DE3530420A1 - Stroemungsmittelventil und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Strömungsrnittelventil und Verfahren seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmittel ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere auf ein solches Ventil, das ein Organ aufweist-, welches mit. einer oder mehreren Düsen zusammenwirkt und auf das das von der oder jeder Düse austretende Fluid auftrifft. Die Erfindung ist außerdem mit einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventils befaßt.

Derartige Strömungsmittelventile haben ein strömungshemmendes Organ, wie eine Klappe oder eine Zunge, die beispielsweise durch einen elektrischen Motor in Bezug auf eine Düse oder zwei einander gegenüberliegende Düsen abgelenkt wird, um die Strömung durch die Düse oder Düsen zu erhöhen oder zu verringern und dadurch einen Steuereffekt auf durch Fluiddruck betät.igbare Einrichtungen auszuüben, die an ein derartiges Ventil angeschlossen sind. Mit der fortschreitenden Entwicklung solcher Ventile hat sich ihr Anwendungsgebiet beträchtlich vergrößert und in manchen dieser Anwendungsfälle besteht ein großer Bedarf für Miniaturversionen derartiger Ventile. Die gegenwärtigen Konstruktionen dieser Strömungsmittelventile sind jedoch so, daß es äußerst schwierig ist, diese in sehr kleinen Abmessungen herzustellen, ohne daß erhebliche Herstellungsprobleme auftreten .

Die Erfindung hat zur Aufgabe, hier Abhilfe zu schaffen und ein Strömungsmittelventil vorzuschlagen, das ein strömungshemmendes Organ aufweist, welches mit mindestens einer Düse zusammenwirkt und das so kompakt in. seiner Konstruktion ist, daß es ohne große Herstellungsschwierigkeiten in sehr kleinen Abmessungen produziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs T angegebenen Merkmale gelöst.

Vorzugsweise sind die Lagerelemente des strömungshemmenden Organs ebenfalls lamellenförmig und im wesentlichen von der gleichen Dicke wie das strömungshemmende Organ.

Das eine der genannten Elemente kann mit zwei Düsen versehen sein. In diesem Fall ist die Achse der Lagerelemente quer zur Längserstreckung des strömungshemmenden Organs und in einer Ebene in der Mitte zwischen beiden Düsen angeordnet, so daß ein Flächenabschnitt des Organs mit der einen Düse und ein anderer Flächenabschnitt mit der anderen Düse zusammenuiirken kann.

Die Lagerelemente können mit dem strömungshemmenden Organ einstückig sein und sich von diesem seitlich erstrecken und zwischen dem benachbarten plattenförmigen Elementen liegen. In diesem·Fall bestehen die Lagerelemente vorzugsweise aus einem Material, das wie eine Torsionsfeder auf das Organ wirkt.

Die Betätigungsmittel können einen elektrischen Motor aufweisen, wobei das Ausgangsglied, beispielsweise ein Anker, mit dem strömungshemmenden Organ verbunden ist.

Die bzw. jede Düse ist vorzugsweise auf ihrer stromauf gelegenen Seite durch Kanäle und Öffnungen in einigen der plattenförmigen Elemente mit einer Druckmittelquelle und auch mit einer von dem Ventil steuerbaren, durch das Druckmittel betätigbaren Einrichtung verbindbar, während die bzw. jede Düse auf ihrer stromab gelegenen Seite mit einem Auslaß verbunden ist.

Die plattenförmigen Elemente können aufeinanderliegend durch einen Klebstoff miteinander verbunden.sein oder auch durch irgendeinen metallischen Verbindungsprozeß, beispielsweise durch Weich- oder Hartlöten, oder durch Verwendung mechanischer Mittel. Es kann auch eine Abdichtung zwischen den plattenförmigen Elementen durch Elastomer-Dichtungen erfolgen» die in chemisch geätzten Aussparungen an den notwendigen Stellen eingelegt sind.

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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Strömungsmittelventils, das durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 14 gekennzeichnet ist.

Bei dem Uerfahrensschritt, bei dem die plattenförmigen EIemente miteinander verbunden werden, kann ein Klebstoff in mindestens einige der Öffnungen und in mindestens einige der Aussparungen eingespritzt werden, worauf die vereinigten Elemente auf eine vorbestimmte Temperatur über einen vorbestimmten Zeitraum erhitzt werden, um den Klebstoff auszuhärten.

