DE3519034A1

DE3519034A1 - Vorgesteuertes ventil in rohrflanschbauweise

Info

Publication number: DE3519034A1
Application number: DE19853519034
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Epe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1985-05-25
Publication date: 1986-11-27
Also published as: US4651768A; DE3519034C2

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein vorgesteuertes Ventil in Rohrflanschbauweise, - mit

zylindrischem Gehäuse,
querschnittsgesteuertem Strömungskanal, Ventilsitzelement,
Ventilkörper und

zumindest einem in eine radiale Bohrung des Gehäuses eingesetzten Hilfsventil,

wobei das Ventilsitzelement mit Hilfe von zumindest einem Halteelement (im eingebauten Zustand des Ventils) mit dem Gehäuse verbunden ist, und wobei das Hilfsventil einen federbelasteten Hilfsventilkörper mit zugeordnetem Hilfsventilsitz aufweist sowie über das Hilfsventil ein Steuerstrom geführt ist, der eine Drosseleinrichtung passiert.

Bei dem (aus der Praxis) bekannten, vorgesteuerten Ventil ist das Ventilsitzelement eine Platte, die in das Gehäuse eingesetzt ist. Der Ventilkörper ist ein Kolben, der in einem besonderen Führungszylinder geführt ist, der seinerseits mit zumindest einem Steg mit dem Gehäuse verbunden ist. Das ist in fertigungstechnischer Hinsicht aufwendig und in funktioneller Hinsicht insofern in erheblichem Maße nachteilig, als die Drosselstrecke von einer Drosselbohrung gebildet wird, die zu Verschmutzungen neigt. Hinzu kommen wegen fehlender Radialsymmetrie ungleichmäßige Verformungen und komplizierte Strömungsführung. Darüber hinaus besteht keine Möglichkeit, die dem

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Ventil eigene und durch die Bauweise, einschließlich des Hilfsventils, insgesamt vorgegebene Regelkennlinie betriebsmäßig zu verändern. Daran ändert die Tatsache nichts, daß die Federbelastung des Hilfs· ventilkörpers veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ventil zu schaffen, daß sich durch in fertigungstechnischer und funktioneller Hinsicht vereinfachte Bauweise ebenso wie durch Radialsymmetrie, optimale Strömungsführung und Selbstreinigung auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Ventilsitzelement als Pilzelement ausgeführt ist, dessen Pilzkopf einen als Sitzfläche ausgebildeten Rand aufweist und dessen Pilzstiel an zumindest einen Haltesteg angeschlossen ist, daß der Ventilkörper als federbelasteter, im Gehäuse geführter Zylinderkolben ausgeführt ist, dessen Zylinderraum den Strömungskanal bildet, der mit einem Innenbund auf die Sitzfläche des Pilzkopfes aufsetzbar ist und der mit einem äußeren Rand gegenüber dem Gehäuse einen Ringspalt und damit die Drosseleinrichtung bildet. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß eine absolute Radialsymmetrie erreicht wird, aus der gleichmäßige Verformung unter Druck resultiert. Darüber hinaus wird eine vereinfachte Strömungsführung bei verhältnismäßig großem Ventilsitzdurchmesser mit geringerem Druckabfall erreicht. Die nunmehr als Ringspalt ausgebildete Drosseleinrichtung sorgt für eine verbesserte Reinigungswirkung. In bezug auf das pilzkopfförmige Ventilsitzelement wird eine gleichsam federnde Aufhängung verwirklicht, die vor der Ventilöffnung durch die daraus resultierende Druckreduzierung im Zwischendruckraum eine Mikrobewegung des rohrförmigen Zylinderkolbens besorgt und dadurch Klebeeffekte aufhebt. Eine Verschmutzung der Drosseleinrichtung und eine Beseitigung von Klemmeffekten wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er-

