DE9416808U1

DE9416808U1 - Valve

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Publication number: DE9416808U1
Application number: DE9416808U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2004-10-20
Also published as: DE19527085A1

Description

G 16 846 - lens 21. September 1994G 16 846 - lens 21 September 1994

Festo KG, 73734 Esslingen

VentilValve

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Proportionalventil, mit einem Gehäuse, das zumindest eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, die beide in eine Schieberaufnahme münden, in der ein bewegbarer Ventilschieber angeordnet ist, der die Fluidströmung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung steuert, und der zwischen zwei an ihm vorgesehenen Trennwänden einen Strömungsraum definiert, der von dem zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung strömenden Fluid durchströmt wird, wobei wenigstens eine der Trennwände in ihrem der Wand der Schieberaufnahme zugewandten Außenbereich eine einer der Öffnungen zugeordnete Steuerkante aufweist, durch die in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilschiebers bezüglich der zugeordneten Öffnung unterschiedliche Durchströmquerschnitte vorgegeben werden. The invention relates to a valve, in particular a proportional valve, with a housing which has at least one inlet opening and one outlet opening, both of which open into a slide receptacle in which a movable valve slide is arranged, which controls the fluid flow between the inlet opening and the outlet opening, and which defines a flow space between two partition walls provided on it, through which the fluid flowing between the inlet opening and the outlet opening flows, wherein at least one of the partition walls has, in its outer region facing the wall of the slide receptacle, a control edge assigned to one of the openings, by means of which different flow cross sections are specified depending on the position of the valve slide with respect to the assigned opening.

Ein derartiges, als Schaltventil konzipiertes Ventil geht beispielsweise aus der DE 40 11 908 C2 hervor. Es handelt sich dortSuch a valve, designed as a switching valve, is described, for example, in DE 40 11 908 C2. It is

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um ein Mehrwegeventil mit einem kolbenartigen Ventilschieber kreisförmigen Querschnittes. Über seine Länge ist der Ventilschieber in mehrere Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers unterteilt. Die Abschnitte größeren Durchmessers bilden Trennwände, die gemeinsam mit dem Ventilgehäuse in der Schieberaufnahme Strömungsräume vorgeben. Im Gehäuse ausgebildete Einlaß- und AuslaSöffnungen sind so angeordnet, daß sie bei bestimmten Schieberstellungen über einen zugeordneten Strömungsraum miteinander kommunizieren, so daß ein Hindurchströmen des Fluides möglich ist.a multi-way valve with a piston-like valve slide with a circular cross-section. The valve slide is divided into several sections of different diameters along its length. The sections with a larger diameter form partitions, which, together with the valve housing, define flow spaces in the slide housing. Inlet and outlet openings in the housing are arranged in such a way that they communicate with each other via an associated flow space at certain slide positions, so that the fluid can flow through.

Das durch einen jeweiligen Strömungsraum hindurchströmende Fluid wirkt gleichzeitig auf die beiden zugeordneten schieberfesten Trennwände. Dadurch wird der Ventilschieber in einander entgegengesetzte Richtungen durch von dem Druck des Fluids hervorgerufene Kräfte beaufschlagt. Vor allem bei sogenannten Proportional- bzw. Servoventilen hat sich herausgestellt, daß diese Fluidkräfte trotz gleich großer Trennwandflächen unterschiedlich groß ausfallen. Dies hat zur Folge, daß der Ventilschieber in Bezug auf die Fluidkräfte nicht kraftausgeglichen ist. Meist variiert der Unterschied in den Fluidkräften zudem in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilschiebers und dem Grad des dabei jeweils zur Verfügung gestellten Durchströmquerschnittes einer Einlaß- oder Auslaßöffnung. Als Folge bedarf es überdimensionierter Stellantriebe für den Ventilschieber. Gleichwohl treten bei der Regelung eines Proportionalventils Probleme auf, weil die resultierende Fluidkraft je nach Stellrichtung des Ventil-Schiebers unterschiedlich große Stellkräfte bedingt.The fluid flowing through a particular flow chamber acts simultaneously on the two associated spool-fixed partition walls. As a result, the valve spool is subjected to forces in opposite directions caused by the pressure of the fluid. It has been found, particularly with so-called proportional or servo valves, that these fluid forces are of different magnitudes despite the partition wall areas being the same size. This means that the valve spool is not force-balanced in relation to the fluid forces. The difference in the fluid forces usually also varies depending on the position of the valve spool and the degree of the flow cross-section of an inlet or outlet opening made available. As a result, oversized actuators are required for the valve spool. Nevertheless, problems arise when controlling a proportional valve because the resulting fluid force requires different actuating forces depending on the direction in which the valve spool is actuated.

