-
Servogesteuertes Flachventil mit einem Regelglied Die Erfindung betrifft
ein servogesteuertes Flachventil, dessen Regelglied entlang eng benachbarter, Stege
und Kammern enthaltender ebener Flächen verstellbar ist und hierbei in Abhängigkeit
von Größe und Richtung seiner Verstellung Flüssigkeit aus einer Druckkammer nach
je einer von zwei Steuerkammern in dosiertem Ausmaß durchläßt. Solche Ventile sollen
größere hydraulische Leistungen mit geringen Eingangssignalen steuern oder regeln
können und auf diese Signale sicher ansprechen. Die hydraulische Leistung ist proportional
dem Produkt aus Druck und Durchflußmenge der Druckflüssigkeit. Das Ventil muß zum
Steuern großer Leistungen hohen Drücken widerstehen und große Ventilöffnungen freigeben
können. Diese Öffnungen und .damit die Abmessungen und die Masse des Ventils sind
um so kleiner, je höher der Druck gewählt wird. Hohe Drücke erfordern außerdem nur
ein geringes Verstellen der beweglichen Teile des Ventils, wobei die Trägheit der
bewegten Massen weniger zur Wirkung kommt. Die Betätigungskraft des Ventils hängt
u. a. von der Massenträgheit, der Ventilreibung, dem hydraulischen Druck und der
Durchflußmenge ab. Die Trägheit kann durch kleine Ventilabmessungen verringert werden.
Die Wirkungen des Drucks und der Strömung sind durch geeignete Formgebung der Ventilkammern
ausgleichbar. Die Reibung bereitet Schwierigkeiten, indem sie sowohl die Linearität
des Bewegungsgesetzes in Abhängigkeit von der Steuerkraft stört und die Empfindlichkeit
der Regelung beeinträchtigt.
-
Die Erfindung trägt allen diesen Umständen in vorteilhafter Weise
Rechnung. Nach der Erfindung sind das Regelglied führende und sein federndes Verstellen
in beiden Richtungen gestattende Verbindungsteile zwischen dem Regelglied und .dem
Gehäuse in der Weise angeordnet, daß sie unter Einwirkung des Flüssigkeitsdrucks
ohne Behinderung ihrer federnden Beweglichkeit allein auf Zug .beansprucht werden
und nicht dehnbar sind. Vorzugsweise dienen als Verbindungsteile gestreckte Flachfedern.
-
Es besteht also auch bei hohem Druck leichte Beweglichkeit des Regelgliedes,
und es kann ein sehr enger Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Ventilflächen
genau eingehalten werden, so daß dort keine festen Teilchen eindringen und sich
verklemmen können.
-
Es ist bekannt, einen Schieber für selbsttätige hydraulische Regler
an einem über der Schieberfläche liegenden Drehpunkt reibungsfrei an einer Blattfeder
so aufzuhängen, daß er in geringem Abstand über der Schieberfläche schwebt. Die
Aufhängung wird aber im Betrieb durch den Flüssigkeitsdruck auf Druck beansprucht
und muß zum Schutz gegen Knickung entsprechend stärker bemessen werden. Für Verwendung
unter hohen Flüssigkeitsdrücken müßte die Aufhängung so drucksteif bemessen werden,
daß sie keine leichte Beweglichkeit mehr hätte. Andere bekannte Drehschieberkonstruktionen
enthalten zwar auf Zug beanspruchte Halterungen des verstellbaren Schieberteils,
aber in solcher Anordnung, daß sie nicht durch unbehindert federnd bewegliche Glieder,
z. B. in der Art von rein auf Zug beanspruchten Blattfedern, ersetzt werden könnten.
-
Das Ventil nach der Erfindung eignet sich u. a. auch zur Steuerung
von heißen Gasen unter hohem Druck sowie von dickflüssigen Medien mit darin enthaltenen
Schwebeteilchen.
-
Ein Ausführungsbeispiel des Ventils nach der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt.
