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Dokumentenidentifikation DE4125238A1 04.02.1993
Titel Mengenregelventil
Anmelder Hydrotechnik Frutigen AG, Frutigen, CH
Vertreter Fiedler, O., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 7015 Korntal-Münchingen
DE-Anmeldedatum 30.07.1991
DE-Aktenzeichen 4125238
Offenlegungstag 04.02.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.02.1993
IPC-Hauptklasse G05D 11/00
Zusammenfassung Erfindungsgattung: Mengenregelventil, umfassend einen Ventilkörper (1) mit Ventileingang (21) und Ventilausgang (22), ein Mengenmeßglied zur Istwerterfassung mit einer Meßdrossel und einer mit der Anströmseite und der Abströmseite der Meßdrossel verbundene Druckwaage zur Erfassung des Differenzdruckes an der Meßdrosselstrecke, ein mit der Druckwaage in Wirkverbindung stehendes Sollwerteinstellglied und ein ebenfalls mit der Druckwaage wirkverbundenes Stellglied.
Erfindungsaufgabe: Verminderung des Ventil-Einbauraumes und Verminderung der Regelabweichung bei hohen Durchsätzen und Druckabfällen zwischen Ventileingang und -ausgang.
Erfindungslösung: Es ist eine veränderliche Meßdrossel (14, 16, 17, 18) vorgesehen, und die Druckwaage (4, 7, 13) steht mit der Meßdrossel in Steuerverbindung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Mengenregelventil mit veränderlicher Meßdrossel zur Konstanthaltung eines eingestellten Flüssigkeitsdurchflusses weitgehend unabhängig vom Druckabfall zwischen Ventileingang und Ventilausgang.

Die Funktion der bekannten druckkompensierten Mengenregelventile ist in der Fachliteratur ausführlich beschrieben (z. B. Will-Ströhl: Einführung in die Hydraulik und Pneumatik - Verlag Technik, Berlin, Kap. 2.7.2.2). Gemeinsam ist bei den bekannten verstellbaren Mengenregelventilen, daß sie einen verstellbaren Widerstand - die sog. Meßdrossel - und ein separates Regelventil - die sog. Druckwaage - besitzen, welche die Aufgabe hat, das Druckgefälle und damit den Durchlaß über die Meßdrossel konstant zu halten. Bei den bekannten verstellbaren Mengenregelventilen sind Meßdrossel und Druckwaage voneinander getrennte Teile, d. h. eine Bewegung des Druckwaagenkolbens hat keinen Einfluß auf den eingestellten Meßdrosselquerschnitt. Hieraus resultieren sich zwei Nachteile der bekannten Ventile; nämlich daß sie viel Einbauraum benötigen und bei hohen Durchsätzen und großen Druckabfällen zwischen Ventileingang und Ventilausgang größere Regelabweichungen - typischer Weise eine Verminderung des Durchsatzes - aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin in einer neuen und einfachen Weise die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Ventile zu beseitigen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein Ventil mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer bevorzugten Ausführung geht die Erfindung dahin, daß durch eine geeignete koaxiale und verschiebbare Anordnung des Drosselkolbens innerhalb des Druckwaagenkolbens erhebliche Eibauraumersparungen erzielt werden können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird außerdem die Drosselkante als untrennbares Bestandteil des Druckwaagenkolbens ausgebildet, wodurch eine Längsbewegung des Druckwaagenkolbens eine damit zwangsläufig gekoppelte Veränderung des Meßdrosselquerschnittes verursacht. Letztere Maßnahme verbessert die Regelgenauigkeit des Mengenregelventils insbesondere im oberen Leistungsbereich, d. h. bei hohen Durchflußwerten und Druckabfällen zwischen Ventileingang und Ventilausgang.

