DE19804692A1 - Durchflußregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil mit einem Eingangsanschluß, einem Ausgangsanschluß und da­ zwischen einer Drosseleinrichtung, die eine erste Dros­ sel und eine zweite Drossel aufweist, wobei die zweite Drossel in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß verstell­ bar ist.

Ein derartiges Durchflußregelventil ist aus DE 43 41 848 C2 bekannt. Mit Hilfe der ersten Drossel gibt man einen Sollwert für die Durchflußmenge vor. Die erste Drossel ist hierbei als Schieber ausgebildet, der mit einem Gehäuseteil einen Drosselspalt mehr oder we­ niger weit freigibt. Die Position dieses Schiebers kann mit Hilfe eines manuell betätigbaren Drehknopfes ver­ stellt werden. Die zweite Drossel weist ein Verstell­ element auf, das vom Druck im Eingangsanschluß einer­ seits und vom Druck im Ausgangsanschluß andererseits, also der Druckdifferenz zwischen diesen beiden An­ schlüssen, beaufschlagt wird. Dieses Verstellelement stellt sich so ein, daß die zweite Drossel den ge­ wünschten konstanten Durchfluß ermöglicht.

In vielen Anwendungsbereichen ist es gewünscht, ein derartiges Regelventil nicht nur manuell, sondern auch unter Verwendung einer Hilfskraft, beispielsweise von elektrischem Strom, betätigen zu können, um es fern­ steuern zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durch­ flußregelventil fernsteuerbar zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einem Durchflußregelventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die erste Drossel als hilfskraftbetätigbares Drosselventil ausge­ bildet ist und eine Bypassleitung vom Eingangsanschluß zur zweiten Drossel vorgesehen ist.

Das Drosselventil ist ein einfaches hilfskraftbetätig­ bares Ventil, mit dessen Hilfe man nun den Sollwert so vorgeben kann, wie dies bislang mit der manuell ver­ stellbaren ersten Drossel möglich war. Allerdings haben derartige hilfskraftbetätigbare Ventile vielfach den Nachteil, daß sie, zumindest in einer preisgünstigen Ausführungsform, nur eine begrenzte Druckfestigkeit aufweisen. Man muß also dafür Sorge tragen, daß der Differenzdruck über dieses hilfskraftbetätigbare Ventil nicht größer wird, als es für das Ventil zugelassen ist. Dieser Differenzdruck ist aber in vielen Fällen kleiner, als es für die Anwendung, in der das Durch­ flußregelventil eingesetzt werden soll, notwendig ist. Aus diesem Grund ist eine Bypassleitung vom Eingangsan­ schluß zur zweiten Drossel vorgesehen, wobei die Bypassleitung so angeschlossen ist, daß die zweite Drossel noch druckbeaufschlagt werden kann. Diese Bypassleitung macht das Drosselventil "undicht", d. h. es wird dafür gesorgt, daß Flüssigkeit an dem Ventil vorbeidringen kann, so daß die Differenzdruck über das Drosselventil innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleibt. Durch diese Kombination kann man ein relativ preisgünstiges Ventil als Ersatz für die erste Drossel vorsehen, das eine Fernsteuerbarkeit ermöglicht. Im übrigen bleiben aber die Regeleigenschaften des Durch­ flußregelventils so gut, wie dies bei der DE 43 41 848 C2 bekannten Ausführungsform der Fall ist.

Vorzugsweise ist in der Bypassleitung eine dritte Dros­ sel angeordnet. Diese Drossel sorgt dafür, daß der Flüssigkeitsstrom, der an der ersten Drossel vorbei­ tritt, begrenzt bleibt. Es erfolgt zwar ein Druckaus­ gleich. Dieser Druckausgleich beeinträchtigt die Funk­ tion des hilfskraftbetätigbaren Ventils im Betrieb nicht.

Mit Vorteil ist das Drosselventil als Magnetventil aus­ gebildet. Das Drosselventil läßt sich also mit Hilfe von elektrischem Strom, der einen Magneten versorgt, steuern. Damit ergeben sich viele Möglichkeiten der Ansteuerung. Beispielsweise kann die Ansteuerung dann über einen Prozeßrechner oder eine andere elektrische Steuereinrichtung erfolgen, was den Vorteil hat, daß hier rückgekoppelte Meßwerte relativ einfach verarbei­ tet werden können.