Wird ein Ventil zur Ansteuerung eines Verbrauchers, beispielsweise eines Arbeitszylinders, hochfrequent eingesetzt, führt die geschilderte Erscheinung überdies zu einer Reduzierung der maximal möglichen Grenzfrequenz des Schieber-Antrieb-Systems.If a valve is used to control a consumer, for example a working cylinder, at high frequency, the phenomenon described also leads to a reduction in the maximum possible limit frequency of the slide drive system.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil zu schaffen, dessen Betriebsverhalten verbessert ist.It is the object of the present invention to provide a valve whose operating behavior is improved.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die die Steuerkante aufweisende Trennwand des Ventilschiebers an der dem Strömungsraum zugewandten Seite eine die Steuerkante hinterschneidende Vertiefung aufweist, in der sich beim Vorbeiströmen des Fluides ein Totwasserbereich ausbildet.To achieve this object, the invention provides that the partition wall of the valve slide having the control edge has a recess on the side facing the flow chamber that undercuts the control edge and in which a dead water area forms as the fluid flows past.

Es wurde zunächst festgestellt, daß die von dem hindurchströmenden Fluid hervorgerufenen Fluid- bzw. Strömungskräfte vor allem darauf zurückzuführen sind, daß bei teilweisem Verschließen einer der Öffnungen aufgrund des verringerten Durchströmquerschnittes eine Drosselung stattfindet, die vor allem im steuerkantennahen Außenbereich der zugeordneten Trennwand eine Reduzierung des statischen Druckes bewirkt, der die Trennwand beaufschlagt. Es wurde dann im weiteren aufgefunden, daß sich mit der erfindungsgemäßen Maßnahme dieser Druckabfall in einem relevanten Maße reduzieren läßt, so daß die resultierenden Fluid- bzw. Strömungskräfte im Vergleich zu konventionell ausgebauten Ventilen beträchtlich reduziert sind. Durch die Hinterschneidung der Trennwand angrenzend an die Steuerkante wird erreicht, daß sich in der vorliegenden Vertiefung ein sogenanntes Totwassergebiet ausbildet, das eine Vergrößerung des Strömungswinkels mit BezugIt was first determined that the fluid or flow forces caused by the fluid flowing through are primarily due to the fact that when one of the openings is partially closed, a throttling takes place due to the reduced flow cross-section, which causes a reduction in the static pressure acting on the partition, particularly in the outer area of the associated partition wall near the control edge. It was then further found that this pressure drop can be reduced to a relevant extent with the measure according to the invention, so that the resulting fluid or flow forces are considerably reduced compared to conventionally designed valves. By undercutting the partition wall adjacent to the control edge, it is achieved that a so-called dead water area is formed in the existing depression, which increases the flow angle with respect to

zur Wand der Schieberaufnahme bewirkt. Über die gesamte Grundfläche der Vertiefung hinweg stellt sich dabei zumindest annähernd eine Druckverteilung ein, die derjenigen an der gegenüberliegenden Trennwand entspricht. Lediglich der unmittelbare Nahbereich der Steuerkante selbst steht noch unter der Einwirkung eines reduzierten statischen Druckes, was sich jedoch kaum mehr bemerkbar macht, da die zugeordnete Stirnfläche sehr gering ausgebildet werden kann.to the wall of the slide valve holder. Across the entire base area of the recess, a pressure distribution is created that is at least approximately equivalent to that on the opposite partition wall. Only the immediate vicinity of the control edge itself is still subject to a reduced static pressure, which is hardly noticeable, however, since the associated front surface can be made very small.

Die Steuerkante ist dabei zweckmäßigerweise an einem an der Trennwand angeordneten Kragen vorgesehen, der die zum Strömungsraum hin offene Vertiefung außen im Bereich der Wand der Schieberaufnahme umschließt, und dessen Wanddicke sehr dünn ausgebildet werden kann, so daß eine entsprechend geringe dem Fluiddruck ausgesetzte Stirnfläche vorliegt.The control edge is expediently provided on a collar arranged on the partition wall, which encloses the recess open to the flow space on the outside in the area of the wall of the slide receptacle, and whose wall thickness can be made very thin, so that there is a correspondingly small front surface exposed to the fluid pressure.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.

Besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Maßnahme im Zusammenhang mit Ventilen, die einen kolbenartigen, häufig auch als sogenannten Rundschieber bezeichneten Ventilschieber aufweisen, der eine zylindrische Außenkontur aufweist. In diesem Falle wählt man die Außenkontur der einer betreffenden Trennwand zugeordneten Vertiefung zweckmäßigerweise entsprechend, um die zur Verfügung stehende Trennwandfläche optimal auszunutzen.The measure according to the invention proves to be particularly advantageous in connection with valves that have a piston-like valve slide, often also referred to as a so-called round slide, which has a cylindrical outer contour. In this case, the outer contour of the recess assigned to a respective partition wall is expediently selected accordingly in order to optimally utilize the available partition wall area.

Sofern das Ventil in einer Weise aufgebaut ist, daß im Betrieb lediglich eine Trennwand eine Überdeckung einer zugeordneten Ge-If the valve is constructed in such a way that during operation only one partition wall covers an associated

häuseöffnung hervorruft, kann es genügen, an lediglich dieser Trennwand eine Hinterschneidung vorzunehmen.housing opening, it may be sufficient to make an undercut on this partition wall only.