In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird der verschiebbare Drosselkolben durch eine schwache Feder gegen die Verstelleinrichtung gedrückt. Bei einer Anströmung vom Ventileingang zum Ventilausgang drücken Druckkraft und Federkraft den Drosselkolben gegen die Verstelleinrichtung, die relative Lage des Drosselkolbens zur Verstelleinrichtung bleibt unverändert. Wird dagegen das Ventil in der Gegenrichtung angeströmt, entsteht eine der Federkraft entgegengerichtete Druckkraft am Drosselkolben, so daß sich dieser von der Verstelleinrichtung abhebt und den Weg zum Rückfluß freigibt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen verstellbaren Mengenregelventils mit veränderlicher Meßdrossel, mit einer manuellen Verstelleinrichtung und axialer Regelstromrichtung.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mengenregelventils mit einem elektromagnetischem Stellglied und axialer Regelstromrichtung.

Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mengenregelventils mit einer radialer Regelstromrichtung.

Teile mit der gleichen Funktion werden bei allen Zeichnungen mit den gleichen Ziffern gekennzeichnet. Die ausführliche Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand von Fig. 1. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 werden lediglich die Abweichungen zur Ausführung nach Fig. 1 erläutert.

Das Mengenregelventil nach Fig. 1 besteht aus einem Ventilkörper 1 mit Längsbohrung 12 und Querbohrungen 2. In der Längsbohrung 12 befindet sich der verschiebbare Druckwaagenkolben 4 mit Führungsbohrung 15, Queröffnungen 5, Regelkante 6, Drosselkante 14 und Entlastungsbohrung 13. Druckwaagenfeder 7 schiebt den Druckwaagenkolben 4 gegen den Anschlag 19 in seine Grundstellung. In der Führungsbohrung 15 ist der Drosselkolben 8 mit einem Drosselelement 16 verschiebbar angeordnet. Druckfeder 9 drückt den Drosselkolben 8 gegen die Verstelleinrichtung 11. Drosselelement 16 und Drosselkante 14 bilden zusammen die Drosselstelle 17, bzw. den Meßdrosselquerschnitt 18. Die Regelstromrichtung zeigt vom Ventileingang 21 zum Ventilausgang 22.

Bei einer Anströmung des Mengenregelventils vom Ventileingang 21 entsteht an der Drosselstelle 17 ein Druckgefälle, welches eine Druckkraft auf der mit den Durchmesser D1 und D2 gekennzeichneten Differentialfläche des Druckwaagenkolbens 4 gegen die Kraft der Druckwaagenfeder 7 erzeugt. Ist diese Druckkraft größer als die Kraft der Druckwaagenfeder 7, so wird der Druckwaagenkolben 4 in Regelstromrichtung verschoben. Dabei schließt die Regelkante 6 die Radialbohrungen 2 soweit zu, bis der hierdurch erzeugte Strömungswiderstand ein weiteres Ansteigen des Flüssigkeitsstromes verhindert. Die Längsbewegung des Druckwaagenkolbens 4 bestimmt das Druckgefälle an der Regelkante 6, d. h. bei größerem Druckgefälle schließt die Regelkante 6 die Radialbohrungen mehr zu. Gleichzeitig mit der Schließbewegung des Druckwaagenkolbens 4 entfernt sich die Drosselkante 14 vom Drosselelement 16, wodurch sich der Meßdrosselquerschnitt 18 vergrößert. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Korrektur des geregelten Durchflusses, welche sich insbesondere im oberen Durchfluß- und Druckgefällenbereich positiv auswirkt.

Wird das Mengenregelventil nach Fig. 1 gegen die Regelstromrichtung, d. h. vom Ventilausgang 22 zum Ventileingang 21 angeströmt, so bleibt der Druckwaagenkolben 4 in seiner geöffneten Ruhelage und der Flüssigkeitsstrom erzeugt eine, angenähert auf dem Durchmesser D2 wirkende Druckkraft gegen die Kraft der Feder 9. Durch diese Druckkraft hebt sich der Drosselkolben 8 von der Verstelleinrichtung 11 ab, der Meßdrosselquerschnitt 18 vergrößert sich und der Weg für den Rückfluß vom Ventilausgang 22 zum Ventileingang 21 wird freigegeben.