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findung, der selbständige Bedeutung aber auch Bedeutung in Kombination mit den beanspruchten Merkmalen zukommt, dadurch erreicht, daß der Zylinderkolben mit Hilfe eines Stelltriebes um seine Zylinderkolbenachse drehbar und dadurch zugleich eine Regelkennlinie veränderbar ist, weil der Zylinderkolben erfindungsgemäß in seiner Außenoberfläche zumindest eine hauptsächlich in Umfangsrichtung verlaufende Regelkennlinien-Steuerkurve mit zugeordnetem, im Gehäuse liegendem Steuerbolzen aufweist. Je nach dem Medium, für das das Ventil eingesetzt werden soll, ist zweckmäßigerweise das Pilzelement als federnder Ventilsitz ausgebildet. Der Zylinderkolben kann durch eine Abdichtungsmembran federbelastet sein. Nach bevorzugter Ausführungsform weist der Zylinderkolben im Bereich des Innenbundes den äußeren Rand der Drosseleinrichtung auf, wobei dieser äußere Rand mit einer umlaufenden Zahnprofilierung versehen ist. Von besonderem Vorteil in regeltechnischer Hinsicht ist eine Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Steuerbolzen zugleich als Hilfsventilsitz des Hilfsventils ausgeführt und über eine Einstellvorrichtung, die den Hilfsventilkörper bildet, zusätzlich einstellbar ist.

Im Rahmen der Erfindung bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Ausbildung des Stelltriebes für den Zylinderkolben. Im einfachsten Falle ist der Stelltrieb des Zylinderkolbens als Stellschraube ausgeführt, die mit einer Verzahnung am Außenumfang des Zylinderkolbens kämmt. Es empfiehlt sich, die Drosseleinrichtung mit einer Schutzblende zu versehen, die im Zylinderkolben eine Verlängerung des Ringspaltes der Drosseleinrichtung bildet. Dadurch wird der Reinigungseffekt noch erhöht.

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Im folgenden werden die Erfindung und die durch die Erfindung erreichten Vorteile anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils mit zusätzlichen Funktionen.

Das in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Ventil besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, in dem der rohrförmige Ventilkörper 2 drehbar und gegen das Ventilsitzelement 3 axial verschiebbar gelagert ist. Dieses Ventil ist für nichtschmierende, niederviskose Medien konzipiert, da die Hauptdichtstelle am Ausgang mit einer Abdichtungsmembran 4 versehen ist, die einerseits an einer zwischen Gehäuse 1 und Rohrflansch 5 festgeklemmten Platte 6 befestigt ist, und andererseits über einen Dichtring 7 drehbar mit dem als Zylinderkolben 2 ausgebildeten Ventilkörper 2 in Verbindung steht, wobei die Passung 8 zwischen Zylinderkolben 2 und Gehäuse 1 lediglich der Gleitführung dient; die andere schiebende Begrenzung des Zwischendruckraumes 9 muß für die Speisung der Vorsteuerung leckbehaftet sein, hierzu bildet das Spiel zwischen Zylinderkolben 2 und Gehäuse 1 die Zulaufdrosselung 10 in Form eines Ring-

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Spaltes, die zwecks Widerstandserhöhung bei großem Spiel aus einer Zahnprofilierung 11 besteht, wobei die genaue Führung durch die Nocken 12 wahrgenommen wird. Die Schutzblende 13 verhindert den Schmutzeintritt in den Ringspalt 10, da jede Ansammlung von Fremdkörpern an der Einlaufkante 14 beim Öffnen des Ventils durch die Strömungskräfte infolge hoher Strömungsgeschwindigkeiten weggefegt wird. Das Ventilsitzelement ist als Pilzelement 3 ausgeführt, dessen Pilzkopf 3' einen als Sitzfläche 3^I! ausgebildeten Rand aufweist und dessen Pilzstiel 3^MI an zumindest einen Haltesteg 26 angeschlossen ist. Der Ventilkörper ist als federbelasteter, im Gehäuse 1 geführter Zylinderkolben 2 ausgeführt, dessen Zylinderraum den Strömungskanal K bildet, der mit einem Innenbund 2' auf die Sitzfläche 3^M des Pilzkopfes 3' aufsetzbar ist und der mit einem äußeren Rand 2'¹ gegenüber dem Gehäuse 1 einen Ringspalt 10 und damit die Drosseleinrichtung bildet. Der Zylinderkolben 2 weist in seiner Außenoberfläche zumindest eine hauptsächlich in Umfangsrichtung verlaufende Regelkennlinien-Steuerkurve S mit zugeordnetem, im Gehäuse 1 liegendem Steuerbolzen 18 auf, wobei der Zylinderkolben 2 mit Hilfe eines Stelltriebes 19 um seine Zylinderkolbenachse Z drehbar sowie dadurch die Regelkennlinie veränderbar ist.

