R Z E C Z P O S P O L IT A P O L S K A (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 157579 (13) B1 Numer zgłoszenia: 275616 (51) IntC l5: F15B 13/02 U rz ą d P a te n to w y @ D ata zgłoszenia: 04.11.1988 R zeczy p o sp o lite j P olskiej (54)Zaw ór ciśnieniowy (73)Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: (72) Tw órcy wynalazku: 1 4.0 5.1 9 9 0 B U P 1 0 /9 0 Wiesław Szenajch, Warszawa, PL Janusz Koprzywa, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 3 0.0 6.1 9 9 2 W U P 0 6 /9 2 PL 157579 B1 Zaw ór ciśnieniowy posiadający umieszczone (57)w kanale głów nym zaw ieradło grzybkowe lub element dławiący sterowany zewnętrznym sygnałem ciśnieniowym i kanał bocznikujący łączący kanał główny z zespołem napędzanym, znamienny tym, że kanał bocznikujący (10) jest umieszczony poza osią otw oru wylotowego (6) kanału głównego (4), a pom iędzy kanałem bocznikującym (10) i otworem wylotow ym (6) kanału głównego (4) jest umieszczony w korpusie (1) zaworu ciśnieniowego zaw ór szybkiego spustu, korzystnie w postaci kom ory (7), współosiowej z otw orem wylotowym (6) oraz o średnicy większej od średnicy tego otw oru (6), posiadającej na przeciwnym końcu niż otw ór wylotowy (6) z kanału głównego (4) otw ór wylotowy (20) do atm osfery, w której to kom orze (7) um ieszczona jest uszczelka wargowa (8) z luzem poosiowym, umożliwiającym jej zajmowanie dwóch skrajnych położeń, przy czym zawieradło grzybkowe (3) lub element dławiący (14) m ają od strony pow ierzchni czołowej zawór zwrotny łączący kanał główny (4) zasilany przewodem doprow adzającym sprężone pow ietrze o ciśnieniu (P 1) z otw orem wylotowym (6) do kom ory (7) zaworu szybkiego spustu.
ZAWÓR CIŚNIENIOWY Z a s t r z e ż e n i e p a t e n t o w e Zawór ciśnieniowy posiadający umieszczone w kanale głównym zawieradło grzybkowe lub element dławiący sterowany zewnętrz nym sygnałem ciśnieniowym i kanał bocz nikujący łącz ą- cy kanał główny z z espołem napędzanym, z n a m i e n n y t y m, że kanał bocznikujący /1 0/ jest umieszczony poza osią otworu wylotowego / 6 / kanału głównego /4 /, a pomiędzy kanałem bocznikującym /1 0/ i otworem wylotowym / 6 / kanału głównego / 4 / jest umiesz czony w korpusie / 1/ zaworu ciśnieniowego zawór szybkiego spustu, korzystnie w postaci komory /7 /, współosiowej z otworem wylotowym /6 / oraz o średnicy większej od średnicy tego otworu / 6 /, posiadającej na przeciwnym końcu niż otwór wylotowy / 6 / z kanału głównego / 4 / otwór wylotowy / 2 0/ do atmosfery, w której to komorze /7 / umieszczona jest uszczelka wargowa / 8 / z luzem poosiowym, umożliwiającym jej zajmowanie dwóch skrajnych położeń, przy czym zawiaradło grzybkowe /3 / lub element dławiący / 14 / mają od strony powierzchni czołowej zawór zwrotny łącz ący kanał główny /4 / zasilany przewodem doprowadzającym sprężone powietrze o ciśnieniu / P 1/ z otworem wylotowym / 6 / do komory /7 / zaworu szybkiego spustu. * * * Przedmiotem wynalazku jest zawór ciśnieniowy o budowie umożliwiającej zmniejszanie zużycia energii sprężonego powietrza w pneumatycznych układach napędowych. Głównym źródłem osz c z ędności energii w układach napędowych jest zmniejszanie jej zużycia przy r e a l i za c ji ruchów j ałowych elementów wykonawczych. Dotychczas pneumatycz ne energooszczędne układy napędowe realizowane są najcz ęściej dwoma sposobami: jako układy zbudowane ze standardowych elementów pneumatycznych lub jako układy wykorzystujące specjalne pneumatyczne elementy energooszczędne. Układy pierwszego rodzaju charakteryzują się dużym stopniem skomplikowania i są układami drogimi. Zawory ciśnieniowe energooszczędne wbudowywane są w instalację pneumatyczną na drodze pomiędzy elementem wykonawczym, na przykład siłownikiem, silnikiem pneumatycznym a zaworem rozdzielającym sterującym kierunkiem przepływu sprężonego powietrza do elementu wykonawczego. Znane są zawory energooszczędne, na przykład firmy Legris, które zbudowane są w postaci zaworu różnicowego posiadającego