Eine mögliche Ausführung des erfindungsgemäßen Mengenregelventils ist auf Fig. 2 im Längsschnitt dargestellt. Die einzelnen Teile, sowie ihre Funktion entsprechen dem Ventil nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß anstelle der manuellen Verstelleinrichtung 11 auf Fig. 1 ein elektromagnetisches Stellglied 20 verwendet wird, welches eine, dem elektrischen Erregerstrom proportionale Einstellung des Flüssigkeitstromes in Regelrichtung ermöglicht.

Eine weitere mögliche Ausführung des erfindungsgemäßen Mengenregelventils ist auf Fig. 3 im Längsschnitt dargestellt. Benennung, Bezeichnung und Funktion der einzelnen Teile entsprechen dem Ventil nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß der Ventileingang 21 seitlich und der Ventilausgang 22 in der Längsachse des Ventilkörpers 1 angeordnet wurde. Die Regelstromrichtung zeigt hier ebenfalls vom Ventileingang 21 zum Ventilausgang 22, wobei in der Gegenrichtung ein freier Rückfluß ermöglicht wird.

Es ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung die anfangs beschriebenen Anforderungen hinsichtlich kompakter Bauweise und geringer Regelabweichung insbesondere bei hohen geregelten Durchflüssen in einer neuen und einfachen Weise verwirklicht.


Anspruch[de]
  1. 1. Mengenregelventil, umfassend einen Ventilkörper mit Ventileingang und Ventilausgang, ein Mengenmeßglied zur Istwerterfassung mit einer Meßdrossel und einer mit der Anströmseite und der Abströmseite der Meßdrossel verbundene Druckwaage zur Erfassung des Differenzdruckes an der Meßdrosselstrecke, ein mit der Druckwaage in Wirkverbindung stehendes Sollwerteinstellglied und ein ebenfalls mit der Druckwaage wirkverbundenes Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderliche Meßdrossel (14, 16, 17, 18) vorgesehen ist und daß die Druckwaage (4, 7, 13) mit der Meßdrossel in Steuerverbindung steht.
  2. 2. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerverbindung zwischen Druckwaage und Meßdrossel so ausgebildet ist, daß sich die Drosselwirkung, insbesondere der wirksame Drosselquerschnitt, gegensinnig zum Differenzdruck an der Meßdrossel verändert.
  3. 3. Mengenregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdrossel ein mit der Druckwaage verbundenes Drosselglied (14) aufweist.
  4. 4. Mengenregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage ein Kolbenglied (4) und die Meßdrossel ein mit diesem Kolbenglied verbundenes, insbesondere mit ihm einstückig ausgebildetes Drosselglied (14) aufweist.
  5. 6. Mengenregelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwaagenkolben (4) unter Einwirkung eines durch die Strömung vom Ventileingang (21) zum Ventilausgang (22) an der Drosselstelle (17) erzeugten Druckabfalles gegen die Druckwaagenfeder (7) verschoben wird, wodurch ein gleichzeitiges Schließen der Querbohrungen (2) und Öffnen des Meßdrosselquerschnitts (18) erzielt wird.
  6. 7. Mengenregelventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anströmung vom Ventilausgang (22) zum Ventileingang (21) ein Druckabfall an der Meßdrosselstelle (17) entsteht, der eine Druckkraft gegen die Feder (9) erzeugt, wodurch sich der Drosselkolben (8) von der Verstelleinrichtung (11) abhebt und ein freier Rückfluß vom Ventilausgang (22) zum Ventileingang (21) ermöglicht wird.
  7. 8. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisches Sollwert- Einstellglied (20) vorgesehen ist, vorzugsweise für eine einem Erregerstrom proportionale Verstellung des Meßdrosselquerschnitts.






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