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Die Vorsteuerung der Fig. 1 koppelt über den durch die Feder 17 belasteten Steuerbolzen 18 die Stellung des Zylinderkolbens 2 an die Vorgabe eines Stellstiftes 15 des Antriebes (hier dargestellt als pneumatischer Membranantrieb 16) derart, daß je nach Winkelstellung des Zylinderkolbens 2 eine in dessen Mantelfläche eingearbeitete Regelkennlinien-Steuerkurve S mit spiralförmigem Verlauf das Öffnungsgesetz des Ventiles bezüglich des Stellstiftes 15 bestimmt. Somit kann von außen und während des Betriebes (bei geöffnetem Ventil) durch Drehung der mit einer Verzahnung 2^1M am Zylinderkolben 2 in Eingriff stehenden Stellschraube 19 jegliche Übertragungsvariante z. B. zwischen linear und gleichprozentig angewählt werden, je nach Reaktion des ganzen Regelsystems, ähnlich wie bei einem hydraulischen Kopierer wird der Zylinderkolben 2 den Bewegungen des Stellstiftes 15 folgen, gesteuert durch den vom Hilfsventil 20 modulierten und von der Zulauf drosselung 10 dosierten Steuerstrom, der sich über die Öffnung 21 wieder mit dem Hauptstrom am Ausgang des Ventiles vereint.

Der gleiche Gewindeanschluß 22, der in Fig. 1 den Membranantrieb 16 aufnimmt, kann auch mit einer Vielfalt von fremd- und eigengesteuerten Regeleinsätzen bestückt werden, z. B. mit dem Druckminderer 23 oder der Stromregler/Überströmventil-Kombination 24 der Fig. 4. Ebenso können mittels mehreren Gewindeanschlüssen 22 im gleichen Gehäuse 1 Paarungen von Funktionen realisiert werden (z. B. Fremdsteuerung plus Druckminderer oder Fremdsteuerung plus Überströmen usw.), dies ohne das Ventil je von seiner Rohrflanschverbindung zu lösen.

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Vorgesteuerte Ventile sollen feinfühlig arbeiten und schon mit dem durch die Rückholfederung des Zylinderkolbens 2 (in Fig. 1 durch die Federwirkung der Abdichtungsmembran 4 verwirklicht, in Fig. 4 nicht dargestellt) hervorgerufenen Druckabfall zuverlässig arbeiten. Diese kleinen Kräfte reichen oft infolge Klebe-Effekten nicht aus, um das rohrförmige Ventil 2 aus der geschlossenen Stellung zu lösen. Abhilfe ist hier systembedingt durch die Elastizität des Sitzflansches 25 insbesondere an der Stegstelle 26 zwischen den Einlaßöffnungen 27 gegeben: Bei geschlossenem Vorsteuerventil (sei es mit der Fremdsteuerung die Ventilstelle des Hilfsventils 20, beim Druckminderer der Ventilkegel 28 oder beim Überströmventil der Ventilstift 29) baut sich im Zwischendruckraum 9 der volle Zulauf druck auf, dementsprechend wird das Pilzelement 3 belastet; beginnt nun allmählich ein Vorsteuerstrom zu fließen, so sinkt der Zwischendruck auf den Gleichgewichtswert ab, der durch die Flächenverhältnisse der Druckbeaufschlagungen bestimmt wird; hierdurch federt die Sitzfläche 3'' zurück und bewegt den Zylinderkolben 2 schon bevor er von der Sitzfläche 3^M abhebt, so daß allfälliges Kleben an den Seitenwänden aufgelockert wird.

Die Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Ausführung des Zylinderkolbens 2 und des Gehäuses 1 ohne Abdichtungsmembran 4 für viskose Medien. In der gleichen Darstellung werden Ausführungsbeispiele von eigengesteuerten Vorsteuereinsätzen gezeigt, und zwar die Druckminderung 23 und das Überströmen mit Stromregelung 24: Bei der Druckminderung schließt der auch als Feder wirkende Balg 30 (auf Umweltdruck gelüftet) den Ventilkegel 28 bei steigendem Druck im Rücklauf, wobei der Balg 31 (auf Zwischendruck gehalten durch die Bohrung 32) lediglich der Druckkraftkompensierung am Ventilkegel 28 dient; somit wird der Druck am Ausgang durch die Federkrafteinstellung an den Blägen 30, 31 über den Drehstift 33 vorgegeben, das

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rohrförmige Ventil pendelt sich entsprechend dieser Sollwerteinstellung ein; die Dichtkappe 34 dient zugleich als Gegenmutter.

