchgang
bildet.
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Der enge Durchgang kann, anstatt daß er am Kolben verläuft, wie oben
erwähnt wurde, durch den Ventilblock geführt werden. In diesem Falle kann eine Vorrichtung
vorgesehen werden, um die Geschwindigkeit der Strömung des Mediums durch den engen
Durchgang zu steuern. Die Geschwindigkeit der Strömung kann beispielsweise durch
ein Nadelventil steuerbar sein.
Der wirksame Bereich des Kolbens
gegenüber dem einen Ende der Bohrung kann kleiner sein als der Bereich des Kolbens
gegenüber der gegenüberliegenden Endseite der Bohrung, um eine Bewegung des Kolbens
in Richtung der einen -Endseite der Bohrung unter Einwirkung des unter Druck stehenden
Mediums in der entgegengesetzten Endseite der Bohrung herbeizuführen.
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Der Kolben kann beispielsweise mit einer Spindel ausgestattet sein,
welche sich durch ein Ende der Bohrung erstreckt. In einer besonderen Ausführungsform
erstreckt sich die Spindel durch die bereits erwähnte Auslaßöffnung, während der
erwähnte Ventilkörper einen Ventilkopf aufweist, welcher auf der Spindel außerhalb
der Bohrung angebracht und so angeordnet ist, daß er an einem die Auslaßöffnung
umgebenden Ventilsitz anliegt, wenn der Kolben von einem Ende der Bohrung hinwegbewegt
wird. Der Ventilsitz ist vorzugsweise elastisch gestaltet und so aufgebaut, daß
er sich unter dem Druck des Mediums in einem Ende der Bohrung verformt, um sich
fest an den Ventilkopf anzulegen.
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In den bereits erwähnten Ausführungsformen kann außer dem engen Durchgang
ein weiterer Durchgang vorgesehen sein, welche von einer zur anderen Seite des Kolbens
verläuft.
Dieser weitere Durchgang wird von einem Ventil gesteuert.
Das Ventil wird geschlossen, wenn die Einlaß- und/oder Auslaßöffnung von dem oben
genannten Ventilkörper geschlossen wird, um eine Strömung des Mediums durch diesen
Durchgang von einem Ende der Bohrung zum gegenüberliegenden Ende der Bohrung zu
vermeiden. Das Ventil ist jedoch geöffnet, wenn der Ventilkörper von der Einlaß-
und/oder Auslaßöffnung hinweg-
bewegt wird, um die Strömung des Mediums durch
diesen Durchgang von einem Ende der Bohrung zum gegenüberliegenden Ende zu ermöglichen.
Bei dieser Anordnung verläuft der Strom des Mediums von dem einen Ende der Bohrung
zum gegenüberliegenden Ende der Bohrung zunächst durch den engen Durchgang allein;
wenn jedoch der Kolben den Ventilkörper bewegt, um die Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen
freizulegen, dann öffnet sich das Ventil, welches den zusätzlichen Durchgang steuert-,
so daß die Strömung des Mediums von dem einen Ende der Bohrtang zum gegenüberliegenden
Ende der Bohrung sowohl durch den engen Durchgang als auch durch den weiteren Durchgang
erfolgt. Die weitere Bewegung des Kolbens in Richtung des einen Endes der Bohrung
und die weitere Bewegung des Ventilkörpers, tun die Einlaß- und/oder Auslaßöffnung
freizulegen, geschieht schneller, als wenn die Strömung durch den engen Durchgang
allein verlaufen würde.
Die beschriebenen Ventilanordnungen sind
insbesondere für Vorrichtungen geeignet, bei welchen das Ventil ein Abschließ-Ventil
ist, um eine Nebenleitung zwischen dem Einlaß und dem Auslas eines hydraulischen
Steuer-Ventilmechanismus abzuschließen, und bei welchen ein oder mehrere Hilfs-Steuerventile
zwischen einem Durchgang, welcher mit der Hochdruck-
seite der
Einlaßöffnung in Verbindung steht, und Arbeitsöffnungen, welche mit Druck
betriebenen Vorrichtungen verbunden sind, angeordnet sind. Die Anordnung ist so
getroffen, daß, wenn das Abschließ-Ventil geschlossen wird, ein
Druck an der
Einlaßöffnung und in dem Durchgang aufgebaut wird und
zu irgendeiner Öffnung, deren Hilfs-Steuerventil geöffnet ist, geleitet
wird.
