DE1625947A1

DE1625947A1 - Stroemungsmittel-Steuergeraet,insbesondere Wirbelstromventil

Info

Publication number: DE1625947A1
Application number: DE19671625947
Authority: DE
Inventors: Heyden Jacq Van Der
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1966-12-30
Filing date: 1967-12-22
Publication date: 1972-04-13
Also published as: SE329339B; GB1164730A; US3513865A

Description

, München-Pullach, 22. Dez. 67

THE BENDIX CORPORATION? Fisher -Building, Detroit, Michigan, USA

Strömungsmittel-Steuergerät insbesondere Wirbelstromventil

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine reine Strömungsmittelströmung und insbesondere ein Strömungsmittelwirbelventii.

Ein Nachteil eines bekannten Wirbelstromventiles liegt darin, daß die Steuerströmung des Strömungsmittels, die in die Wirbelkammer eintritt, auf einem höheren Druckniveau liegen muß, als das durch die Haupteinlaßöffnung zu der Wirbelkammer zugeführte Strömungsmittel und zwar um die gewünschte Wirbelwirkung hervorzurufen, von der der Druck und die Strömung des zugeführten Strömungsmittels an der Auslaßöffnung abhängen. Auf Grund der mit einem verhältnismäßig hohen Druck versehenen Steuerströmung liegt der maximale wieder zu gewinnende Druck des 'zugeführten Strömungsmittels an der Aulaßöffnung etwas niedriger als der Druck des aus der Einlaßöffnung eintretenden Strömungsmittels. Außerdem nehmen die Probleme in Bezug auf die Strömungsmitteldichtungen u. dgl. wie bei jedem Steuersystem für eine Strömungsmittelströmung in Abhängigkeit von der Strömungsmittel-Druckhöhe des Systems zu. Ein Ziel der Erfindung liegt deshalb in der Schaffung eines Wirbelstromventiles, bei dem die Druckhöhe einer Quelle des Steuerströmungsmittels niedriger liegt als die Iruckhöhe der dadurch gesteuerten Zuführung des Hauptströmungsmittels.

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Ein anderes Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines Wirbelstromventiles, "bed dem der wieder zu gewinnende Druck des Austritts-Strömungsmittels der gesteuerten Zulieferung der druckerhöhten Strömungsmittelstromung auf ein Maximum gebracht ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispieien veranschaulicht ist.

Es zeigt: ' ■"■-■-"

E¹Xg. Λ eine Seitenansicht des Wirbelstromventiles

nach der Erfindungj
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 der Wl%.\ 1; ^°

■ ^: ■ ■■-■■" und ' ■ ' ■■■".■ -■ ^; : ■" ' '.' "■""'"■"-". SigA 3 eilten Schnitt durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgeraäßen Wirbelstromventileä, der dem Schnitt der Fig. 2 entspricht.

In den Figuren 1 und 2 ist ein «egefiaasiea- mono stabiles Wirbelstromventil 20 mit einer kreisförmigen Kammer 22 dargesti.lt _t ^v die durch einen kreisförmigen Wandabschnitt 24- und parallelen, voneinander entfernt angeordnete Wände 26 und 28 festgelegt ist, die an dem Wandabschnitt 2H- durch irgendein nicnt dargestelltes •geeignetes Befestigungsmittel befestigt sind, welches eine Strömungsmitteldichte Dichtung schafft. Eine Strömungsmittel— einlaßöffnung 30 in dem Wandabschnitt 24 ist durch eine Iieitung 32 mit einer Versorgungsg.ueile verbunden, die ein Strömungsmittel mit einem im wesentlichen konstanten, relativ hohen Druck liefert.

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Axial miteinander ausgerichtete oder buchtende S^römungsmittelauslaßöffnungen 34 und 36 sind zentrisch in den Wänden 26 bzw. 28 angeordnet. Die Ausiaßöffnung.56 ist größer als die Auslaßöffnung 24, wobei der gesamte zur Wirkung kommene Strömungsbereich beider Auslassöffnungen 36 und 34 kleiner ist als der Strömungsbereich der Einlaßöffnung 30.