Vorteilhafterweise ist das Magnetventil getaktet. Es muß also keine feste Stellung des Schließelements des Magnetventils eingestellt werden, die bei einem Magnet­ ventil ohnehin nur relativ schwierig zu realisieren ist. Der Öffnungsgrad des Ventils ergibt sich vielmehr aus dem Tastverhältnis, d. h. dem Verhältnis von Öff­ nungszeiten des Magnetventils zu der Summe aus Öff­ nungs- und Schließzeiten. Damit wird eine relativ ge­ naue Einstellung der ersten Drossel möglich.

Vorteilhafterweise weist die zweite Drossel ein Ver­ stellelement auf und die Bypassleitung durchsetzt das Verstellelement. Damit läßt sich eine relativ kompakte Bauweise realisieren. Da ohnehin eine Leitung von dem Eingangsanschluß zum Verstellelement vorhanden sein muß, die das Verstellelement beaufschlagt, ist die Fortsetzung dieser Leitung durch das Verstellelement hindurch mit einem relativ geringen Aufwand verbunden. Hierzu sind nur relativ geringe Modifikationen an be­ kannten Verstellelementen notwendig.

Mit Vorteil ist der Druckabfall über die zweite Drossel größer als über das Drosselventil. Während der Bypass dafür sorgt, daß im Schließzustand des Drosselventils die Druckdifferenz über das Drosselventil einen vorbe­ stimmten Wert nicht überschreitet und dementsprechend die erneute Öffnung des Drosselventils problemlos mög­ lich ist, sorgt diese Ausgestaltung dafür, daß auch im Betrieb der Druckabfall über das Drosselventil klein genug bleibt. Der hauptsächliche Druckabfall, der für die Regelung der Durchflußmenge erforderlich ist, er­ folgt dann über die zweite Drossel.

Mit Vorteil ist in der Bypassleitung eine Absperrein­ richtung angeordnet. In vielen Fällen stört der durch die Bypassleitung tretende geringe Flüssigkeitsstrom nicht, weil er zu klein ist, um nennenswerte Reaktionen zu bewirken. In manchen Fällen ist es aber erwünscht, auch diesen Strom zu unterbinden, wenn beispielsweise eine an das Durchflußregelventil angeschlossene Ar­ beitsmaschine, beispielsweise ein Motor, vollständig stillgesetzt werden soll. Ein angeschlossener Motor könnte sich beispielsweise aufgrund der Undichtigkeiten am Drosselventil ganz langsam drehen. Um dies zu ver­ meiden, ist die Absperreinrichtung vorgesehen, die jeg­ lichen Flüssigkeitsstrom durch die Bypassleitung unter­ bindet, wenn dies gewünscht ist.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß eine Steuerein­ richtung mit dem Drosselventil und der Absperreinrich­ tung verbunden ist, die die Absperreinrichtung eine vorbestimmte Zeit öffnet, bevor sie das Drosselventil betätigt. Damit wird sichergestellt, daß der Druckaus­ gleich über die Bypassleitung auf beiden Seiten des Drosselventils erfolgen kann, bevor das Drosselventil öffnet. Das Drosselventil wird also nur dann betätigt, wenn der zulässige Differenzdruck nicht überschritten ist. Das gleiche gilt auch für den umgekehrten Fall. Das Drosselventil wird geschlossen, bevor die Absper­ reinrichtung geschlossen wird.

Vorzugsweise ist die Absperreinrichtung als Magnetven­ til ausgebildet. Ein Magnetventil läßt sich, wie oben erläutert, elektrisch fernbedienen und somit relativ leicht in die Steuereinrichtung integrieren.