Die Uorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, daß eine außerordentlich kompakte Form eines Strömungsmittelventils geschaffen wird, das für Miniaturisierung geeignet ist, durch Eingangssignale geringer Leistung, die beispielsweise einem elektrischen Motor zugeführt werden, betätigbar ist und das direkt zur Steuerung von Einrichtungen, die durch Fluiddruck betätigbar sind, geeignet ist oder auch als erste Stufe eines Mehrstufenventils.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf- die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine erste perspektivische und auseinandergezogene Darstellung eines Strömungsmittelventils entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Fig. 2 ist eine zweite perspektivische und auseinandergezo-

gene Darstellung des Strömungsmittelventils von Fig.1. Fig. 3 ist eine Draufsicht der Unterseite des Strömungsmittelventils gemäß Fig. 1 und 2.

Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang Linie IU-IU in Fig. 3. Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang Linie U-U in Fig. 4, und Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Strömungsmittelve.ntils entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es sei zunächst auf Fig. 1 bis 5 Bezug genommen, in denen ein einstufiges Strömungsmittelventil 1 dargestellt ist, das ein Gehäuse 2 aufweist, welches aus einer Anzahl von plattenförmigen metallischen Elementen 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 (beispielsweise aus Stahl) aufgebaut ist. Die Elemente 3 bis 9 sind aufeinandergesetzt und durch einen Klebstoff sowie durch nicht gezeigte Bolzen, welche durch Öffnungen 10, 11, 12, in jedem der Elemente hindurchgeführt sind, zusammengehalten.

Das Element 3 bildet eine Grundplatte mit einem EinlaQkanal 14 für Druckflüssigkeit aus einer nicht gezeigten Quelle, einem Rückflußkanal 15 in Verbindung mit einem nicht gezeigten Behälter, und zwei Arbeitssteueröffnungen 16 und 17 zur Verbindung mit einem ebenfalls nicht dargestellten, durch Flüssigkeitsdruck betätigbaren Gerät, dessen Tätigkeit durch das Ventil gesteuert wird. Das Element 3 ist mit einer Ausnehmung 18 (/ersehen, in welche der Einlaßkanal 14 mündet.

Das Element 4 weist Aussparungen 19, 20 auf, die durch Öffnungen 21, 22 mit der Aussparung 18 in der Platte 3 in Verbindung stehen. Das Element 4 ist außerdem mit einem Kanal 23 versehen, der mit einem Kanal 25 im Element 5 und über eine Drosselstelle 24 mit dem Rückflußkanal 15 in Verbindung steht (Fig.5).

Das Element 5 bildet eine Düsenplatte. Der Kanal 25 mündet in eine Aussparung 26 des Elements 5 und vom.Boden dieser Aussparung 26 erstrecken sich zwei in einem Abstand voneinander befindliche Düsen 27 und 28 nach oben.

Das Element 6 bildet eine Abstandsplatte und ist mit einem Durchbruch 29 versehen.

Das Element 7 enthält ein strömungshemmendes Organ 30, das ein rechteckiges Profil aufweist» dessen Oberflä'chenäbscnni'tte 31 und 32 mit den benachbarten Düsen 27 und 28 zusammen=-

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wirken können. Das rechteckige Organ 30 ist einstückig mit dem Element 7 und wird dadurch hergestellt, daß das Element mittels eines chemischen Fräsv/erfahrens, eines elektromechanischen Bearbeitungsverfahrens oder durch Funkenerosion durchgeschnitten wird. Die Bearbeitung bestimmter oder aller anderen Elemente des Gehäuses kann zumindest teilweise ebenfalls durch eines dieser Prozesse erfolgen.

Die Einschnitte 33 und 34 in dem Element 7 zur Erzeugung des Organs 30 versehen das Organ 30 auch gleichzeitig mit Schwenklagerelementen 35, 36, die sich quer zur Längserstreckung des Organs und nach außen erstrecken und die einen rechteckigen Querschnitt und die gleiche Dicke wie das Element 7 haben. Das Material des Elements 7 und somit auch der Lagerelemente 35, 36 ist derart, daß das Organ 30 um die Schwenkachse 37 der Lagerelemente hin und her bewegt werden kann, und zwar gegen den Widerstand, den die Lagerelemente 35, 36 gegen Verdrehung ausüben, wobei die Größe dieses Widerstandes bestimmt ist durch die Eigenschaften des Materials, aus dem das Element 7 und somit die Lagerelemente 35, 36 bestehen.