Zweckmäßigerweise wird man zumindest immer dann die erfindungsgemäße Hinterschneidung an einer Trennwand vorsehen, wenn diese über einen als Steuerkante bezeichneten Steuerbereich verfügt, der den Durchströmquerschnitt einer von einem Fluid durchströmten Öffnung beeinflußt.It is expedient to provide the undercut according to the invention on a partition wall at least whenever the partition wall has a control area referred to as a control edge, which influences the flow cross-section of an opening through which a fluid flows.

Die erfindungsgemäße Maßnahme erweist sich sowohl bei Trennwänden, die den Durchströmquerschnitt einer Austrittsöffnung regulieren als auch bei Trennwänden, die den Durchströmquerschnitt einer Einströmöffnung regulieren, als wirksam.The measure according to the invention proves to be effective both for partition walls that regulate the flow cross-section of an outlet opening and for partition walls that regulate the flow cross-section of an inlet opening.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Druckverhältnisse bei einem Ventil konventioneller Art,Figure 1 is a schematic representation of the pressure conditions in a conventional valve,

Figur 2 in schematischer Darstellung eine erste BauformFigure 2 shows a schematic representation of a first design

des erfindungsgemäßen Ventils, teilweise im Längsschnitt, undof the valve according to the invention, partly in longitudinal section, and

Figur 3 eine weitere Bauform des erfindungsgemäßen Ventils in schematischer Darstellung im Längsschnitt.Figure 3 shows another design of the valve according to the invention in a schematic representation in longitudinal section.

Das in Figur 2 abgebildete Ventil ist ein Proportionalventil in Zweiwegeausführung. Es verfügt über ein Gehäuse 1, in dem sichThe valve shown in Figure 2 is a two-way proportional valve. It has a housing 1 in which

eine beim Ausführungsbeispxel zylindrisch konturierte Schieberaufnahme 2 befindet. In dem Gehäuse 1 ist eine Einlaßöffnung 3 und eine Auslaßöffnung 4 ausgebildet. Beide Öffnungen 3, 4 sind vorzugsweise kanal- bzw. bohrungsartig ausgeführt. Sie ermöglichen ein Hindurchströmen von Fluid, insbesondere von Druckluft. Die beiden Öffnungen 3, 4 sind in Längsrichtung 5 der Schieberaufnahme 2 versetzt zueinander angeordnet. Sie münden jeweils einenends mit ihrer inneren Mündung 6, 7 umfangsseitig in die Schieberaufnähme 2 ein. Andernends an der äußeren Mündung 8 der Einlaßöffnung 3 ist eine Druckmittelquelle anschließbar. Die äußere Mündung 9 der Auslaßöffnung 4 ist zur Verbindung mit einem zu speisenden Verbraucher vorgesehen. Dieser Verbraucher kann beispielsweise ein fluidbetätigtes Kolben-Zylinder-Aggregat oder eine sonstige Einrichtung sein.a slider holder 2, which is cylindrically contoured in the embodiment example, is located. An inlet opening 3 and an outlet opening 4 are formed in the housing 1. Both openings 3, 4 are preferably designed as channels or bores. They allow fluid, in particular compressed air, to flow through. The two openings 3, 4 are arranged offset from one another in the longitudinal direction 5 of the slider holder 2. They each open into the slider holder 2 at one end with their inner opening 6, 7 on the circumference. A pressure medium source can be connected to the other end at the outer opening 8 of the inlet opening 3. The outer opening 9 of the outlet opening 4 is intended for connection to a consumer to be fed. This consumer can be, for example, a fluid-operated piston-cylinder unit or another device.

In der Schieberaufnahme 2 ist längsverschieblxch ein ebenfalls nur schematisch angedeuteter Ventilschieber 12 angeordnet. Über ein an ihm angreifendes, beispielsweise stangenförmiges Betätigungselement 13 ist der Ventilschieber 12 mit einem Stellantrieb 14 gekoppelt. Zweckmäßigerweise greift das Betätigungselement 13 an einer Stirnseite des Ventilschiebers 12 an und verläuft in Längsrichtung 5 zu dem vorzugsweise stirnseitig an das Gehäuse 1 angesetzten Stellantrieb 14.A valve slide 12, also only indicated schematically, is arranged in the slide holder 2 so that it can be moved longitudinally. The valve slide 12 is coupled to an actuator 14 via an actuating element 13, for example a rod-shaped actuating element, which engages it. The actuating element 13 expediently engages an end face of the valve slide 12 and runs in the longitudinal direction 5 to the actuator 14, which is preferably attached to the end face of the housing 1.