Eine Steuerströmungsmittelöffriung 38 in dem Wandabschnitt 24 angrenzend an die Einlaßöffnung 30 ist liber eine leitung 40 mit einer Steüerströmungsmittelquelle 42 verbunden, deren Druck niedriger gehalten wird als derjenige der bereits vorstehend erwähnten Versorgungsquelle bei welchem Druck der Quelle 42 es sich um atmosphärischen Drucjc handeln kann. Ein Strömungssteuer-.ventil 44, das mit einem Sitz 46 in Eingriff gebracht werden kann, der wiederum mit der Leitung 40 in Seihe geschaltet ist, dient der Steuerung des zur WirJtung kommenden Strömungsbereiches der Leitung 40. Das Ventil 44 kann von Hand oder automatisch durch geeignete, nicht dargestellte Steuermittel in Abhängigkeit von veränderbaren Betriebsbedingungen betätigt werden. Die Auslaßöffnung 34 ist durch eine Leitung 48 mit einer geeigneten, druckempfindlichen Steuereinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, die auch ein unter Feder spannung stehendes, druckempfindliches Diaphragma (Dose oder Blende) oder· eiö. ähnliches bekanntes Gerät aufweisen kann, welches geeignet ist, beispielsweise ein brauchbares Ausgangsstellungssignal zur Verfügung zu stellen. Die Auslaßöffnung 36 kann durch den Luftdruck der Umgebungsluft öler einen anderen geeigneten, verhältnismässig niedrigen Ablaufdruck belüftet sein, wodurch eine fortlaufende Strömung durch die Kammer 22 sichergestellt ist. Die Auslaßöffnung 36 kann dann weggelassen werden, wenn die Leitung 48 und die in entsprechender Weise verbundenen bzw. angeschlossenen druckempfiril· liehen Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) einen fortlaufenden

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Strömungskrei'slauf sicherstellen. Jedoch unter Berücksichtigung des unter Federspannung stehenden, auf den Druck des Strömungsmittels empfindlichen Diaphragmas, welches als totes Ende des Strömungskreis]ai£es wirkt, ist die Auslaßöffnung 36 notwendig.

In Fig. 3 ist eine Abwandlungsform des Wirbelstromventiles 20 der Fig. 1 dargestellt, um eine bistabile Ventilwirkung zu ermöglichen. An diesem Ende ist die Einlaßöffnung 30 mit einem auseinanderlaufenden gekrümmten Wandabschnitt 50 versehen, der in die gekrümmte innere Wand des Abschnittes 24 übergeht, um einen im wesentlichen ungestörten Strömungskreislauf von der Einlaßöffnung 30 in Richtung zu dem Wandabschnitt 24 sicher zu stellen, um dem Strömungsmittelstrom dadurch zu ermöglichen, sich an dem angrenzenden Wandabschnitt "festzulegen oder festzuhalten" , wie es im folgenden beschrieben wird.

Unter der Annahme, daß das Ventil 44 auf dem Sitz 46 aufliegt, wodurch die Leitung 40 versperrt ist, tritt das Strömungsmittel aus der Einlaßöffnung 30 ißi^ verhältnismässig hohem Druck auä und strömt radial nach innen gerichtet durch die Kammer 22 zu den Auslaßöffnungen 34 und 36. Die zusammengesetzten, wirksamen Strömungsbereiche der Auslaßöffnungen 34 und 36 sind geringer als derjenige der Einlauffnung 30, so daß das durch die Kammer 22 hindurchgehende Strömungsmittel einem bemerkenswerten Druckabfall rddat unterliegt. Das Signal des Strömungsmitteldruckes an der Auslaßöffnung 34 wird über die Leitung 48 auf die Steuereinrichtung (nicht gezeigt; übertragen,.;, die entsprechend antwortet.

Das Ventil 44 wird in Abhängigkeit von einem auf dasselbe übertragene Eingangssignal in Offenstellung gebracht, wodurch sich ein Strömungsbereich der Leitung 40 austeildet, welcher eine

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Funktion des Eingangssignales ist. Der sich ergebende niedrige Druckbereich, der angrenzend an die Einlaßöffnung 30 gebildet wird, hat zur Folge, daß der Strom des Zulieferströmungsmittels der aus der Einlaßöffnung 30 austritt entsprechend in Richtung auf den Bereich niedrigeren Druckes abgelenkt wird, und in einem Wirbelmuster durch die Kammer 22 vorrückt, wie es durch die Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist. Durch, den Strömungsmittelwirbel wird ein widerstand gegen die Strömungsmittel-Strömung durch die Kammer 22 erzeugt, welcher Widerstand mit der Zunahme der Tangentialgeschwindigkeit des Strömungsmittelwirbels zunimmt, wodurch der Mengendurchsatz des Strömungsmittels abnimmt und ein entsprechender Druckabfall an der Wirbeimitte auftritt, wenn es zu den Auslaßöffnungen 34- und 36 strömt. Die Auslaßöffnung 34, die mit der Wirbelachse in derselben gs?aden Linie liegt, überträgt den herabgesetzten Strömungsmitteldruck auf die Steuereinrichtung (nichtgezeigt) und zwar über die Leitung 48. Wenn sich das Ventil 44 in Abhängigkeit von den Änderung des auf dieses übertragenen Eingangssignales bewegt, um den wirksamen Strömungsbereich der Leitung 40 zu vergrößern, wird ein entsprechend niedrigerer Strömungsnitteldruok angrenzend an die Einifeßöffnung 30 ausgebildet, welcher umgekehrt eine Zunahme des üngleich-gewichtes des Querschnittsdruckes über den Zulief er strömungsmStbe Istrom zur Folge hat, wodurch derselbe dichter auf die Steueröffnung 38 gedruckt wird, um eine entsprechende Zunahme des Radius der Wirbelströmung zu bewirken. Die sich ergebende Zunahme der Tangentialgeschwindigkeit der Wirbelstüttung bedingt einen Strömungswiderstand durch die Kammer 22, · welcher umgekehrt den Mengendurchsatz durch die Kammer 22 und dadurch den Strömungsmitteldruck an der Auslaßöffnung 34 herabsetzt. In der vorstehend beschriebenen Weise wird der Strömungs-

