AT521746B1

AT521746B1 - Mehrstufiges Mehrweg-Drehschieberventil

Info

Publication number: AT521746B1
Application number: ATA9208/2018A
Authority: AT
Inventors: Kubota Timo; Wilson Matthew
Original assignee: Control Components
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2021-10-15
Also published as: US20180363787A1; GB201918203D0; AT521746A2; AT521746A3; CA3067557C; GB2577436A; WO2018236690A1; CA3067557A1; US10690253B2

Abstract

Ein Regelventil (12) weist ein Ventilgehäuse (14) mit einem Hauptventildurchgang (20) auf. Im Hauptventildurchgang (20) sind ein feststehendes Durchflussregelelement (26) und benachbart hierzu ein drehbares Regelelement (28) angeordnet. Das feststehende Durchflussregelelement (26) weist Durchgänge (128, 130, 132, 134) auf. Das drehbare Regelelement (28) weist Öffnungen (138, 140, 142, 144) auf und ist bezüglich des feststehenden Durchflussregelelements (26) zwischen einer geschlossenen, einer ersten und einer zweiten Position drehbar. In der geschlossenen Position sind alle Öffnungen (138, 140, 142, 144) gegenüber allen Durchgängen (128, 130, 132, 134) nicht ausgerichtet. In der ersten Position ist die Öffnung (138) mit dem Durchgang (128) ausgerichtet, um einen Fluidstrom zu ermöglichen. In der zweiten Position ist zudem die Öffnung (140) mit dem Durchgang (130) ausgerichtet, um einen größeren Fluidstrom zu ermöglichen. Durch Weiterdrehen des Regelelements (28) überlappen immer mehr Durchgänge (128-134) und Öffnungen (138-144), sodass ein immer größerer Volumenstrom realisiert wird. Erfindungsgemäß weisen die Durchgänge (128-134) eine gewundene Konfiguration auf.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Durchflussregelvorrichtungen und insbesondere ein drehgeregeltes Ventil (z. B. eine Drossel), um den Fluidstrom durch ein Ventil selektiv und schrittweise zu regeln.

[0002] Im Stand der Technik schließt ein derzeit bekanntes Regelventil einen Kegel oder eine Spindel ein, der bzw. die im Normalbetrieb des Ventils linear verschoben wird. Innerhalb dieser Ventile, die oft als Linearverschiebungsventile bezeichnet werden, ist der Kegel in einem Scheibenstapel oder Ventilkkorb angeordnet und bewegbar, der mehrere gewundene und/oder nicht gewundene Fluiddurchgänge definiert. Die Ventilgarnitur dieser Ventile weist die Kombination von Kegel und Ventilkorb auf. Bestimmte Linearverschiebungsventile sind für eine „Strömung über den Kegel“ ausgelegt, wobei Fluid von der Außenseite des Ventilkorbs radial nach innen in das Innere des Ventilkorbs strömt, wobei das Fluid infolge der Strömung durch die Durchgänge des Ventilkäfigs einem Druckabfall unterzogen wird. In dieser Anordnung wird das Ventil durch Anheben des Kegels von einem Sitzring geöffnet, wodurch das Fluid aus der Innenseite des Ventilkorbs über den freigegebenen Sitzring aus dem Ventil ausströmen kann. Umgekehrt erleichtert die Bewegung der Aufsitzfläche des Kegels in dichtem Eingriff mit der komplementären Aufsitzfläche des Sitzrings einen geschlossenen oder gesperrten Zustand für das Ventil.

[0003] Alternativ zu einer Strömung über den Kegel sind andere Linearverschiebungsventile für eine „Strömung unter dem Kegel“ ausgelegt, wobei Fluid axial nach oben in das Innere des Ventilkorbs zur Außenseite davon strömt, wobei das Fluid infolge der Strömung des Fluids radial nach außen durch die Fluiddurchgänge des Ventilkorbs einem Druckabfall unterzogen wird. In dieser Anordnung wird das Ventil durch Anheben des Kegels von dem zuvor erwähnten Sitzring geöffnet, wodurch das Fluid in das Innere des Ventilkorbs und danach radial nach außen durch die Fluiddurchgänge des Ventilkorbs strömen kann. Umgekehrt erleichtert die Bewegung der Aufsitzfläche des Kegels in dichtem Eingriff mit der komplementären Aufsitzfläche des Sitzrings einen geschlossenen oder gesperrten Zustand für das Ventil.

[0004] Linearverschiebungsregelventile werden häufig zur Regelung von Durchfluss und Druck in einem Verfahren verwendet. Derartige Regelventile weisen jedoch gewisse Mängel auf, die ihre Gesamtnutzbarkeit schmälern. Beispielsweise kann eine lineare Bewegung des Ventilschaftes zu flüchtigen Emissionen führen, insbesondere in Fluidumgebungen mit hohem Druck und wenn der Schaft Hin- und Herbewegungen unterzogen wird. In diesen Fällen sind flüchtige Emissionen in Drosseln aufgrund der hohen Drücke und der Hin- und Herbewegung des Schaftes durch die Baueinheit oft schwierig.