Über den Stellantrieb 14 läßt sich die Axialposition des Ventilschiebers 12 mit Bezug zur Schieberaufnahme 2 und somit mit Bezug zu den inneren Mündungen 6, 7 der Öffnungen 3, 4 nach Bedarf vorgeben. Der Stellantrieb 14 kann hierbei im wesentlichen aus einem Elektromagneten bestehen, dessen Anker mit dem Betäti-The axial position of the valve slide 12 in relation to the slide holder 2 and thus in relation to the inner openings 6, 7 of the openings 3, 4 can be specified as required via the actuator 14. The actuator 14 can essentially consist of an electromagnet, the armature of which is actuated by the actuator.

gungselement 13 verbunden ist oder dieses bildet. Die momentane Position des Ventilschiebers 12 ist hierbei proportional zu der jeweils an den Elektromagneten angelegten Spannung. Im Gegensatz zu sogenannten Schaltventilen, die nur ganz bestimmte, festgelegte Schaltpositionen ermöglichen, in der Regel zwei oder drei Stück, ist somit eine stufenlose Positionierung des Ventilschiebers 12 möglich. Es handelt sich somit bei dem beispielsgemäßen Ventil um ein sogenanntes Proportionalventil. Im Zusammenhang mit solchen Ventilen spricht man auch von Servoventilen oder Stetigventilen.supply element 13 or forms it. The current position of the valve slide 12 is proportional to the voltage applied to the electromagnet. In contrast to so-called switching valves, which only allow very specific, fixed switching positions, usually two or three, a continuous positioning of the valve slide 12 is thus possible. The valve in the example is therefore a so-called proportional valve. In connection with such valves, one also speaks of servo valves or continuous valves.

Das beispielsgemäße Ventil ist so ausgelegt, daß sich die über die Auslaßöffnung 4 austretende Fluidmenge über die Schieberposition steuern läßt. Während die innere Mündung 6 der Einlaßöffnung 3 unabhängig von der jeweiligen Schieberposition stets unverdeckt ist und somit ständig der volle Durchströmquerschnitt für das gemäß Pfeil 15 einströmende Fluid zur Verfügung steht, läßt sich der Durchströmquerschnitt der Auslaßöffnung 4 für das gemäß Pfeil 16 austretende Fluid variabel einstellen. Letzteres geschieht durch mehr oder weniger starkes Überdecken der inneren Mündung 7 durch eine erste Trennwand 17 des Ventilschiebers 12.The valve according to the example is designed in such a way that the amount of fluid exiting through the outlet opening 4 can be controlled via the slide position. While the inner opening 6 of the inlet opening 3 is always uncovered regardless of the respective slide position and thus the full flow cross-section is always available for the fluid flowing in according to arrow 15, the flow cross-section of the outlet opening 4 for the fluid exiting according to arrow 16 can be variably adjusted. The latter is done by covering the inner opening 7 to a greater or lesser extent with a first partition 17 of the valve slide 12.

Zusätzlich zu dieser ersten Trennwand 17 verfügt der Ventilschieber 12 des Ausführungsbeispiels über eine in Längsrichtung 5 beabstandete zweite Trennwand 18. Beide Trennwände 17, 18 erstrecken sich quer zur Längsrichtung 5 und wirken über ihren gesamten Umfang vorzugsweise dichtend mit der umfangsseitigen Innenfläche bzw. Wand 22 der Schieberaufnähme 2 zusammen. Eventu-In addition to this first partition wall 17, the valve slide 12 of the embodiment has a second partition wall 18 spaced apart in the longitudinal direction 5. Both partition walls 17, 18 extend transversely to the longitudinal direction 5 and interact over their entire circumference, preferably in a sealing manner, with the circumferential inner surface or wall 22 of the slide receptacle 2.

ell vorhandene Dichtungen sind in der Zeichnung nicht abgebildet. Any existing seals are not shown in the drawing.

Somit wird die Schieberaufnahme 2 von den Trennwänden 17, 18 in mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt. Der jeweils zwischen den beiden Trennwänden 17, 18 liegende Abschnitt sei als Strömungsraum 23 bezeichnet. Der axiale Abstand der beiden Trennwände 17, 18 voneinander und somit die Länge des Strömungsraumes 23 ist so gewählt, daß in einer nicht gezeigten maximalen Offenstellung des VentilSchiebers 12 beide inneren Mündungen 6, 7 über ihren vollen Querschnitt gleichzeitig zu dem Strömungsraum 23 offen sind. Bei einer derartigen Einstellung liegt die maximale Auströmmenge an Fluid vor, das über die Einlaßöffnung in den Strömungsraum 23 eintritt, diesen durchströmt und ihn anschließend über die Auslaßöffnung 4 verläßt.The slide receptacle 2 is thus divided by the partition walls 17, 18 into several consecutive sections. The section located between the two partition walls 17, 18 is referred to as the flow space 23. The axial distance between the two partition walls 17, 18 and thus the length of the flow space 23 is selected such that in a maximum open position of the valve slide 12 (not shown), both inner openings 6, 7 are simultaneously open to the flow space 23 over their full cross-section. With such a setting, the maximum outflow quantity of fluid is present, which enters the flow space 23 via the inlet opening, flows through it and then leaves it via the outlet opening 4.