Mit Vorteil sind das Drosselventil, die zweite Drossel und die Absperreinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Dies ergibt einen relativ kompakten Aufbau. Die Bewegungsrichtungen von Absperreinrichtung, Drosselventil und Verstellele­ ment der zweiten Drossel sind etwa gleich. Damit kann man beispielsweise eine Vorzugsrichtung für den Einbau des Durchflußregelventils vorgeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung eines Durchflußre­ gelventils,

Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung eines Durchflußre­ gelventils in kompakter Bauweise und

Fig. 3 eine dritte Ausgestaltung eines Durchflußre­ gelventils mit Absperreinrichtung.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Durchflußregelventil 1 weist ein Drosselventil 2, das eine erste Drossel bil­ det, und eine Drosseleinheit 3 auf, die eine zweite Drossel enthält. Die Drosseleinheit 3 entspricht hier­ bei im wesentlichen dem Regelventil, das in DE 43 41 848 C2 dargestellt ist. Allerdings ist hier auf eine manuelle Verstellbarkeit des einen Schiebers verzichtet worden.

Die Drosseleinheit 3 weist in einem Gehäuse 4 einen Schieber 5 auf, der in einer Bohrung 6 verschiebbar angeordnet ist. Der Schieber 5 ist hierbei als Hohlzy­ linder ausgebildet. Er wird mit Hilfe einer Druckfeder 7 in Öffnungsrichtung belastet, also so, daß seine Steuerkante 8 einen möglichst großen Abstand von einem Ventilsitz 9 aufweist. Der Ventilsitz 9 ist hierbei als Bohrung ausgebildet, deren Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des Schiebers 5 übereinstimmt. Auf der Seite des Ventilsitzes 9, auf der auch der Schieber 5 angeordnet ist, befindet sich eine Kammer 10, die über eine Ausgangsdrossel 11 mit einem Ausgangsanschluß 12 in Verbindung steht.

Die Druckfeder 7 preßt einen zweiten Schieber 13 gegen einen Deckel 14, der das Gehäuse 4 verschließt. Der Schieber 13, der in der bekannten Ausgestaltung nach DE 43 41 848 C2 zur Vorgabe des Sollwerts dient, wird im vorliegenden Fall als unbeweglich im Gehäuse 4 ange­ sehen. Auf der Seite des Ventilsitzes 9, auf der sich der zweite Schieber 12 befindet, ist eine zweite Kammer 15 angeordnet, die über eine Eingangsdrossel 16 mit einer Verbindungsleitung 17 in Verbindung steht. Die Verbindungsleitung 17 stellt eine Verbindung zum Aus­ gang 18 des Drosselventils 2 her.

In einem Verbindungskanal 19 zwischen der Verbindungs­ leitung 17 und der Stirnseite des Schiebers 5, die dem Ventilsitz 9 abgewandt ist, ist ein Stopfen 20 angeord­ net, der den Verbindungskanal 19 unterbricht.

Das Drosselventil 2 ist als Magnetventil ausgebildet. Ein Schließelement 21 wirkt hierbei mit einem Ventil­ sitz 22 zusammen. Das Schließelement 21 wird über einen Magnetanker 23 bewegt, d. h. vom Ventilsitz 22 abgeho­ ben. Die Rückbewegung erfolgt unter der Wirkung einer Rückstellfeder 24.

Das Drosselventil 2 weist einen Eingang 25 auf, der mit einem Eingangsanschluß 26 des Durchflußregelventils 1 in Verbindung steht.

Die Verbindung zwischen dem Eingang 25 und dem Ausgang 18 des Drosselventils 2 kann also mit Hilfe des Schlie­ ßelements 21 und des Ventilsitzes 22 unterbrochen oder freigegeben werden. Zusätzlich ist in einer Wand 27 des Ventilsitzes 22 eine Bypassöffnung 28 vorgesehen, die als Drossel ausgebildet ist, wie der vergrößerte Aus­ schnitt zeigt. Beispielsweise kann die Bypassöffnung 28 einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,5 bis 1 mm aufweisen. Durch die Bypassöffnung 28 kann auch bei geschlossenem Drosselventil 2 ein Druckausgleich zwi­ schen dem Eingang 25 und dem Ausgang 18 des Drosselven­ tils 2 erfolgen, so daß die beiden Drücke P₀, P₁ sich einander annähern können und der zulässige Differenz­ druck über das Drosselventil 2 nicht überschritten wird. Das Drosselventil 2 kann ohne Gefahr einer Be­ schädigung geöffnet werden.