Ein Anker 38, der die gleiche Rechteckform und im wesentlichen die gleiche Dicke wie das Organ 30 hat, ist an dem Organ 30 beispielsweise durch einen Epoxyharzkleber angeklebt.

Das Element 8 bildet eine Abstandsplatte und ist mit einem Durchbruch 39 versehen.

Das Element 9 bildet die Lagerplatte für einen elektrischen Motor 40, von dem der Anker 38 einen Teil bildet. Dieser Motor weist einen Permanentmagneten 41 und einen Stator 42 sowie damit zusammenwirkende Spulen 43 auf. Wenn die Spulen 43 elektrisch erregt werden, wird dem Permanentmagnet- feld des Magneten 41 ein veränderliches Magnetfeld überlagert, um die Armatur 38 und somit das Organ 30 zu veranlassen, aus seiner Neutralstellung in der einen oder der anderen

Richtung um die Achse 37 der Lagerelemente 35, 36 zu schwenken, derart, daß sein Oberflächenabschnitt 31 näher der Düse 27 zu liegen kommt und der Oberflächenabschnitt 32 uieiter won der Düse 28 entfernt zu liegen kommt oder umgekehrt»

Bei der Herstellung einiger der Elemente des Ventils werden die Löcher' und Düsen vorzugsweise funkenerodiert oder alternativ gebohrt, und die Spitzen der Düsen 27, 28 werden durch Funkenerosion oder andere bekannte Bearbeitungstechniken geformt.

Zum Zusammenbau der Elemente werden diese zunächst einem Reinigu.ngsprozeß unterworfen und dann im trockenen Zustand auf einer nicht gezeigten Montageplattform mit Paßstiften aufeinandergestapelt, wobei die. Paßstifte sich durch die miteinander fluchtenden Löcher 10, 11, 12 und 13 aller EIemente hindurcherstrecken. In diesem Zustand haben die Elemente Metall-zu-Metall-Kontakt. Eine ebenfalls nicht dargestellte Klemmeinrichtung wird dann angebracht, um die Elemente fest zusammenzuhalten, und ein Klebstoff, beispielsweise ein Epoxyharz, wird in vertiefte Bezirke oder Aussparungen in den aufeinanderliegenden Flächen der Elemente über geeignete Verbindungskanäle in den Elementen eingespritzt.

Dann wird die aus den Platten und der Montageplattform bestehende Einheit auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt und über einen vorbestimmten Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten, um den Klebstoff auszuhärten, so daß die plattenförmigen Elemente des Ventilgehäuses fest miteinander verbunden ist. Der Klebstoff bildet auch eine Dichtung, wo dies innerhalb des Ventilgehäuses notwendig ist.

Die Arbeitsweise des Ventils 1 ist folgende:

Mit dem strömungshemmenden Organ 30 und dem Anker 38 in ihrer Neutralstellung wird Druckflüssigkeit durch den Einlaßkanal 14 zugeführt, gelangt durch die Öffnungen 21 und

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22 in die Aussparungen 19 und 20 und von dort durch die Düsen 27 und 28 in die Kammer 44, die von der Aussparung 26 im Element 5, dem Durchbruch 29 im Element B, den Schlitzen 33, 34 im Element 7 und dem Durchbruch 39 im Element 8 gebildet ist. Die Flüssigkeit in der Kammer 44 kann durch den Kanal 23 und die Drosselstelle 24 zum Tank abfließen. Da das Organ 30 in· seiner Neutralstellung ist, finden gleiche Strömungen durch die beiden Düsen 27 und 28 statt und somit herrschen stromauf dieser Düsen gleiche Drücke in den Arbeitsanschlüssen 16, 17. Demzufolge ist das durch Flüssigkeitsdruck betätigbare Gerät, das von dem Ventil gesteuert wird, in einer Gleichge-UJ i c h t s s t e 11 u η g .