Ausgehend von der nicht gezeigten maximalen Offenstellung läßt sich der Ventilschieber 12 gemäß Pfeil 24 in einer Schließrichtung verstellen. Mit zunehmendem Verstellweg setzt sich dabei die in Figur 2 links gelegene erste Trennwand 17 allmählich über die innere Mündung 7 der Auslaßöffnung 4. Der Durchströmquerschnitt der Einlaßöffnung 3 bleibt unverändert, weil sich die in Figur 2 rechts gelegene Trennwand 18 von der zugeordneten inneren Mündung 6 entfernt. In Figur 2 ist eine beliebige Zwischenstellung abgebildet, bei der das austretende Fluid infolge des verringerten Durchströmquerschnittes der Auslaßöffnung 4 eine Auslaßdrosselung erfährt. Die Drosselungsintensität hängt vom Grad der Überdeckung der inneren Mündung 7 ab. Der Ventilschieber 12 läßt sich soweit nach rechts bewegen bis er eine Schließ-Starting from the maximum open position (not shown), the valve slide 12 can be adjusted in a closing direction according to arrow 24. As the adjustment path increases, the first partition 17 on the left in Figure 2 gradually moves over the inner mouth 7 of the outlet opening 4. The flow cross-section of the inlet opening 3 remains unchanged because the partition 18 on the right in Figure 2 moves away from the associated inner mouth 6. Figure 2 shows any intermediate position in which the escaping fluid experiences outlet throttling due to the reduced flow cross-section of the outlet opening 4. The throttling intensity depends on the degree of coverage of the inner mouth 7. The valve slide 12 can be moved to the right until it reaches a closing position.

stellung einnimmt, in der die erste Trennwand 17 die Auslaßöffnung 4 vollständig von dem Strömungsraum 23 abtrennt (nicht dargestellt) .position in which the first partition wall 17 completely separates the outlet opening 4 from the flow space 23 (not shown).

Die beiden in Längsrichtung 5 beabstandet angeordneten Trennwände 17, 18 sind über ein zum Beispiel stangenähnliches Verbindungsglied 25 fest miteinander verbunden. Die Längsachse des Verbindungsgliedes 25 fällt.zweckmäßigerweise mit der Längsachse 5 zusammen. Sein Querschnitt ist geringer als derjenige der Trennwände 17, 18, so daß radial zwischen ihm und der Wand 22 eine Art Ringraum vorliegt, der den erwähnten Strömungsraum 23 bildet.The two partition walls 17, 18, which are arranged at a distance in the longitudinal direction 5, are firmly connected to one another via a connecting member 25, for example a rod-like connecting member. The longitudinal axis of the connecting member 25 conveniently coincides with the longitudinal axis 5. Its cross-section is smaller than that of the partition walls 17, 18, so that a type of annular space is present radially between it and the wall 22, which forms the aforementioned flow space 23.

Die beim Ausführungsbeispiel an der Steuerfunktion nicht teilhabende zweite Trennwand 18 hat den Zweck, für einen bestmöglichen Ausgleich der auf den Ventilschieber 12 einwirkenden, auch als Strömungskräfte bezeichenbaren Fluidkräfte zu sorgen. Die Anordnung ist daher vorzugsweise so getroffen, daß die beiden einander zugewandten Flächen der beiden Trennwände 17, 18 gleich groß sind. Würde keine Fluidströmung durch den Strömungsraum 23 hindurch erfolgen, hätte dies zur Folge, daß der Ventilschieber in Bezug auf Fluidkräfte im Kräftegleichgewicht wäre. Ein solches Kräftegleichgewicht ist anzustreben, um ein problemloses Positionierverhalten des VentilSchiebers zu erzielen. Weiterer Vorteil eines fluidkraftausgeglichenen Ventilschiebers ist die Verwendungsmöglichkeit eines Stellantriebes 14 mit geringer Leistungsaufnahme.The second partition wall 18, which does not participate in the control function in the exemplary embodiment, has the purpose of ensuring the best possible balance of the fluid forces acting on the valve slide 12, which can also be referred to as flow forces. The arrangement is therefore preferably such that the two surfaces of the two partition walls 17, 18 facing each other are the same size. If there were no fluid flow through the flow chamber 23, this would result in the valve slide being in a force equilibrium with regard to fluid forces. Such a force equilibrium is to be aimed for in order to achieve problem-free positioning of the valve slide. Another advantage of a fluid force-balanced valve slide is the possibility of using an actuator 14 with low power consumption.

