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D D u r c h f 1 u ß r e g e 1 g e r ä t
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(Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 27 22 239.5-52)) Die Erfindung
bezieht sich auf ein Durchflußregelgerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Bei einem bekannten Durchflußregelgerät der vorgenannten Art ist das
Steuerglied ein Drosselglied, das von einem elektrischen Steuermagneten unmittelbar
betätigbar ist (DE-OS 27 22 239).
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Ein bekanntes elektrohydraulisches Durchsatz steuerventil hat mehrere
hülsenförmig ausgebildete Steuerkolben, die koaxial und ineinandergreifend angeordnet
sind (DE-OS 28 14 103).
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Es wurde auch schon ein Durchsatzsteuerventil vorgeschlagen, das einen
eine Durchflußbohrung steuernden, unter der Kraft einer Steuerfeder stehenden Steuerkolben
hat, der auf seiner von der Steuerfeder abgewandten
und die Durchflußbohrung
steuernden Seite mit der Eingangsdruckseite verbunden ist. Das vorgeschlagene Durchsatzsteuerventil
hat auch einen unter der Kraft einer Vorsteuerfeder stehenden Vorsteuerkolben, auf
dessen von der Vorsteuerfeder abgewandten Seite ein Betätigungsorgan ansteht, wobei
die Steuerfederseite des Steuerkolbens über vom Vorsteuerschieber zu steuernde Bohrungen
mit der Eingangsdruckseite oder mit einem Vorratsbehälter verbindbar oder davon
trennbar ist (P 29 14 196.6).
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung
wichtiger und vorteilhafter Elemente des Durchflußmeßgerätes nach dem Hauptpatent
und nach dem älteren Recht ein Durchflußmeßgerät mit einem nach Belieben einstellbaren
Durchsatzsteuerventil zu kombinieren, das keine besondere Steuermittelzufuhr braucht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches
1 erfindungsgemäß gelöst. Das erfindungsgemäße Durchflußregelgerät als Kombination
eines Durchflußmeßgerätes und eines Durchsatzsteuerventiles ist einfacher Bauart,
hat eine hohe Regelgeschwindigkeit und eine hohe Genauigkeit, da auf eine Stromwaage
verzichtet werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung
und der Zeichnung. In dieser ist ein Durchflußregelgerät als Ausführungsbeispiel
des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit zusätzlichem Längsschnitt in größerem Maßstab.
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Eine Druckmittelquelle 1 (Gas oder Flüssigkeitsquelle) ist über eine
Leitung 2 an ein Steuerventil 3 und an ein Vorsteuerventil 4 angeschlossen.
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Das Steuerventil 3 hat einen Steuerkolben 5, der in einem Steuergehäuse
6 axial verschiebbar gelagert ist und zwei einander gegenüberliegende, in seiner
Schließlage im Bereich seines Mantels liegende und das Steuergehäuse 6 durchsetzende
Durchflußbohrungen 7 überwacht.
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Die Leitung 2 ist an die Stirnseite des Steuergehäuses 6 angeschlossen.
Auf der von dieser Stirnseite abgewandten Seite des Steuerkolbens 5 ist eine Steuer
feder 8 angeordnet, die sich auf dem Steuerkolben 5 und an einem in das Steuergehäuse
6 eingesetzten büchsenförmigen Stützkörper 50 abstützt. Der hülsenförmige Steuerkolben
5 hat an seinem federseitigen Ende eine mit einer Schulter im Steuergehäuse 6 zusammenwirkenden
Anschlagbund 9.
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An die Durchflußbohrung 7 ist ein Verbraucher 10, z.
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B. ein Hydromotor, ein Arbeitszylinder oder dgl., angeschlossen.
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Das Vorsteuerventil 4 hat ein Vorsteuergehäuse 11, in den ein Vorsteuerschieber
in einer Buchse 34 axial verschiebbar ist, der zwei durch eine hohe Verbindungsstange
12 miteinander verbundene Vorsteuerkolben 13, 14 hat. Der Vorsteuerkolben 1,4 dient
zum Steuern einer Vorsteuerbohrung 15.
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Auf den Vorsteuerschieber 12 bis 14 wirkt auf der einen Stirnseite
eine Vorsteuerfeder 16 und auf der anderen Stirnseite ein Proportionalmagnet 17.
An die Stelle eines Proportionalmagneten kann auch ein hydraulisch oder pneumatisch
beaufschlagter Arbeitszylinder, eine
in ihrer Kraft veränderbare
Druckfeder oder dgl. treten.