Vom Eingang 25 des Drosselventils 2 geht eine Leitung 29 zu der Stirnseite 30 des Schiebers 5, die auf der dem Ventilsitz 9 abgewandten Seite des Schiebers 5 an­ geordnet ist. In der Leitung 29 ist ebenfalls eine Drossel 31 angeordnet. Der Drosselwiderstand der Lei­ tung 29 kann sich auch durch die Ausbildung der Leitung selbst ergeben. Somit gelangt der Druck P₀ vom Ein­ gangsanschluß 26 des Durchflußregelventils 1 auf den Schieber 5. Der Schieber 5 ist im Gehäuse 4 mit einem kleinen Spiel oder Spalt gelagert. Durch den Spalt kann Hydraulikflüssigkeit aus der Leitung 29 in die Kammer 10 treten. Der Spalt zwischen dem Schieber 5 und dem Gehäuse 4 bildet eine Hilfsdrossel, deren Durchlaß von der Stellung des Schiebers 5 im Gehäuse 4 abhängig ist. Je weiter der Schieber 5 in Richtung auf den Ventilsitz 9 vorgeschoben ist, desto geringer ist der Drosselwi­ derstand durch die Hilfsdrossel. Der Druck an der Stirnseite 30 des Schiebers 5 ist also bestimmt durch den Druck am Mittelabgriff eines Druckteilers zwischen Eingangsanschluß 26 und Kammer 10 (also praktisch dem Ausgangsanschluß 12), der durch die Drossel 31 und die Hilfsdrossel gebildet ist.

Das Drosselventil 2 wird getaktet betrieben, d. h. es wird periodisch geöffnet und geschlossen. Das Verhält­ nis der Öffnungszeiten zu der Summe aus Öffnungs- und Schließzeiten, das sogenannte Tastverhältnis, bestimmt den Öffnungsgrad des Drosselventils 2 und somit den Druck P₁ in der Verbindungsleitung 17, also in der Kam­ mer 15.

Auf den Schieber 5 wirkt in Öffnungsrichtung der Druck P₂ am Ausgangsanschluß 12, wenn man vom Druckabfall an der Ausgangsdrossel 11 absieht. Der auf die Stirnseite 30 des Schiebers 5 wirkende Druck ist hingegen ein Schließdruck. Wenn der Druck P₂ am Ausgangsanschluß 12 absinkt, dann wird der Schieber 5 weiter auf den Ven­ tilsitz 9 geschoben, wodurch sich die Flüssigkeitsströ­ mung durch den Spalt zwischen Ventilsitz 9 und Schieber 5 vermindert. Steigt hingegen der Druck P₂ im Ausgangs­ anschluß 12 an, etwa aufgrund einer höheren Belastung durch einen angeschlossenen Verbraucher, dann öffnet sich der Spalt zwischen dem Schieber 5 und dem Ventil­ sitz 9 weiter, wodurch eine größere Flüssigkeitsmenge freigegeben wird. Die Durchflußmenge kann also prak­ tisch konstant gehalten werden, wobei ihre Größe vom Druck P₁ in der Verbindungsleitung 17 vorgegeben wird.

Die Ausgestaltung nach Fig. 1 ist aus zwei herkömmli­ chen Bauteilen zusammengesetzt worden, die nur in sehr geringem Umfang modifiziert werden müssen. So kann die Drosseleinheit 3 durch das Regelventil aus DE 43 41 848 C2 gebildet werden, wobei lediglich der eine Schieber 1 festgelegt und die Leitung 19 ver­ schlossen werden muß. Für das Drosselventil 2 kann bei­ spielsweise ein Magnetventil vom Typ EVSIM 6-20 der Anmelderin verwendet werden, wobei hier lediglich er­ forderlich ist, in der Wand 27 die Bypassöffnung 28 anzubringen. Schließlich muß man beide Teile 2, 3 durch die Verbindungsleitung 17 und die Leitung 29 miteinan­ der verbinden.