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In dem Falle, daß mehrere Arbeitsöffnungen durch gesteuert
werden, kann eine gleiche Anzahl von
den bereits erwähnten,
von außen bedienbaren Ventilvorrich-
tungen vorgesehen sein, welche
parallel dazu angeordnet sind,
so daß der Betrieb eines dieser
Ventile das Abschließ-Ventil steuert. Jede von außen be4ienbare Ventilvorrichtung
ist mit einem Hilfe-Steuerventil einer Auslaßöffnung verbunden,
so
daß der Betrieb des Hilfe-Steuerventils zur Steuerung irgend-
einer
Arbeitoöffnung gleichzeitig das Ton außen bedienbare, dasu.gehörige Ventil
betätigt. Folglich wird auch das Ab- ,'
schließ-Ventil betätigt,
so daß das unter Druck stehende Medium zur Arbeitsöffnung geleitet werden kann.
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Es zeigen: Fig. 1 -eine Schnittansicht durch eine Ventilanordnung,
welche ein Abschließ-Ventil zur Steuerung zweier Arbeitsöffnungen aufweist; Fig.
2, 3 und 4 Schnittansichten durch andere Ausführungsformen der in Fig. 1 dargestellten
Ventilanordnung.
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In Fig. 1 ist ein Ventilblock 10 dargestellt, in welchem sich
eine Bohrung 12 befindet. In der Bohrung 12 ist ein Kolben 14 verschiebbar angeordnet.
Ein Einlaßdurchgang 15, welcher von einer Quelle von unter Druck stehendem Medium
herleitet, führt zu einer Einlaßöffnung 16. Diese Öffnung mündet in ein Ende der
Bohrung, während eine Auslaßöffnung 18 von diesem Ende der Bohrung zu einem Abfluß,
beispielsweise zu einem Behälter für Medium führt.
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.Die Auslaßöffnung 18 wird von einem elastischen Ventilsitz 20 umgeben
und kann an einem Ventilkopf 22 anliegen. Dieser Ventilkopf ist aus einem Stück
mit einer Spindel 24
des Kolbens gefertigt und erstreckt sich durch
den Auslaß 18. Ein Endteil 26 der Spindel erstreckt sich über den Ventilkopf 22
hinaus, so daß die nach unten gerichtete Bewegung des Kolbens begrenzt ist.
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Der Kolben ist am Umfang mit einer Nut ausgestattet, in welcher sich
ein Kolbenring 28 von rechteckigem Querschnitt befindet. Zwischen aneinanderliegenden
Enden des Kolbenringes befindet sich ein Spalt 30. Der'Spalt 30 bildet den vorne
erwähnten, engen Durchgang.
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Das gegenüberliegende Ende der Bohrung 12 wird durch eine Verschlußschraübe
32 verschlossen. Die Verschlußschraube ist' in Aaialric-htung mit einer Verlängerung
34 ausgestattet, welche die Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 begrent.
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Im Ventilblock befinden sich zwei parallele Steuerdurchgänge 36 und
38. Der Durchgang 36 ist an das obere Ende der Bohrung 12 angeschlossen und der
Durchgang 38 ist über einen Quergang 40 mit der Auslaßleitung 42 verbunden, welche
vom Auslaß 18 herführt. Zwischen den Durchgängen 36 und 38 befinden sich zwei gleiche
Querbohrungen 44, welche durch gleiche, mit 45 bezeichnete Ventile gesteuert werden.