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Der die Steuerfeder 8 aufnehmende Federraum 18 ist über Bohrungen
51 und 52 im Stützkörper 50 und über eine Bohrung 19 im Vorsteuergehäuse 11 mit
der Vorsteuerbohrung 15 verbunden.
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Das Gehäuse 6 ist in das Vorsteuergehäuse 11 von einer Seite her eingeschraubt,
wogegen von der anderen Seite ein Deckel 31 eingeschraubt ist. Zwischen dem Gehäuse
6 und dem Deckel 31 ist der nach außen stehende Flansch des Stützkörpers 50 abgestützt.
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In das Vorsteuergehäuse 11 ist die an ihrem Außenumfang abgestufte
Buchse 34 eingesetzt. Der Spalt zwischen dem Vorsteuergehäuse 11 und jeder der drei
Stufen der Buchse 34 ist durch je einen Dichtring abgedichtet.
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Die Buchse 34 hat eine Längsbohrung, in welcher der im Längsschnitt
im wesentlichen H-förmig ausgebildete Vorsteuerschieber 12 bis 14 axial verschiebbar
ist (Fig. 2). In die im Vorsteuerschieber 12 bis 14 befindliche Trennwand ist ein
Gewindestift 35 eingeschraubt. Über eine achsparallele Bohrung 20 in der Buchse
34 ist die dem Proportionalmagneten 17 zugewandte Stirnseite des Vorsteuerschiebers
12 bis 14 mit der ebenfalls in der Buchse 34 vorhandene radiale Bohrung 15 verbunden.
Die Feder 16 ist zwischen einem in die Buchse 34 eingesetzten Federring 36 und einem
nach außen vorstehenden Bund des Vorsteuerschiebers 12 bis 14 eingespannt. Der Vorsteuerkolben
14 steuert die Vorsteuerbohrung 15, die über den Kanal 19 und die Bohrungen 52 und
51 mit dem Federraum 18 verbunden ist. Die Buchse 34
hat im Bereich
der Verbindungsstange 12 des Vorsteuerschiebers 12 bis 14 eine radiale Verbindungsbohrung
37, die über einen zum Teil gestrichelt eingezeichneten Kanal 38 mit der Leitung
21 verbunden ist. Die Leitung 2 ist über einen Kanal 39 und über in der Buchse 34
stirnseitig angebrachten Einschnitten 40 mit dem die Vorsteuerfeder 16 aufnehmenden
Raum sowie der Innenseite des Steuerschiebers 12 bis 14 verbunden, von wo in Durchflußrichtung
gesehen vor dem Steuerkolben 14 eine Radialbohrung nach außen. führt.
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Auf der vom Deckel 31 abgewandten Seite des Steuerkolbens 5 ist im
Gehäuse 6 koaxial zum Steuerkolben 5 ein ebenfalls büchsenförmiges Meßglied 53 angeordnet,
wobei die Böden des Steuerkolbens 5 und des Meßgliedes 53 einander zugewandt sind.
Das Meßglied 53 hat in seinem zylinderformigen Teil Meßschlitze 54. Der Boden des
Meßgliedes 53 ist mit einer Verbindungsstange 55 verbunden, welche den Steuerkolben
5 und den Stützkörper 50 jeweils mit Spiel durchsetzt und an ihrem anderen Ende
mit einem Anker eines Weggebers 23 verbunden ist, dessen Gehäuse in den Deckel 31
eingeschraubt ist. Das Spiel zwischen der Verbindungsstange 55 und dem Steuerkolben
5 ist wesentlich kleiner als das Spiel zwischen der Verbindungsstange 55 und dem
Stützkörper 50 und beträgt etwa 0,1 rtim bis 0,2 mm. Das Meßglied 53 stützt sich
auf seiner vom Weggeber 23 abgewandten Seite an einem Stützring 55a ab. Im Gehäuse
6 ist zwischen dem Meßglied 53 und dem Steuerkolben 5 ein erweiteter Raum 56 vorgesehen,
dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Meßgliedes 53 ist, wodurch eine
Schulter mit einer Steuerkante 57 gebildet wird, die mit den benachbarten Steuerkanten
der
Meßschlitze 54 zusammenwirkt. Der Raum 56 verengt sich vor dem Steuerkolben 5, der
den gleichen Außendurchmesser wie das Meßglied 53 hat.