Sobald konventionelle Proportional- bzw. Stetigventile von einem Fluid durchströmt werden, ist das Fluidkräfte-Gleichgewicht aufgehoben. Dafür maßgebliche Ursachen hat die Anmelderin in Untersuchungen festgestellt und werden aus der Figur 1 deutlich, die ein Proportionalventil konventionellen Aufbaus zeigt (soweit identisch wurden hier die gleichen Bezugszeichen wie im Falle der Erläuterung der Figur 2 verwendet). Man erkennt die den Durchströmquerschnitt der Auslaßöffnung 4 vorgebende erste Trennwand 17, die an ihrem der Wand 22 der Schieberaufnahme 2 zugewandten Außenbereich eine Steuerkante 26 aufweist, die die trennwandseitige verstellbare Begrenzung für die zugeordnete innere Mündung 7 vorgibt. Befindet sich der Ventilschieber 12 wie abgebildet in einer den Durchströmquerschnitt reduzierenden Zwischenstellung, unterliegt der die erste Trennwand 17 von seiten des Strömungsraumes 23 beaufschlagende Fluiddruck einer Druckverteilung 27, die von der Druckverteilung 2 8 abweicht, mit der die zweite Trennwand 18 beaufschlagt wird. Während die Druckverteilung 28 der zweiten Trennwand 18 über deren gesamte Querschnittsfläche praktisch konstant ist, ergibt sich bei der ersten Trennwand 17 mit zunehmender radialer Annäherung an die Steuerkante 26 ein kontinuierlicher Abfall des statischen Fluiddruckes. Dies rührt von der auf das ausströmende Fluid einwirkenden Drosselung her und hat auch zur Folge, daß der Strömungswinkel &agr;, unter dem das Fluid in die Auslaßöffnung 4 einströmt, relativ gering ist. Der Strömungswinkel &agr; ist hier zur Wand 22 des Strömungsraumes 23 gemessen.As soon as a fluid flows through conventional proportional or continuous valves, the fluid force equilibrium is eliminated. The applicant has determined the main causes for this in investigations and they are clear from Figure 1, which shows a proportional valve of conventional design (where identical, the same reference numerals were used here as in the explanation of Figure 2). The first partition 17 can be seen, which defines the flow cross-section of the outlet opening 4 and which has a control edge 26 on its outer area facing the wall 22 of the slide holder 2, which defines the adjustable limitation on the partition side for the associated inner opening 7. If the valve slide 12 is in an intermediate position reducing the flow cross-section, as shown, the fluid pressure acting on the first partition 17 from the flow chamber 23 is subject to a pressure distribution 27 which differs from the pressure distribution 28 acting on the second partition 18. While the pressure distribution 28 of the second partition wall 18 is practically constant over its entire cross-sectional area, the static fluid pressure of the first partition wall 17 decreases continuously as it approaches the control edge 26 radially. This is due to the throttling acting on the outflowing fluid and also means that the flow angle α, at which the fluid flows into the outlet opening 4, is relatively small. The flow angle α is measured here relative to the wall 22 of the flow chamber 23.

Bei gleicher Beaufschlagungsfläche der Trennwände 17, 18 ergibt sich somit bei konventionellen Ventilen eine verhältnismäßig große resultierende Fluidkraft Fr in Schließrichtung 24.With the same impact area of the partition walls 17, 18, conventional valves thus result in a relatively large resulting fluid force Fr in the closing direction 24.

Um die resultierende Fluidkraft Fr zu minimieren, ist bei dem erfindungsgemäßen Ventil nach Figur 2 vorgesehen, daß die die Steuerkante 26 aufweisende erste Trennwand 17 an der dem Strömungsraum 23 zugewandten Seite eine die besagte Steuerkante 26 hinterschneidende Vertiefung 32 aufweist, in der sich beim Vorbeiströmen des Fluides ein Totwasserbereich 33 ausbildet.In order to minimize the resulting fluid force Fr, the valve according to the invention according to Figure 2 provides that the first partition wall 17 having the control edge 26 has, on the side facing the flow chamber 23, a recess 32 which undercuts the said control edge 26 and in which a dead water region 33 is formed as the fluid flows past.

Beispielsgemäß ist in die erste Trennwand 17 vom Strömungsraum 23 her eine das Verbindungsglied 25 konzentrisch umschließende ringförmige Vertiefung 32 eingebracht, so daß über die axiale Tiefe der Vertiefung 32 nur noch ein relativ dünnwandiger hohlzylindrischer Kragen 34 verbleibt, der die Vertiefung 32 radial außen begrenzt. Im Bereich der Stirnfläche 35 dieses ringartigen Kragens 34 befindet sich die Steuerkante 26, die von der Vertiefung 32 quasi hinterschnitten ist. Die Steuerkante 26 liegt mit Abstand vor der Grundfläche 36 der Vertiefung 32.For example, an annular recess 32 concentrically enclosing the connecting member 25 is introduced into the first partition wall 17 from the flow chamber 23, so that only a relatively thin-walled hollow cylindrical collar 34 remains over the axial depth of the recess 32, which radially delimits the recess 32 on the outside. In the area of the front surface 35 of this annular collar 34 is the control edge 26, which is virtually undercut by the recess 32. The control edge 26 is located at a distance in front of the base surface 36 of the recess 32.

Ersichtlich stellt sich nun über den gesamten von der Grundfläche 36 eingenommenen Flächenabschnitt der ersten Trennwand 17 eine im wesentlichen konstante Druckverteilung 27' ein, die derjenigen (28) der zweiten Trennwand 18 entspricht. Ursache hierfür ist ein sich zumindest im grundnahen Bereich der Vertiefung 32 ausbildender Totwasserbereich 33, also ein nahezu strömungsloser Bereich. Lediglich im Bereich der Stirnfläche 35 bzw. der Steuerkante 26 ist noch mit dem oben geschilderten DruckabfallIt is clear that an essentially constant pressure distribution 27' is now established over the entire surface area of the first partition wall 17 taken up by the base area 36, which corresponds to that (28) of the second partition wall 18. The reason for this is a dead water area 33 that forms at least in the area of the depression 32 near the base, i.e. an area with almost no flow. Only in the area of the front surface 35 or the control edge 26 is the pressure drop described above still to be expected.