Jedes Ventil
weist einen Ventilsitz 46 und eine Kugel 48 auf, welche
mit Hilfe einer Feder 50 an den Ventilsitz angedrückt wird. Eine Schubstange 52
steht vom Ventilblock hervor und liegt an der Kugel 48 an. Normalerweise wird die
Kugel 48 mit Hilfe der Feder 50.an ihren Ventilsitz gepreBt, so daß die Verbindung
des Durchganges 36 mit dem Durchgang 38 unterbrochen wird. Wenn jedoch die Schubstange
52 niedergedrückt wird, dann wird die Kugel 48 aus ihrem Sitz gedrängt, so daß nun
die zwei Durchgänge 36 und 38 miteinander verbunden sind. Das obere Ende der Bohrung
12 steht dadurch mit dem Auslaß in Verbindung.
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Die Arbeitsweise der Ventilanordnung ist wie folgt: Wenn die beiden
Ventile zwischen den Durchgängen 36 und 38 geschlossen sind, dann hält der Druck
auf der Oberseite des Kolbens 14 diesen an der Begrenzung seiner nach unten in Richtung
des unteren Endes der Bohrung 12 gerichteten Bewegung. Der Ventilkopf 22 befindet
sich deshalb in einem Abstand vom Ventilsitz 20. Das Medium kann deshalb von der
unter Druck stehenden Mediumquelle in das untere Ende der Bohrung 12,-nach außen
durch die Auslaßöffnung 18 und von dort zum Auslaß strömen. Wenn eines der zwei
Ventile 45 durch Niederdrükken einer der Schubstangen 52 geöffnet wird, dann wird
das obere Ende der Bohrung 12 über die Durchgänge 36, 44, 38 und 40 mit dem Auslaß
in Verbindung gebracht. Auf der Oberseite
des Kolbens 14 entsteht
dadurch ein plötzlicher Druckabfall, welcher durch die Strömung des Mediums durch
den schmalen Spalt 30 nicht ausgeglichen werden kann. Folglich wird der Kolben 14
durch den größeren Druck auf der Unterseite nach oben gedrückt, so daß der Ventilkopf
22 an den elastischen Ventilsitz 20 angepreßt wird. Die Aufwärtsbewegung hält an,
bis der Kolben 14 an der Begrenzung 34 anliegt. In dieser Lage ist das Ventil 20,
22 geschlossen und ein Druck bildet sich im Einlaßdurchgang 15 auf.
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Wenn die Schubstange 52, welche niedergedrückt wurde, nach oben bewegt
wird, dann, wird die Kugel 48 wiederum an den Ventileitz 46 mit Hilfe der Feder
50 angedrückt; die Verbindung des oberen Endes der Bohrung 12 mit dem Auslaß wird
somit wieder unterbrochen. Das Medium, welches durch den Spalt 30 von der Unter-
zur Oberseite des Kolbens 14 fließt, baut deshalb auf der Oberseite des Kolbens
einen Druck auf, bis der Kolben 14 nach unten gedrückt und der Ventilkopf 22 vom
Ventilsitz 20 wegbewegt wird. Das Medium, welches unter Druck in die Einlaßöffnung
16 eintritt, wird wieder zum Auslaß umgeleitet.