Im Zusammenspiel mit der Meßblende 35 sorgt die sogenannte Druckwaage, bestehend aus Ringkolben 36 und Fesselfeder 37, durch Abdecken der Zwischendruckraum-Entlüftung 38 für einen konstanten Strom durch den Zylinderkolben 2, indem der Druckabfall an der Blende 35 unverändert bleibt, wobei der Blendenzulauf druck über das Bohrungssystem 39 der Stirnseite des Ringkolbens 36 zugeführt wird. Mit dem Stromregler kombiniert ist hier ein einfaches Überdruckventil, bestehend aus dem durch die Feder 40 vorgespannten Ventilstift 29, der den Zylinderkolben 2 in Öffnungsstellung bringt, sobald die Zulauf druckkraft am Ventilstift 29 die am Drehstift 41 eingestellte Federvorspannung 40 übersteigt. Auch hier dient die Dichtkappe 42 zugleich als Gegenmutter. Die beschriebene "IN-LINE"-Bauart ermöglicht außerordentlich günstige Druckabfallwerte, da in geöffneter Stellung die Umlenkungen minimal sind; außerdem bietet diese radialsymmetrische Ausgestaltung den Vorteil preisgünstiger Fertigung (vorwiegend Drehteile) und großer Druckfestigkeit (gleichmäßige Verformungen unter Druck).

Claims

Andrejewski, Honke & Partner

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-I ng. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte:

62 563/P1-

4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254

18. April 1985

Patentanmeldung Dipl.-Ing. Alfred Epe Winkhauser Weg 148 4330 Mülheim

"Vorgesteuertes Ventil in Rohrflanschbauweise"

P atentansprüche:

Vor gesteuertes Ventil in Rohrflanschbauweise, - mit

zylindrischem Gehäuse,

querschnittsgesteuertem Strömungskanal,

Ventilsitzelement,

Ventilkörper und

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zumindest einem in eine radiale Bohrung des Gehäuses eingesetzten Hilfsventil,

wobei das Ventilsitzelement mit Hilfe von zumindest einem Halteelement mit dem Gehäuse verbunden ist, und wobei das Hilfsventil einen federbelasteten Hilfsventilkörper mit zugeordnetem Hilfsventilsitz aufweist sowie über das Hilfsventil ein Steuerstrom geführt ist, der eine Drosseleinrichtung passiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzelement als Filzelement (3) ausgeführt ist, dessen Pilzkopf (3¹) einen als Sitzfläche (3^M) ausgebildeten Rand aufweist und dessen Pilzstiel (3¹¹¹) an zumindest einen Haltesteg (26) angeschlossen ist, daß der Ventilkörper als federbelasteter, im Gehäuse (1) geführter Zylinderkolben (2) ausgeführt ist, dessen Zylinderraum den Strömungskanal (K) bildet, der mit einem Innenbund (2¹) auf die Sitzfläche (3¹¹) des Pilzkopfes (3¹) aufsetzbar ist und der mit einem äußeren Rand (2^!l) gegenüber dem Gehäuse (1) einen Ringspalt (10) und damit die Drosseleinrichtung bildet.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkolben (2) in seiner Außenoberfläche zumindest eine hauptsächlich in Umfangsrichtung verlaufende Regelkennlinien-Steuerkurve (S) mit zugeordnetem, im Gehäuse (1) liegendem Steuerbolzen (18) aufweist, und daß der Zylinderkolben (2) mit Hilfe eines Stelltriebes (19) um seine Zylinderkolbenachse (Z) drehbar sowie dadurch die Regelkennlinie veränderbar ist.

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3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilzelement (3) als federndes Ventilsitzelement ausgebildet ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkolben (2) durch eine Abdichtungsmembran (4) federbelastet ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkolben (2) im Bereich des Innenbundes (2¹) den äußeren Rand (2^M) der Drosseleinrichtung aufweist und daß dieser äußere Rand (2¹¹) mit einer umlaufenden Zahnprofilierung (11) versehen ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbolzen (18) zugleich als Hilfsventilsitz des Hilfsventils (20) ausgeführt und über eine Einstellvorrichtung (15), die den Hilfsventilkörper bildet, zusätzlich einstellbar ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltrieb des Zylinderkolbens als Stellschraube (19) ausgeführt ist, die mit einer Verzahnung (2¹¹¹J am Außenumfang des Zylinderkolbens (2) kämmt.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung eine Schutzblende (13) mit Abstreifwirkung aufweist, die im Zylinderkolben (2) eine Verlängerung des Ringspaltes (10) der Drosseleinrichtung bildet.