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mitteldruck; an der Auslaßöffnung 34 und dadurch der durch die Leitung 48 auf die Steuereinrichtung (nicht gezeigt) übertragene Ausgangsdruck gesteuert, um sich proportional zu dem Eingangssignal zu verändern, welches an dem Ventil 44 aufgedruckt bzw. angelegt wird. Es ist verständlich, daß das Ventil 44 geschlossen werden kann, um den Niederdruckbereich angrenzend an die Steueröffnung 30 zu eliminieren, wodurch der Strom des Zulieferströmungsmittels auf eine radial nach innen gerichtete Bahn von der Einlaßöffnung 30 zu den Auslaßöffnungen 34 und 36 mit einem geringen oder gar keinem Druckabfall zurückkehrt.

In Verbindung mit Fig. 3 wird angenommen, ckß sich das Ventil 44 in seiner Schließstellung befindet und dadurch die Leitung 4-0 versperrt. Der Strom des Zulieferströmungsmittels, ddr durch die Einlaßöffnung 30 eintritt, strömt radial nach innen gerichtet von der Kammer 22 zu den Auslaßöffnungen 34 und 36» wobei nur ein geringer oder gar kein Druckabfall auftritt, wie es in Ferbindung mit der Fig. 2 der Fall war.

In Abweichung von der Fig. 2 wird das Ventil 44 der Fig. 3 in zwei Stellungen sein, einer vollständig geöffneten oder einer vollständig geschlossenen, welches von dem Vorhandensein eines geeigneten Eingangssignales abhängt, welches auf dieses übertragen wird. In seiner Offenstellung verbindet das Ventil die Steueröffnung 38 mit der Strömungsmittelquelle 42 verhältnismassig niedrigen Druckes, wodurch, wie es in Verbindung mit Fig. 2 der Fall war, ein verhältnismässig niedriger Druck-bereich angrenzend an die Einlaßöffnung 30 ausgebildet wird. Der Strömungs mitte Istrom von der Einlaßöffnung 30 wird dementsprechend in Richtung auf die Steueröffnung 38 umgelenkt und strömt: mit einer im wesentlichen ungestörten Strömung über den gekrümmten Vand-

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abschnitt 50 und an der Innenwand des Abschnittes 24 entlang, wodurch eine Wirbelströmung erzeugt wird, wenn das Strömungsmittel zu den Auslaßöffnungen 34 und 36 strömt. Das Ventil 44 kann zeitweilig in Offenstellung in Abhängigkeit von der Zeitdauer des auf dasselbe übertragenen Eingangssignales gehalten werden, wonach das Ventil 44- in seine Schließstellung zurückkehrt, wodurch der Niederdruckbereich eliminiert wird. Der Strom des Stromungsmittels hsLt jedoch an dem Wandabschnitt 44 als Ergebnis des gutbekannten "Coanda-"Effektes fest, wodurch die in die Kammer 22 eintretende Stiomungsmitte !strömung einen Niederdruekbereich zwischen dem Strömungsmittelstrom und dem angrenzenden wandabschnitt 24 erzeugt, welcher die !Tendenz zeigt, den Strömungsmittelstrom in seinem verschobenen Zustand zu halten. Wie es in Verbindung mit Fig. 2 der Fall war, erzeugt der in der Kammer 22 erzeugte Strömungsmittelwirbel einen Widerstand, wodurch der Nengendurchsatz der Strömung durch die Kammer 22 herabgesetzt wird, was wiederum einen entsprechenden Abfall des Druckes und der Strömung an der Auslaßöffnung 34 zur Folge hat. Wenn es gewünscht wird, kann der Strömungsmifcfcelstrom von dem Wandabschnitt 24 abgeleitet werden, wodurch dieser in eine radial nach innen gerichtete Strömungsbahn durch verschiedene Steuermittel umgekehrt wird. Beispielsweise kann eine Leitung 52 mit einer Drosselstelle 54 od. dgl. die Leitung 40 zwischen dem Ventil 44 und der Steueröffnung 38 mit der Leitung 32 verbinden. Ein unter Federspannung stehendes Ventil 56 und die Leitung 52 stromabwärts von der Drosselstelle 54 können normalerweise in Schließstellung gehalten und zeitweilig durch geeignete bekannte Steuermittel (nicht gezeigt) in Abhängigkeit von einem geeigneten Eingangssignal geöffnet werden, um den Zugang eines Impulses des Strömungsmittels mit verhältnismässig niedrigem Druck von der Leitung 32 zu der Steueröffnung 38 zu ermöglichen. Der Impuls des btrömungsmittels mit verhältnismässig niedrigem Druck an der Steueröffnung 38 hat die Tendenz, den Niederdruck-