zu rechnen, der sich jedoch kaum mehr auswirkt, da die Beaufschlagungsfläche (Stirnfläche 35) minimal ist. Ersichtlich wird man also versuchen, den Kragen 34 mit möglichst geringer Wandstärke auszubilden, soweit es eben festxgkeitsmaßig noch vertretbar ist. Beim Vergleich mit der konventionellen Bauart gemäß Figur 1 stellt man fest, daß der Strömungswinkel &agr; zwischen dem austretenden Fluid und der Wand 22 bzw. der Längsachse 5 erheblich vergrößert ist.is to be expected, which, however, has little effect since the impact surface (front surface 35) is minimal. It is obvious that an attempt will be made to design the collar 34 with the smallest possible wall thickness, as long as this is still acceptable in terms of strength. When comparing with the conventional design according to Figure 1, it can be seen that the flow angle α between the escaping fluid and the wall 22 or the longitudinal axis 5 is considerably increased.

Als Resultat stellt sich eine im Vergleich zu konventionellen Ventilen erheblich reduzierte resultierende Fluidkraft ein, was die Positionierung des Ventilschiebers erheblich vereinfacht und die Verwendung von Stellantrieben reduzierter Leistung ermöglicht. Ferner können hohe Grenzfrequenzen verwirklicht werden.As a result, the resulting fluid force is significantly reduced compared to conventional valves, which significantly simplifies the positioning of the valve spool and enables the use of actuators with reduced power. In addition, high cut-off frequencies can be achieved.

Die von der Innenfläche des Kragens 34 vorgebene Außenkontur der Vertiefung 32 hat zweckmaßigerweise den gleichen Verlauf wie die Außenkontur der zugeordneten ersten Trennwand 17 selbst. Im vorliegenden Falle ergibt sich daher eine kreiszylxndrxsche Außenkonturierung. The outer contour of the recess 32, which is defined by the inner surface of the collar 34, expediently has the same course as the outer contour of the associated first partition wall 17 itself. In the present case, this results in a circular-cylindrical outer contour.

Es empfiehlt sich ferner, die dem Strömungsraum 23 zugewandte Grundfläche 3 6 der Vertiefung 32 eben auszubilden und rechtwinklig zu der Längsrichtung 5 auszurichten. Ferner sollte die Vertiefung 32 möglichst tief ausgebildet werden.It is also recommended that the base surface 36 of the recess 32 facing the flow chamber 23 be flat and aligned at right angles to the longitudinal direction 5. Furthermore, the recess 32 should be as deep as possible.

Das in Figur 2 gezeigte Ventil ließe sich auch derart betreiben, daß die Einlaßöffnung 3 und die Auslaßöffnung 4 vertauscht werden. In diesem Falle würde das eintretende Fluid gedrosselt. DieThe valve shown in Figure 2 could also be operated in such a way that the inlet opening 3 and the outlet opening 4 are swapped. In this case, the incoming fluid would be throttled. The

hinterschnittene erste Trennwand 17 hätte dabei den gleichen vorteilhaften Effekt wie oben geschildert.undercut first partition wall 17 would have the same advantageous effect as described above.

Bei einer Ventilausgestaltung, bei der die Durchströmquerschnitte mehrerer Öffnungen variiert werden können, besteht selbstverständlich die Möglichkeit, mehrere Trennwände mit einer Vertiefung 32 der erläuterten Art zu versehen. So könnten beide sich gegenüberliegende Trennwände 17, 18 an den einander zugewandten Seiten mit jeweils einer Vertiefung 32 versehen sein (in Figur 3 strichpunktiert angedeutet).In a valve design in which the flow cross-sections of several openings can be varied, it is of course possible to provide several partition walls with a recess 32 of the type explained. For example, both opposing partition walls 17, 18 could each be provided with a recess 32 on the sides facing each other (indicated by dash-dotted lines in Figure 3).

Es kann sich unter Umständen als zweckmäßig erweisen, die Vertiefung 32 in Gestalt mehrerer Einzelvertiefungen auszubilden. Ferner kann es von Fall zu Fall zweckmäßig sein, im Vergleich zur Bauform gemäß Figur 2 die radiale Ausdehnung der Vertiefung 32 zu verändern, und insbesondere derart zu reduzieren, daß sie nicht bis zu dem Verbindungsglied 25 reicht. Durch spezifische Gestaltung der Vertiefung 32 läßt sich konkret auf die Druckverteilung Einfluß nehmen.It may prove to be expedient under certain circumstances to form the recess 32 in the form of several individual recesses. Furthermore, it may be expedient from case to case to change the radial extent of the recess 32 compared to the design according to Figure 2, and in particular to reduce it so that it does not reach as far as the connecting member 25. The pressure distribution can be specifically influenced by the specific design of the recess 32.