Fig. 2 zeigt eine kompaktere Ausgestaltung, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Ein derartiges Ventil kann zum Beispiel in einen Motor eingebaut werden. Hier ist das Drosselventil 2 und die Drosseleinheit 3 als Einheit ausgebildet, d. h. das Ma­ gnetventil, das das Drosselventil 2 bildet, ist an das Gehäuse 4 angeflanscht. Der Ventilsitz 22 des Drossel­ ventils 2 ist in einem Einsatz 32 angeordnet, gegen den die Feder 7 abgestützt ist, die den Schieber 5 in seine Öffnungsstellung drückt. Dementsprechend ist im Innern des Einsatzes 32 die Leitung 29 ausgebildet. Die Lei­ tung 29 ist im Gehäuse 4 angeordnet. Die Drossel 31 wird durch eine Verengung gebildet, kurz bevor die Lei­ tung 29 in einen Druckraum 33 an der Stirnseite 30 des Schiebers 5 übergeht. Anstelle des Schiebers 5 kann natürlich auch ein anderes Verstellelement verwendet werden, beispielsweise eine Membran. Diese kann gegebe­ nenfalls durch eine kleine Öffnung oder durch eine Bypassleitung "undicht" gemacht werden, um einen Druck­ ausgleich zu ermöglichen.

Die Bypassleitung wird durch eine Bohrung 34 im Schie­ ber 5 gebildet, die einen Drosselabschnitt 35 aufweist. Auch bei geschlossenem Ventil 21, 22 kann Flüssigkeit hier zur zweiten Drossel 5, 9 gelangen. Im übrigen ent­ spricht die Funktion des in Fig. 2 dargestellt Durch­ flußregelventils derjenigen aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Durch­ flußregelventils, das im wesentlichen derjenigen aus Fig. 2 entspricht.

Zusätzlich ist ein weiteres Magnetventil 36 dazugekom­ men, das die Bypassleitung zwischen dem Eingangsan­ schluß 26 und der zweiten Drossel 5, 9 verschließen kann. Hierzu unterbricht das Magnetventil eine Verbin­ dung zwischen der Leitung 29 und dem Druckraum 33 mit Hilfe eines Schließelements 37, das an einem Ventilsitz 38 zur Anlage gebracht werden kann. In diesem Fall ist das Vordingen von Hydraulikflüssigkeit vom Eingangsan­ schluß 26 zum Ausgangsanschluß 12 unterbunden.

Bei dieser Ausgestaltung kann natürlich ein unzulässig hoher Differenzdruck über das Drosselventil 2 entste­ hen, der ein Öffnen des Ventils 21, 22 verhindern würde oder Beschädigungen nach sich ziehen könnte. Aus diesem Grunde ist eine Steuereinrichtung 39 vorgesehen, die vor einer Öffnung des Drosselventils 2 das Magnetventil 36 öffnet, so daß ein Druckausgleich über das Drossel­ ventil 2 erfolgen kann.

Ein derartiges Durchflußregelventil kann bevorzugter­ weise dann eingesetzt werden, wenn Wasser als Hydrau­ likflüssigkeit verwendet wird.

Claims (10)

1. Durchflußregelventil mit einem Eingangsanschluß, einem Ausgangsanschluß und dazwischen einer Dros­ seleinrichtung, die eine erste Drossel und eine zweite Drossel aufweist, wobei die zweite Drossel in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß verstell­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drossel (21, 22) als hilfskraftbetätigbares Dros­ selventil (2) ausgebildet ist und eine Bypasslei­ tung (29) vom Eingangsanschluß (26) zur zweiten Drossel (5, 9) vorgesehen ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypassleitung (29) eine dritte Drossel (35) angeordnet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drosselventil (2) als Magnetventil ausgebildet ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil getaktet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drossel (5, 9) ein Verstellelement (5) aufweist und die Bypassleitung (34, 35) das Verstellelement durchsetzt.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall über die zweite Drossel (5, 9) größer als über das Drosselventil (2) ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypassleitung (29) eine Absperreinrichtung (36, 38) angeordnet ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (39) mit dem Drosselventil (2) und der Absperreinrichtung (36-38) verbunden ist, die die Absperreinrichtung eine vorbestimmte Zeit öffnet, bevor sie das Drosselventil (2) betä­ tigt.

9. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Absperreinrichtung (36-38) als Magnet­ ventil ausgebildet ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (2), die zweite Drossel (5, 9) und die Absperreinrichtung (36-38) in einem gemeinsamen Gehäuse (4) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.