zawór zwrotny umieszczony w kanale bocznikującym kanał główny zaworu. Na grzybek zaworu różnicowego osadzony w kanale głównym działa z jednej strony siła od ciśnienia wejściowego p1, natomiast z drugiej strony siła od ciśnienia wyjściowego p2 i siła sprężyny powrotnej. Wartość ciśnienia wyjściowego można nastawiać przez napinanie sprężyny powrotnej za pomocą pokrętła regulacyjnego. Przepływ powietrza w kierunku przeciwnym odbywa się w tych zaworach przez bocznikujący zawór zwrotny, którego głównym elementem jest cylindryczna uszczelka osadzona na przewodzie bocznikującym, wyposażonym w rozmieszczone na obwodzie otwory wylotowe. W przypadku, gdy ciśnienie p2 podawane do odbiornika jest mniejsze od ciśnienia zasilającego p 1, uszczelka zamyka przepływ sprężonego powietrza przez otwory obwodowe przewodu bocznikującego. Natomiast gdy ciśnienie p2 jest większe od p 1, to cylindryczne ścianki uszczelki odchylają się od ścianek przewodu bocznikującego umożliwiając przepływ sprężonego powietrza do atmosfery przez wszystkie elementy pneumatyczne układu napędowego. Zawór o wyżej przedstawionym sposobie działania może być wykonany w odmianie ze sterowaniem automatycznym, w której zawór różnicowy zostaje zastąpiony zaworem dławiącym. Położenie elementu dławiącego tego zaworu umieszczonego w jego kenale głównym ustalane jest przy pomocy śruby regulacyjnej. Na elemencie dławiącym osadzony jest tłok wyodrębniający komorę zasilaną zaworem, przez który przesyłany jest sygnał sterujący ps.
157 579 3 Takie rozwiązanie umożliwia regulację natężenia przepływu sprężonego powietrza i zapewnia ustalenie się na wyjściu zaworu wartości ciśnienie wynikającej z aktualnego obciążenia elementu wykonawczego, który zasilany jest przez ten zawór. Wadą powyższych zaworów jest to, że powietrze zużyte wraca w nich przez cały układ do atmosfery, co znacznie zwiększa czas opróżniania układu. W rozwiązaniu według wynalazku zawór ciśnieniowy ma kanał bocznikujący umieszczony poza osią otworu wylotowego z kanału głównego a pomiędzy kanałem bocznikującym i kanałem głównym ma zawór szybkiego spustu. Zawór ten ma postać korzystnie komory współosiowej z otworem wylotowym kanału głównego o średnicy większej od średnicy tego otworu. Komora zakończona jest otworem wylotowym do atmosfery, a na bocznej ściance ma ujście do kanału bocznikującego. W komorze umieszczona jest uszczelka wargowa, usytuowana w niej z luzem poosiowym umożliwiającym uszczelce zajmowanie dwóch skrajnych położeń: pierwszego, w którym uszczelka odcina dojście do otworu wylotowego kanału głównego i odsłania otwór wylotowy do atmosfery komory i drugiego, w którym uszczelka zamyka otwór wylotowy do atmosfery z równoczesnym otwarciem drogi z komory do kanału bocznikującego. Zawieradła zaworu, które mogą mi eć postać grzybka lub elementu dławiącego mają od strony przewodu doprowadzającego sprężone powietrze, zawór zwrotny łącz ący kanał główny zaworu z otworem wlotowym do komory zaworu szybkiego spustu. W zaworze według wynalazku powietrze zużyte w elemencie napędzanym przekazywane j est do atmosfery z pominięciem elementów układu napędowego. Daje to krótsze czasy opróżniania układu, umożliwiając jego szybszą pracę. Umieszczony w grzybku lub elemencie dławiącym zaworu zawór zwrotny działa tylko w przypadku kiedy grzybek lub element dławiący zamyka przepływ przez kanał główny. Gwarantuje to niezawodność zadziałania zaworu szybkiego spustu. Wynalazek zostanie bliżej przedstawiony w przykładach wykonania uwidocznionych na rysunku, na którym fig. 1 ukazuje w przekroju zawór ciśnieniowy z zaworem grzybkowym, fig. 2 - szczegół "A" z fig. 1, fig. 3 - przekrój zaworu z elementem dławiącym, którego położenie nastawiane jest zewnętrznym sygnałem ciśnieniowym, a fig. 4 - szczegół "B" z fig. 3. Na figurach 5 i 6 pokazano układy, w których wykorzystano zawory według wynalazku. Zawór ciśnieniowy przedstawiony na fig. 1 ma w korpusie 1 osadzoną tuleję zaworową 2 zakończoną gwintem