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Die beschriebene Anordnung ist insbesondere für ein Abschließ-Ventil
bei verschiedenen Ausführungsformen
hydraulischer Steuerventile
geeignet. Bei Steuerventilen, für welche die Erfindung insbesondere geeignet ist,
befindet sich ein Abschließ-Ventil zwischen einem Einlaßdurchgang, welcher mit einer
unter Druck stehenden Quelle in Verbindung steht, und einem Auslaßdurchgang. Der
Einlaßdurchgang ist mit einer Druckleitung in Verbindung, an welche eine Anzahl
von Hilfs-Ventilmechanismen angeschlossen sind, um hydraulische Vorrichtungen, beispielsweise
hydraulische Rammen, zu betätigen. Der Aufbau ist so angeordnet, daß, wenn irgend
eine besondere Vorrichtung betrieben werden soll, das Haupt-Abschließventil gleichzeitig
mit dem Hilfsventil bzw. den Hilfsventilen, welche die besondere Vorrichtung antreiben,
in Betrieb gesetzt wird. Wenn. das Abschließ-Ventil betätigt wird, dann baut sich
in der Druckleitung ein Druck auf und wird in gewünschter-Weise mit Hilfe eines
Hilfsventils oder mit Hilfe von Ventilen auf die Vorrichtung übertragen, um diese
zu steuern. In einer besonderen Ausführungsform ist ein den gesamten Steuer-Ventilmechanismen
gemeinsamer Durchgang vorgesehen. Eine Anzahl von Abschließ-Ventilen befindet sich
in diesem Durchgang, welche ihrerseits mit einem Hilfsventil in Verbindung stehen
und so angeordnet sind, daß sie diesen Durchgang abschließen, wenn das jeweilige
Hilfsventil betätigt wird. Ein solcher Aufbau weist demnach den Nachteil aufs daß'
wenn ein Hilfsventil und das dazugehörige Abschließ-Ventil betätigt wurden, jede
darauf
folgende Betätigung eines Abachließ-Ventils stromaufwärts
von demSuerat betätigten Abschließ-Ventil gegen den Mediumdruck in dem Durchgang
geschehen muß. In der oben beschriebenen Vorrichtung ist nur das-Ventil 22, 20 als
einziges Ab-
schließ-Ventil im Durchgang vorgesehen; zwischen den Durchgängen
36 und 38 kann eine Anzahl von Ventilen 45 vorgesehen sein, wobei ein Ventil jeweils
mit einem zugehörigen Steuerventil einer durch Medium betriebenen Vorrichtung in
Verbindung steht. Wenn bei einer solchen Anordnung ein erstes Hilfs-Steu.erventil
betätigt und das Abschließ-Ventil 22, 20 geschlossen wurde, dann löst die darauf
folgende Inbetriebnahme eines weiteren Hilfs-Steuerventils das Niederdrücken des
Kolbens des dazugehörigen Ventils 45 aus, und da beide Durchgänge 36 und 38 mit
dem Auslaß bereits in Verbindung stehen, muß nur die Kraft der Feder 50 überwunden
werden.
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Bei bereits bekannten Ausführungsformen muß das Abschließ-Ventil entweder
gleichzeitig oder später mit bzw. nach der . Inbetriebnahme des Hilfs-Steuerventils,
welches mit einer besonderen Vorrichtung in Verbindung steht, geschlossen
werden.
Andererseits muß das Abschließ-Ventil vorher oder zur gleichen Zeit
wie die Betätigung des Hilfs-Steuerventils der Vorrich-' tung in entgegengesetzter
Richtung geöffnet werden.
Der Druck in der Druckleitung fällt deshalb
wegen des Öffnens des Abschließ-Ventils ab, bevor das Hilfs-Steuerventil der- Vorrichtung
betätigt ist. Die Vorrichtung steht deshalb für einen kurzen Zeitraum-mit einem
niedrigen Druck in Verbindung. Dies ist ein Nachteil, wenn es darauf ankommt, einen
Druck in einem äußeren Kreislauf aufrecht zu erhalten, um einen mechanischen Leerlauf
zu vermeiden. Inder oben beschriebenen Vorrichtung wird dieser Nachteil überwunden,
da, wie-bereits erwähnt wurde, eine gewisse Zeitspanne zwischen dem Verschließen.
eines Ventils 45 und; dem Verschließen des Ventils 22, 20 besteht. Diese Verzögerung:ist
auf die verhältnismäßig langsame-Strömung des Mediums durch den Spalt 30 und durch
den langsamen Aufbau von Druck an der Oberseite des. Kolbens 14 zurückzuführen.
Mit der beschriebenen Anordnung arbeitet das Abschließventil nicht, bevor das Hilfs-Steuerventil
betrieben wurde, obwohl eine Schubstange 52 -vor der Inbetriebnahme des Hilfs-SteuerventIls
der dazugehörigen Vorrichtung freigegeben wird-, so daß die Vorrichtung niemals
mit einem fallenden bzw. einem niederen Druclgin Verbindung steht,-wodurch ein Leerlauf-verringert
wird.