Wenn nun der elektrische Motor 40 solche elektrischen Signale erhält, daß das Organ aus seiner Neutralstellung gegen die Rückstellkraft der Lagerelemente 35, 36 im Uhrzeigersinn (Fig.4) um 'die Achse 37 schwenkt, wird die Behinderung des Stromes durch die Düse 28 vergrößert und die Behinderung des Stromes durch die Düse 27 verringert, wodurch ein Anstieg des im Anschluß 17 herrschenden Druckes und eine Uerringerung des im Anschluß 16 herrschenden Druckes erzeugt wird. Das angeschlossene Gerät wird demzufolge entsprechend diesen Druckverhältnissen in den Anschlüssen 16 und 17 betätigt. UJenn der elektrische Motor 40 umgekehrt solche elektrischen Signale erhält, daß das Organ aus seiner Neutralstellung entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 37 geschwenkt wird, steigt der Druck in dem Anschluß 16, während der Druck im Anschluß 17 absinkt, so daß das angeschlossene Gerät im umgekehrten Sinn betätigt wird.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 hat das dargestellte Element 50, das dem Element 7 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, wiederum ein rechteckiges, strömungshemmendes Organ 51, das mit Element 50 einstückig und durch Einschnitte 52 und 53 gebildet ist, die außerdem zwei Lager« elemente 54 und 55 wie beim ersten Ausführungsbeispiel erzeügen.

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Das Ventil mit dem plattenförmigen Element 50 gemäß Fig. B soll die erste Stufe eines zweistufigen elektrohydraulischen Servoventils bilden. In diesem Fall sind zwei nicht dargestellte Arbeitsanschlüsse, ähnlich den Arbeitsanschlüssen 16, 17 der ersten Ausführung, jeweils mit einer nicht dargestellten Kammer in Verbindung^· die jeweils an einem Ende eines nicht dargestellten Kolbenschiebers vorgesehen sind, der das bewegliche Element der zweiten Stufe des Servoventils bildet. Ein Rückkopplungsstift 56 ist an der Unterseite des strömungshemmenden Organs durch geeignete Verfahren, wie Hart- oder Weichlöten oder dadurch angebracht, daß ein Loch im Organ 51 vorgesehen ist, in welchem der Stift mechanisch festgehalten ist. Die Befestigungsstelle liegt in der Ebene der Schwenkachse 57 der Lagerele- mente 54, 55. Das freie Ende 58 des Rückkopplungsstiftes ist kugelförmig und dazu bestimmt, reibungsarm in eine entsprechende Aussparung in dem Kolbenschieber der zweiten Stufe des Servoventils einzugreifen. Der Rückkopplungsstift 56 erstreckt sich durch geeignete Öffnungen in den plattenförmigen Elementen des Gehäuses der ersten Ventilstufe und in das Gehäuse der zweiten Ventilstufe. Diese Öffnungen können mittels einer der vorstehend erwähnten Verfahren hergestellt sein. Im Betrieb des zweistufigen elektrohydraulischen Servouentils werden Rückkopplungssignale, die proportional der axialen Verschiebung des Kolbenschiebers sind, durch den Stift 56 auf das Organ 51 übertrag&n.

Obgleich in den v/orher beschriebenen Ausführungen die strömungshemmenden Organe 30, 51 jeweils mit zwei Düsen zusam" menwirken, ist bei anderen Ausführungen der Erfindung nur eine Düse vorgesehen, mit der das Orgart zusammenwirkt und in diesem Fall hat dieses Organ eine entsprechende Form und ist entsprechend schwenkbar gelagert und in Richtung auf die Düse federbelastet',

Die plattenförmigen Elemente des Gehäuses können außer durch Klebung auch durch andere Mittel, beispielsweise durch Hartlöten, durch Schmeißen oder mechanisch miteinander verbunden werden, und es kann eine Abdichtung zwischen benachbarten plattenförmigen Elementen dadurch bewirkt werden* daß elastomere Dichtungen in entsprechend angeordneten, chemisch geätzten Aussparungen vorgesehen sind.

Die Eingangssignale für das Ventil brauchen auch nicht von einem elektrischen Motor abgeleitet zu werden, sondern es können andere Betätigungsvorrichtungen vorgesehen werden, die beispielsweise pneumatische, hydraulische oder mechanische Eingangssignale erhalten.