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"bereich, der den Strömungsmittelstrom in der "festgehaltenen" Stellung hält zu zerstören, welches zur Folge hat, daß der Stromungsmittelstrom auf eine radial nach innen gerichtete Bahn umschaltet.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1/ WirbelströmungsventiT mit einem Gehäuse, welches eine kreisförmige Kammer bildet, die eine Einlaßöffnung, die mit einer Quelle eines Zulieferströmungsmittels zum radialen Eintritt desselben in die Kammer verbindet, eine Auslaßöffnung, die koaxial in Bezug auf die Kammer zum Belüften bzw. Austreten des Strömungsmittels aus derselben angeordnet ist und eine Steueröffnung aufweist, die mit einer Quelle für ein Steuerströmungsmittel über ein Ventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (42) des Steuerströmungsmittels auf einem niedrigeren Druckniveau in Bezug auf die Quelle des Zulieferströmungsmittels liegt, das die Steueröffnung (38) an die Einlaßöffnung (30) angrenzt und daß das Ventil (4-4) in Abhängigkeit von einem Eingangssignal zur Steuerung des wirksamen Strömungsbereiches der Steueröffnung (38) und zur Belüftung der Steueröffnung (38) zu der Steuerquelle (42) mit verhältnismäßig niedrigem Strömungsmitteldruck betätigbar ist, um das radial eintretende Zulieferströmungsmittel in Richtung auf die Steueröffnung (38) abzulenken, wodurch die Zulieferströmungsmittelströmung beim Durchströmen der Kammer (22) zu der Auslaßöffnung (34 oder 36) ein Wirbelmuster annimmt, welche Wirbelströmung einen Widerstand gegen die Strömungsmittelströmung durch die Kammer (22) und einen entsprechenden Druckabfall an der Auslaßöffnung (34 oder 36) erzeugt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Einlaßöffnung (30) eintretende Zulieferströmungsmittel in eine radiale Strömung in Abhängigkeit von dem Schließen des Ventiles (44) umgekehrt bzw. umgelenkt wird.

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3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (44) in Offenste llung gebracht wird, um das Zulief erströmungsmittel von der Kammer (22) zu der Steuerquelle (42) mit verhältnismässig niedrigem Druck zu "belüften und einen querverlaufenden Strömungsmitteldruckunterschied an dem radial eingebrachten Zulieferströmungsmittel auszubilden, um dasselbe abzulenken.
4. Ventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (44) in Offenstellung gebracht wird, um die Strömung durch die Steueröffnung (38) zu erhöhen, wodurch eine Zunahme des quer verlaufenden Strömungsmitteldruckunterschiedes und daraus folgend der Ablenkung des eingebrachten ZulieferStrömungsmittels erfolgt.
5. Ventil nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (56j zwei Stellungen, eine Offen- und eine Schließstellung aufweist, und daß die Einlaßöffnung (30) mit einem divergierenden Wandabschnifcb(50) versehen ist, der in den gekrümmten inneren Wandabschnitt (24) der kreisförmigen Kammer (22) übergeht, um eine im wesentlichen ungestörte Strömung des abgelenkten Zulief er Strömungsmitte Is in die Kammer (22) zu erzeugen, wodurch der Strom des Zulief er Strömungsmittels an der gekrümmten inneren Wand (24) der Kammer (22) als Folge des Schließens des Ventiles ^A(56) verbleibt und daß ein Mittel mit der Steueröffnung (38) zum Eingeben eines gesteuerten Impulses von unter Druck stehendem Strömungsmittel in die Kammer (22) in Betätigungsverbindung steht,um den Strömungsmittelstrom von der gekrümmten inneren Wand (24) der Kammer (22) abzulösen, wodurch diese? Strömungsmittelstrom wieder in eine radiale Strömung umkehrt
6. Ventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerquelle (42) mit verhältnismässig niedrigem Druck eine Quelle mit Atmosphärischem Druck ist.

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