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Man kann erkennen, daß-, von der oben beschriebenen Ausführungsform
ausgehend, viele Abänderungen-getroffen werden können, ohne vom Inhalt der Erfindung
abzuweichen. Drei
dieser Abänderungen werden in den Fig. 2, 3 und
4 dargelegt. In Fig. 2 ist der Kolben 14 mit einer sich in Axialrichtung erstreckenden
Bohrung 148 ausgestattet. Diese Bohrung-ist stufenweise abgesetzt und bildet einen
Ventilsitz 150, auf welchem eine Kugel 52 lagert. Eine kleine Bohrung 54 verbindet
den im Durchmesser schmaleren Teil der Bohrung 148 mit der unteren Seite des Kolbens
14. Wenn bei dieser Anordnung der Ventilkopf 22 am Ventilsitz 20 anliegt, dann wird
die Kugel 152 von dem Halteteil 34 auf den Ventilsitz 150 gedrückt: Es wird dadurch
verhindert, daß die Strömung über die Durchgänge 54., 148 von der unteren zur oberen
Seite des Kolbens fließt. Der Druckverlust des Mediums in Richtung des Auslasses
von der unteren Seite des Kolbens wird durch die Strömung durch den Spalt 30 im
Kolbenring begrenzt. Dieser Spalt kann sehr schmal gehalten werden, indem man den
Spalt enger macht oder indem man zusätzliche Ringe verwendet. Die Verengung des'schmalen
Durchganges bewirkt jedoch nicht, daß sich die Öffnung des Ventils 20, 22 verzögert,
wenn das obere Ende der Bohrung 12 vom Auslaß abgetrennt ist, da, wenn dies
passiert, der Kolben 14 nach unten zu sinken beginnt. Daraufhin wird sofort die
Kugel 152 vom Ventilsitz wegbewegt, so daß eine verhältnismäßig starke Strömung
von der Unterseite des Kolbens zur Oberseite verlaufen kann. Der Kolben kann sich
dann schnell nach unten bewegen. Man kann erkennen, daß durch Auswahl
einer
Bohrung 54 von geeigneter Größe die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils 20, 22 vergrößert
werden kann, ohne gleichzeitig den Druckverlust zu vergrößern, wenn sich das Ventil
in geschlossener Stellung befindet.
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In Fig. 3 wird eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher
der Ventilkopf 22 durch ein Kugelventil 56 ersetzt wird. Bei dieser Ausführungsform
wird der Einlaßdruck nicht auf die Oberseite des Kolbens durch einen am Kolben befindli=
chen Durchgang übertragen; dies geschieht durch einen äußeren, engen Durchgang.
Der äußere, enge Durchgang weist eine verhältnismäßig lose Schraubenverbindung zwischen
der Verschlußschraube 32 und dem oberen Ende der Bohrung 12 auf: In diesem Fall
ist die Verschlußschraube am Umfang mit einer Nut 58 ausgestattet,-welche mit einem
Durchgang 60 in Verbindung steht. Dieser Durchgang führt zur Einlaßleitung 15. In
dieser Anordnung ist es die Einlaßöffnung (und nicht die Auslaßöffnung, wie in den
Fig. 1 und 2), welche durch den Ventilkörper geschlossen wird; in diesem Fall ist
es die Kugel 56, welche mit dem Kolben 14 bewegbar ist. Bei einem solchen Aufbau,
bei welchem sich der schmale Durchgang an der Außenseite der Bohrung 12 befindet,
kann eine Vorrichtung vorgesehen. sein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums
durch diesen engen Durchgang zu bremsen. Dies kann beispielsweise ein Nadelventil
sein.
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In Fig. ¢ wird ein weiteres Ausführungsbeispiel darge-» stellt, in
welchem das Ventil aus einem Tellerventilkopf 62 und aus einem Ventilsitz 6¢ besteht.
Das Ineinanderwirken zwischen dem Ventilkopf 62 und dem Ventilsitz begrenzt die
nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 14 und macht die Verwendung des Halteteils
3¢, welcher in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 Verwendung findet, überflüssig.