przyłączeniowym. W tulei 2 osadzony jest zawór grzybkowy 3 dociskany do gniazda otworu wlotowego sprężyną 5. Nacisk sprężyny 5 regulowany jest wkrętem regulacyjnym 22. Zawór grzybkowy 3 znajduje się w kanale głównym 4 zaworu. Kanał 4 ma wyjście w postaci otworu wylotowego 6 umieszczonego na obwodzie tulei 2. Otwór wylotowy 6 łączy kanał główny 4 zaworu z komorą 7 wykonaną w korpusie 1 współosiową z otworem 6. Komora 7 ma średnicę większą niż otwór wylotowy 6 i zakończona jest otworem wylotowym 20 łączącym wnętrze komory 7 z atmosferą. Otwór wylotowy 20 znajduje się we wkrętce wkręcanej w korpus 1. Komora 7 ma dwustopniową średnicę i umieszczona jest w niej pomiędzy ścianką komory 7, w której znajduje się wybranie łączące komorę 7 z otworem wylotowym 6 a czołem wkrętki 9, uszczelka wargowa 8. Większa średnica komory 7 znajduje się od strony wkrętki 9 i uszczelka 8 skierowana jest swą kształtową powierzchnią w stronę czoła wkrętki 9. Uszczelka 8 w czasie tłoczenia sprężonego powietrza z komory głównej 4 dociskana jest ciśnieniem p1 do czoła wkrętki 9 zamykając otwór wylotowy 20. Powietrze dostaje się do kanału bocznikującego 10, przemieszczając się dookoła odkształconej wargi uszczelki 8 i poprzez otwór wylotowy 21 podawane jest do przewodu transportującego je do odbiornika. Przepływ powietrza od odbiornika do atmosfery odbywa się, gdy uszczelka 8 pod wpływem ciśnienia p2 większego od p1, w czasie ruchu powrotnego elementu napędzanego 26 dociskana jest do ścianki komory 7, w której znajduje się otwór 6 łączący komorę 7 z kanałem głównym 4 zaworu 23, 25. Następuje wtedy zamknięcie otworu wylotowego 6 i sprężone powietrze znajduje ujście poprzez otwór 20 do atmosfery.
4 157 579 W ten sam sposób działa zawór przedstawiony na fig. 3 w którym zamiast zawieradła grzybkowego 3 w tulei 2 znajduje się element dławiący 14. Zawór przedstawiony na fig. 3 ma na elemencie dławiącym 14 osadzony tłok 15 napędzany ciśnieniem Ps podawanym przez kanał 16 wykonany w korpusie 1 oraz otwór 17 tulei 2. Położenie elementu dławiącego 14 ustalane jest za pomocą wkładki 19 i elementu ustalającego 18. Zawory według wynalazku mają zawieradła w postaci grzybka 3 lub elementu dławiącego 14 wyposażone w kulkowe zawory zwrotne. Zawór zwrotny każdego z zawieradeł umieszczony jest od strony przewodu doprowadzającego ciśnienie P1 i składają się z wkrętki 13, sprężyny 12 i kulki 11. Przepływ powietrza przez zawór zwrotny występuje przy spadku wartości ciśnienia P1, w chwili, gdy grzybek 3 lub element dławiący 14 zamyka przepływ powietrza przez zawór. Dzięki temu powstaje różnica ciśnień działających po obu stronach uszczelki wargowej 8, powodujące przemieszczanie jej w prawo i otwarcie przepływu powietrza od odbiornika do atmosfery przez odsłonięcie otworu wylotowego 20. Przykładowe układy ze schematycznie przedstawionymi zaworami energooszczędnymi według wynalazku uwidoczniono na figurach 5 i 6 rysunku. Układ z figury 5 z zaworem 23 umożliwia nastawianie różnych wartości ciśnienia P1 i P2 dla ruchu roboczego i jałowego. Wykorzystanie zaworu energooszczędnego 25 ze sterowaniem automatycznym przedstawionego na fig. 6 daje największe oszczędności, gdyż pracuje on w układzie z dławikiem na wlocie. Zapewnia to samoczynne ustalenie się ciśnienia P2 w komorze siłownika 26, którego wartość wynika z aktualnego obciążenia siłownika 26. Sygnał sterujący Ps podawany jest od łącznika drogowego 27 i powoduje on zamknięcie zaworu 25. Łącznik drogowy 27 może być umieszczony na końcu skoku siłownika 26 lub przed jego skrajnym położeniem. W pierwszym przypadku ciśnienie P2 panujące w trakcie ruchu tłoku siłownika 26 jest utrzymywane na niezmienionej wartości również po dojściu tłoka do położenia skrajnego. W drugim przypadku następuje rozprężanie się powietrza w komorze siłownika 26 do wartości P2' P2, która zapewnia jeszcze osiągnięcie przez tłok skrajnego położenia.
157 579 16 10 17 18 19 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 5000 zł.