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Eine auf das Meßglied 53 wirkende Meßfeder 58 ist zwischen einem am
Deckel 31 sich abstützenden Federteller 59 und einem hülsenförmigen Stützglied 60
eingespannt, das sich mit seinem Boden über einen gewölbten Lagerkörper 61 und einer
auf die Verbindungsstange 55 aufgeschraubten Mutter 62 abstützt.
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Durch den Druck in der Druckmittelquelle 1 werden über die Leitungen
2 die Stirnseiten des Meßgliedes 53 und des Vorsteuerkolbens 14 beaufschlagt. Hierbei
werden das Meßglied 53 entgegen der Kraft der Meßfeder 58 und der Vorsteuerschieber
12 bis 14 entgegen der Kraft des Proportionalmagneten angehoben, an dem eine einer
gewünschten Durchflußmenge entsprechende Spannung (Sollwert) liegt, die von dem
Weggeber 23 beeinflußbar ist. Das Meßglied 53 wird angehoben und beeinflußt den
Weggeber 23, der entsprechend der Verschiebung des Meßgliedes 53 dem Proportionalmagneten
17 ein Signal übermittelt.
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Durch den im Raum 56 vorhandenen Druck des Druckmittels wird der Steuerkolben
5 entgegen der Kraft der Steuerfeder 8 und dem im Federraum 18 herrschenden Druck
ebenfalls angehoben wodurch die Durchflußbohrung 7 für den Durchfluß von Druckmittel
zum Verbraucher 10 freigegeben wird. Über die Steuerbohrung 15 in der Buchse 34
des Vorsteuerventils 4 und über die Bohrungen 19, 52 und 51 gelangt Druckmittel
in den Federraum
18 einerseits undüber die Bohrung 20 auf die von
der Vorsteuerfeder 16 abqewandte Seite des Vorsteuerkolbens 13 andererseits, wenn
der Vorsteuerschieber 12 bis 14 ein bestimmtes Maß angehoben wird. In diesem Fall
wird der Steuerkolben 5 so weit in Schließrichtung bewegt, bis der Querschnitt der
Durchflußbohrung 7 der in der Zeiteinheit gewünschten Durchflußmenge entspricht.
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In geschlossener Lage des Steuerkolbens 5 ist der Proportionalmagnet
17 ohne Spannung. Die Vorsteuerfeder 16 stellt dann sicher, daß der Vorsteuerschieber
12 bis 14 und der Anker des Proportionalmagneten 17 so weit verschoben werden, daß
der druckausgeglichene Steuerkolben 5 durch die Steuer feder 8 in seine Schließlage
bewegt wird. Dabei wird der Ankerraum des Proportionalmagneten 17 mit dem Eingangsdruck
des Meßgliedes 53 beaufschlagt. In dieser Lage des Vorsteuerschiebers 12 bis 14
ist die Verbindung zum Vorratsbehälter geschlossen.
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Im Vorsteuerventil 4 wirken der Druck in der Leitung 2 und die Vorsteuerfeder
16 im Sinne einer Verbindung der Leitung 2 mit der Vorsteuerbohrung 15 und der Druck
auf der von der Vorsteuerfeder 16 abgewandten Seite des Vorsteuerschiebers 12 bis
14 sowie die Kraft im Proportionalmagneten 17 wirken im Sinne der Verbindung der
Leitung 19 mit der zum Vorratsbehälter 22 führenden Leitung 38. Der Steuerkolben
5 wird mittels des Vorsteuerventils 4 den Druckmittel schwankungen entsprechend
eingestellt, so daß dem Verbraucher 10 in der Zeiteinheit stets die gleiche Druckmittelmenge
zugeführt wird.
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Die über das Spiel zwischen der Verbindungsstange 55 und dem Steuerkolben
5 fließende Druckmittelmenge ist so gering, daß die Funktion des Steuerkolbens 5
nicht beeinträchtigt wird.
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Der Ansatz der Verbindungsstange 55 auf der dem Steuerkolben 5 zugewandten
Seite des Meßgliedes 53 führt zu einem geringen Meßfehler, der dadurch behoben werden
kann, daß der Kanal 19 unmittelbar mit dem Federraum 18 verbunden wird und daß die
Verbindungsstange 55 mit einer langs- und Querbohrung versehen wird, welche die
die Meßschlitze 54 aufweisende Seite des Meßgliedes 53 mit dem den Stützkörper 60
für die Meßfeder 58 aufnehmenden Raum verbindet.