Claims (16)

Patentansprüche

1. Strömungsmittelventil mit einem Gehäuse aus einer Mehrzahl von auf ein.anderliegenden plattenförmigen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß eines (5) der Elemente mit mindestens einer Düse (27,28) versehen ist, daß das Gehäuse (2) mit einer von Aussparungen, Öffnungen oder Durchbrüchen in einigen (B bis 8) der Elemente gebildeten Kammer (44) versehen ist, in welche sich die Düse (27,28) öffnet, und in der ein strörnungshernmendes* von BetMtigungsmi tteln (40) betätigbares Organ (30) in Lamellenform angeordnet, ist, das mit der Düse (27,28) zusammenwirkt und von Lagerelementen (35,36) getragen ist, um deren Achse (37) das Organ (30) durch die Betätigungsmittel · (40) schwenkbar ist, um die Strömung durch die Düse in die Kammer (44) zu verändern und damit den in mindestens einem Arbeitsanschluß (16,17) des Ventils herrschenden Druck zu steuern»

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (35,36) ebenfalls lamellenförmig sind und die gleiche oder im wesentlichen die gleiche Dicke haben wie das strömungshemmende Organ (30).

Bankverbindung: Hypobank Gauting Konto-Nr. 3 750123 448 (BLZ 700 260 01)

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Element (5) mit zwei Düsen (27,28) uersehen ist und daß die Achse (37) der Lagerelemente (35,3B) quer zur Längserstreckung des strömungshemmenden Organs (30) und in einer Ebene in der Witte zwischen den beiden Düsen (27,28) angeordnet ist, so daß ein Oberflächenabschnitt (31) des Organs (30) mit der einen Düse (27) und ein anderer Oberflächenabschnitt (32) mit der anderen Düse (28) zusammenwirkt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (35,36) mit dem strömungshemmenden Organ (30) einstückig sind und sich v/on diesem seitlich erstrecken und zwischen den benachbarten plattenförmigen Elementen (B,8) liegen.

5. Ventil.nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemeate (35,3B) aus einem Material bestehen, das die Wirkung einer Torsionsfeder auf das Organ (30) hat.

* 6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel einen elektrischen Motor (40) aufweisen·.

7. Ventil nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsglied (Anker 38) des elektrischen Motors (40) mit dem strömungshemmenden Organ (30) verbunden ist.

8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Düse (27,28) auf ihrer stromauf gelegenen Seite durch Kanäle (19,20) und Öffnungen (21,22) in einigen der plattenförmigen Elemente mit einer Druckmittelquelle und auch mit einer uon dem Ventil steuerbaren, durch das Druckmittel betätigbaren Einrichtung verbindbar ist, während die bzw. jede Düse auf ihrer stromab gelegenen Seite mit einem Auslaß verbunden ist-

9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente (3 bis 9) aufeinanderliegend durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente (3 bis 9) aufeinanderliegend durch ein metallisches Verbindungsverfahren miteinander verbunden sind.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente durch Weich- oder Hartlöten miteinander verbunden sind.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente (3 bis 9) mechanisch miteinander verbunden sind.

13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den plattenförmigen Elementen Elastomer-Dichtungsmittel in chemisch geätzten Aussparungen vorgesehen sind.

14. Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmittelventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Mehrzahl von plattenförmigen Elementen jeweils mit dem benötigten Profil hergestellt wird,

b) ein strömungshemmendes Organ in der erforderlichen Form zusammen mit seinen Schuenklagerungen hergestellt wird,

c) einige der plattenförmigen Elemente mit Aussparungen von benötigter Größe und Form versehen werden,

d) einige der plattenförmigen Elemente mit Ourchbrüchen von benötigter Form und Größe versehen werden,

e) ein plattenförmiges Element mit mindestens einer Düse versehen wird,

f) die Elemente auf einer Basis zusammen mit dem strömungshemmenden Organ und dessen Schiiienklagerungen aufeinandergestapelt werden,

g) dann die Elemente auf der Basis zusammengeklemmt uerden, h) darauf die zusammengeklemmten Elemente einem Verfahren unterworfen werden, durch das sie so miteinander verbunden werden, daß ein lamelliertes Gehäuse gebildet wird, und

i) schließlich die vereinigten Elemente zusammen mit dem strömungshemmenden Organ und dessen Schwenklagerung uon der Basis abgenommen wird.

15. V/erfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahrensschritt, mit dem die plattenförmigen Elemente miteinander verbunden werden, ein Klebstoff in mindestens einige der Öffnungen und in mindestens einige der Aussparungen eingespritzt wird und die vereinigten Elemente über einen vorbestimmten Zeitraum auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden, um den Klebstoff auszuhärten.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das mindestens zweistufig ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem strömungshemmenden Organ (51) ein Rückkopplungsstift (56) angebracht ist, der reibungsarm mit einem beweglichen Element der zweiten Stufe des Ventils zusammenwirkt.