Während das Ventil gemäß Figur 2 ein Zweiwegeventil ist, handelt es sich bei der Bauform gemäß Figur 3 um ein Dreiwegeventil, das zusätzlich zu der Einlaßöffnung 3 und Auslaßöffnung 4 eine weitere Gehäuseöffnung 37 aufweist. Hier läßt sich der Ventilschieber 12 über die Schließstellung hinaus verschieben, so daß die Einlaßöffnung 3 durch die erste Trennwand 17 weiter verschlossen bleibt, während die Auslaßöffnung 4 mit der weiteren Gehäuseöffnung 37 in Verbindung gelangt, über die beispielsweise eine Entlüftung stattfinden kann. Dieses Ventil läßt sich als 3/2-Wege-While the valve according to Figure 2 is a two-way valve, the design according to Figure 3 is a three-way valve, which has in addition to the inlet opening 3 and outlet opening 4, a further housing opening 37. Here, the valve slide 12 can be moved beyond the closed position so that the inlet opening 3 remains closed by the first partition 17, while the outlet opening 4 is connected to the further housing opening 37, via which, for example, venting can take place. This valve can be designed as a 3/2-way

ventil betreiben. Mit der Bauform gemäß Figur 2 übereinstimmende Bauteile sind hier mit entsprechenden Bezugsziffern versehen.valve. Components that correspond to the design shown in Figure 2 are provided with corresponding reference numbers.

Während der Ventilschieber 12 bei den gezeigten Ausführungsformen gemäß Figuren 2 und 3 über lediglich einen Strömungsraum verfügt, läßt sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung selbstverständlich auch bei solchen Ventilen verwenden, deren Ventilschieber 12 mehrere aufeinanderfolgende Strömungsräume definiert. Dies trifft beispielsweise für FünfWegeventile zu. Die eine Optimierung der Druckverteilung bewirkende Hinterschneidung bzw. Vertiefung wird man hier zweckmäßigerweise an all den Trennwänden vorsehen, die über eine Steuerkante verfügen, über die eine zur Beeinflussung der Durchflußmenge mögliche Variation des Durchströmquerschnittes einer zugeordneten Ventilgehäuseöffnung gesteuert wird. Dabei wäre es ohne weiteres möglich, an einer zwei Steuerkanten aufweisenden Trennwand gleichzeitig auf entgegengesetzten Axialseiten jeweils eine Vertiefung der erläuterten Art vorzusehen.While the valve slide 12 in the embodiments shown in Figures 2 and 3 has only one flow space, the design according to the invention can of course also be used in valves whose valve slide 12 defines several consecutive flow spaces. This applies, for example, to five-way valves. The undercut or recess that optimizes the pressure distribution will be expediently provided here on all the partition walls that have a control edge that controls a possible variation in the flow cross-section of an associated valve housing opening to influence the flow rate. It would be perfectly possible to provide a recess of the type described on opposite axial sides of a partition wall that has two control edges.

Claims

G 16 846 - lens 21 September 1994 Festo KG, 73 734 Esslingen Valve Claims

1. Valve, in particular proportional valve, with a housing (1) which has at least one inlet opening (3) and one outlet opening (4), both of which open into a slide receptacle (2) in which a movable valve slide (12) is arranged, which controls the fluid flow between the inlet opening (3) and the outlet opening (4), and which defines a flow space (23) between two partition walls (17, 18) provided on it, through which the fluid flowing between the inlet opening (3) and the outlet opening (4) flows, wherein at least one of the partition walls (17) has, in its outer region facing the wall (22) of the slide receptacle (2), a control edge (26) associated with one of the openings (4), by means of which different flow cross sections are specified depending on the position of the valve slide (12) with respect to the associated opening (4), characterized in that the control edge (26)

The partition wall (17) of the valve slide (12) has a recess (32) on the side facing the flow chamber (23) which undercuts the control edge (26) and in which a dead water region (33) is formed as the fluid flows past.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the control edge (26) is provided on a collar (34) arranged on the partition wall (17), which collar encloses the recess (32) open towards the flow space (23) on the outside in the region of the wall (22) of the slide receptacle (2).

3. Valve according to claim 2, characterized in that the end face (35) of the collar (34) facing the flow space (23) is small in comparison to the base area (36) of the recess (32).

4. Valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the partition wall (17) has a round and preferably circular outer contour.

5. Valve according to claim 4, characterized in that the peripheral contour of the recess (32) has the same course as the outer contour of the partition wall (17).

6. Valve according to claim 4 or 5, characterized in that the recess is circularly contoured and is arranged coaxially in the partition wall (17).

7. Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base surface facing the flow space (23)

• ····

{36) of the recess (32) runs at right angles to the direction of movement (24) of the valve slide (12) and is preferably flat.

8. Valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that both opposing partition walls (17, 18) have a recess (32) on the sides facing each other, which creates a dead water area (33).

9. Valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the valve slide (12) has a plurality of flow chambers (23) arranged one after the other in the adjustment direction (24) and delimited by partition walls (17, 18), with each flow chamber (23) being assigned at least one recess creating a dead water area (33).

10. Valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the opening cooperating with the control edge (26) is formed by the outlet opening (4) connectable to a consumer and a second opening is formed by the inlet opening (3) connectable to a pressure medium source.

11. Valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one further housing opening (37) is assigned to the flow space (23).

12. Valve according to one of claims 1 to 11, characterized in that the valve slide (12) is connected to an actuator (14) which enables a continuous setting of the slide

positions and conveniently contains an electric motor or an electromagnet.