-
F i g. 1 ist ein vertikaler Längsschnitt durch ein solches Ventil,
F i g. 2 ein Schnitt nach .der Linie II-11 der F i g. 1, F i g. 3 ein vertikaler
Schnitt nach der Linie III-111 der F i g. 1.
-
Der auf einer Grundplatte 46 ruhende Ventilblock 4 enthält in seinem
oberen Teil eine Druckkammer 14 und zwei Steuerkammern 22 und 26 in Form von im
Querschnitt
rechteckigen Schlitzen, sowie Auslaßkammern 34 und 38. Die Kammern 14, 22 und 26
sind über Durchlässe 66, 68 und 70 und nicht dargestellte Leitungen beispielsweise
an eine Druckmittelpumpe und einen hydraulischen Motor angeschlossen. Die Steuerfläche
des Ventilblocks 4 ist so eben und glatt ausgeführt, wie es praktisch möglich ist.
Über ihr liegt die von Blattfedern 56 und 58 getragene Ventilplatte 2 mit einer
mittleren Kammer 16 und zwei von ihr durch Stege 18 und 19 getrennten seitlichen
Kammern 30 und 40.
-
Die Druckflüssigkeit gelangt über den Einlaß 66 in die Druckkammer
14 und wird je nach der Auslenkung der Platte 2 entweder nach der Steuerkammer 22
oder nach der Steuerkammer 26 geleitet. Sie strömt aus der jeweils angeschlossenen
Kammer zur Arbeitsstelle, also z. B. zu dem erwähnten hydraulischen Motor, und kehrt
von dort zur anderen Steuerkammer zurück, von wo sie zur Auslaßkammer 34 oder 38
gelangt, aus der sie nach außen abgegeben wird. Der Druckmittelfluß durch das Ventil
hört auf, wenn die Ventilplatte 2 in ihre Nullage zurückkehrt. Die Blattfedern 56
und 58 suchen die von ihnen getragene Platte 2 in diese Lage zurückzuführen. Wenn
sich die Bewegung der Platte über die Nullage hinaus fortsetzt, kehrt sich der Druckmittelfluß
nach außen um.
-
Bei Servosystemen, die mit genau zu bemessenden Flüssigkeitsmengen
arbeiten, sollten die äußeren Ecken der Stege und Kammern soweit wie möglich viereckig
sein, um die Ventilkennlinien zu linearisieren. Außerdem sind dann die Räume, die
zwischen den Stegen in der Ventilplatte 2 und dem Ventilblock 4 für den Druckmittelfluß
vorhanden sind, nahezu proportional der Ventilplattenverschiebung in irgendeiner
Öffnungsrichtung. Auf diese Weise kann die Durchflußmenge zu einer im wesentlichen
linearen Funktion der Ventilverstellung werden, was bei Servo-Systemen von großer
Wichtigkeit ist.
-
Außerdem erstrecken sich die Öffnungen über die gesamte Ventilbreite,
weshalb bei einer gegebenen Verschiebung der Ventilplatte eine größere Änderung
des Öffnungsquerschnittes erreicht wird als bei den Ausbildungen der bisher bekannten
Ventile. Hierdurch wird ein wesentliches Anwachsen der Leistung erzielt.
-
Der Luftspalt zwischen der Ventilplatte 2 und dem Ventilblock 4 kann
Anwendungsbedingungen angepaßt werden und beispielsweise zwischen 0,005 und 0,075
mm variieren, was von den Eigenschaften der Druckflüssigkeit, der Größe der Schwebeteilchen
usw. abhängt. Es sei hier festgehalten, daß der Luftspalt nach der Bearbeitung der
miteinander zusammenwirkenden Flächen 18, 19, 20, 21, 32 und 42 der Ventilplatte
2 und des Ventilblockes 4 einjustiert werden kann. So kann, falls er zu klein ist,
der Boden des Ventilblockes geschliffen werden, um die Oberfläche desselben abzusenken
und falls er zu groß ist, können die Enden der Blattfedern 56 und 58 und die mit
ihnen verbundenen Blöcke 60 und 62 abgeschliffen werden, um die Bodenfläche der
Platte 2 zu senken.
-
Die Größe .der Überdeckung der Kammern 22 und 26 durch die Stege 18,
19 und 20, 21 hängt ebenfalls von der Verwendung des Ventils ab. Bei vielen Anwendungen
kann ein genaues Passen, d: h. eine Nullüberlappung oder eine Nullunterlappung erwünscht
sein. Wenn das Ventil zum Regeln von Gasströmen dient, dann kann eine beachtliche
überlappung zusammen mit einem Kleinstluftspalt zwischen der Ventilplatte und dem
Ventilblock notwendig sein, um eine wirksame Dichtung in der Null-Lage zu erhalten.
Andererseits kann es dann, w,-nn Dickstoffflüssigkeiten, die feste Teilchen von
beachlicher Größe mit sich führen, gesteuert werden sollen, wünschenswert sein,
eine gewisse Unterlappung zusammen mit einem größeren Luftspalt zwischen der Ventilplatte
und dem Ventilblock zu haben, um ein Festsetzen zu verhindern und den Totgang zu
verkleinern.
-
Es ergibt sich auch, daß die Werkstoffe für die Ventilplatte und den
Ventilblock sich je nach der Ventilverwendung ändern können. So kann Aluminium bei
Niederdruck zufriedenstellen, während hohe Drücke ein festeres Material, wie Stahl,
erfordern. Dort, wo korrodierende Flüssigkeiten von dem Ventil zu beherrschen sind,
können die Ventilteile, welche den Flüssigkeiten ausgesetzt sind, mit einem nichtkorrodierenden
Überzug versehen sein; es können aber auch die Ventilplatte und der Ventilblock
aus solchen nicht korrodierenden Werkstoffen bestehen. Wenn heiße, erodierende Gase
gesteuert werden sollen, dann können die Platte und der Block aus keramischem Werkstoff
bestehen oder mit solchem überzogen werden. Das erfindungsgemäße Ventil kann in
vielen Fällen so gebaut werden, daß Nacharbeiten entbehrlich sind. Dort, wo extrem
kleine Toleranzen erforderlich sind, ist es möglich, die Teile zu schleifen oder
zu schaben, selbst dann, wenn es sich um harten Keramik-Werkstoff handelt.
-
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß beim Verstellen der Ventilplatte
2 aus der Null- oder Mittenlage heraus nach einer der beiden Seiten die Ventilplatte
sich dem Block 4 nähert, dabei aber parallel zu diesem verbleibt, so daß der Luftspalt
verringert wird. Umgekehrt nimmt der Luftspalt zu, wenn die Platte nach der Mittenlage
zurückkehrt. Bei der Rückkehr der Platte in die Mittenlage nimmt somit der Abstand
zwischen den Stegen zu, und Teilchen, die sich etwa zwischen diese gesetzt haben,
werden entfernt. Diese relative Bewegung der Teile unterbindet somit ein Festsetzen,
so daß das Ventil mit einem Minimum an Kraftaufwand in die Null-Lage zurückkehrt.
-
Das erfindungsgemäße Ventil besitzt in der Null-Lage eine Eigenstabilität,
die beachalich oberhalb derjenigen liegt, die bei Gleitplattenventilen mit drückenden
Plattenstützen vorhanden ist. Der Druck in den verschiedenen Kammern, insbesondere
in der Kammer 16, der während des Betriebes dauernd vorhanden ist, drückt die Platte
2 vom Ventilblock weg und ist bestrebt, den Luftspalt zwischen diesen Teilen zu
erhöhen. Wenn sie in der Null-Lage am weitesten vom Block entfernt ist, dann wirkt
der Druck dauernd auf die Platte so ein, daß sie in dieser Lage verbleibt.