[0005] Zur Vermeidung der zuvor genannten Mängel von Linearverschiebungsregelventilen werden in vorgegebenen Anwendungen manchmal Drehschieberdrosseln eingesetzt. Derzeit auf dem Markt erhältliche Drehschieberdrosseln sind jedoch einstufige Vorrichtungen. Diese einstufigen Vorrichtungen nehmen den Druckabfall auf einer Stufe auf, was Strahlen von hoher Geschwindigkeit erzeugt, welche die Scheiben und Gehäuse erodieren. Sie haben auch ein Problem an niedrigen Öffnungen, wo ein seitwärts gerichteter Strahl erzeugt wird, der verschiedene Teile der Gehäuse erodieren kann und zu einer Erosion durch Wände hindurch führen kann, bei der Fluid an die Atmosphäre abgegeben wird. Andere einstufige Drehschieberdrosseln können keinen gekennzeichneten KV gegenüber Rotationskurve mit variablen Niveaus von Druckreduzierstufen auf jedem Niveau bereitstellen. Andere Scheibendrosseln, wie zum Beispiel solche mit einer 1/4-Drehung, verwenden normalerweise 2 Löcher auf der oberen Scheibe und 2 Löcher auf der unteren Scheibe, die gleichzeitig freigelegt werden, und weisen somit die Fähigkeit auf, eine Feinregelung zu haben.

[0006] Die Veröffentlichungen US 2004/0082251 A1, US 5,704,333, US 2004/0045612 A1, EP 3 171 064 A1, DE 26 10 556 B1, GB 2528954 A, CN 205136644 U, EP 0 329 800 A1, DE 196 02 106 A1 und US 4,431,028 offenbaren ebenfalls Regelventile.

[0007] Dementsprechend besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einem Fluidregelventil, das

ein selektives Öffnen und Schließen des Ventils unter Vermeidung der zuvor genannten Mängel bei der Verwendung vorhandener Linearverschiebungsmechanismen und Drehdrosselscheiben ermöglicht. Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung gehen auf diesen besonderen Bedarf ein, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.

[0008] Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein neues Produkt (hierin als Regelventil, Drosselventil oder Drossel bezeichnet), das eine sich drehende obere Scheibe verwendet, um DRAG®-Durchgänge auf einer feststehenden unteren Scheibe freizulegen. Eines der einzigartigen Merkmale der vorliegenden Offenbarung ist die Fähigkeit, schrittweise verschiedene Anzahlen von Durchgängen zu öffnen und die Exposition gegenüber erhöhtem Durchfluss sorgfältiger zu regeln. Sie kann in Wolframkarbidwerkstoffen für erodierende Anwendungen, oder in Metall für herkömmlichere Regelventilanwendungen ausgeführt werden. Die Strömung kann in die obere Drehscheibe in einer eingebetteten Gehäusekonfiguration, einer Schrägsitzkonfiguration oder einer Winkelkonfiguration eintreten. Eine der grundlegenden Neuerungen der vorliegenden Offenbarung ist somit die Schaffung eines DRAG®-Ventils in Drehscheibenbauweise. Während Drehscheibenvorrichtungen in einer einstufigen Druckablassform üblich sind, stellt die vorliegende Offenbarung eine mehrstufige, Mehrweg-DRAG®-Form der Drehscheibenkonstruktion bereit, wobei, wie oben angegeben, die Drossel eine eingebettete, Schrägsitz- oder Winkelkonfiguration haben kann und ermöglicht, dass der Fluidstrom in die obere Drehscheibe eintritt. Die obere Drehscheibe hat Einlässe, die so geformt wurden, dass sie die Uberlappung von Strömungsdurchgängen ermöglichen, die sich in der unteren feststehenden Scheibe befinden, wenn die obere Drescheibe gedreht wird. Die Durchgänge in der unteren feststehenden Scheibe können in Ringen oder Hülsen offengelegt sein, wobei jeder Ring Strömungsdurchgänge offenlegt, die eine unterschiedliche Anzahl von DRAG®-Stufen haben können. Die untere feststehende Scheibe beherbergt die DRAG®-Durchgänge, die auf verschiedene Weise angeordnet sein können, um die Gesamtgröße der Baueinheit zu optimieren. Die Form der Durchgänge der oberen Drehscheibe liegt dem Abstand und dem Durchmesser der Durchgänge der unteren feststehenden Scheibe zugrunde und ermöglicht eine weitere Strömung durch die Durchgänge der unteren Scheibe, wenn neue Ringdurchgänge offengelegt werden. Die Eigenschaft oder die Anzahl der Stufen pro Ring, die Anzahl der Ringe und der Durchmesser der Durchgänge können auf Grundlage von Kapazität und Bemessungsanforderungen eingestellt werden. Die Geometrie der Durchgänge kann auch angepasst werden, um unterschiedliche OÖffnungseigenschaften für jeden Durchgang zu schaffen. Die obere Drehscheibe kann durch manuelle Bedienung eines Griffs bewegt werden oder der Griff kann durch einen Dreh-Stellantrieb und eine Gestängebaugruppe bewegt werden.

[0009] Die Konstruktion des Ventils nutzt somit effektiv DRAG®- Mehrstufendurchgänge anstelle der einstufigen, unteren, feststehenden Scheibe. Der Druckabfall wird daher über mehr Stufen des Druckabbaus genommen, wodurch die Fluidgeschwindigkeit und Erosionsrate reduziert und daher die Lebensdauer des Ventils erhöht wird. In dieser Hinsicht stellt die vorliegende Offenbarung eine Ventilkonstruktion bereit, die eine 1/4-Drehvorrichtung ist, die bei der Prüfung flüchtiger Emissionen effektiver ist, da sich der Schaft nicht in die und aus der Baueinheit bewegt und sich nur dreht. Beispielsweise kann das Ventil, das gemäß der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, 6 Stufen bei niedrigen Öffnungen, 4 Stufen bei mittleren Öffnungen und 2 Stufen bei voll geöffneten Öffnungen bereitstellen. Alle Niveaus der mehrstufigen Anordnung würden schrittweise freigelegt werden und bei vollständig geöffneten Offnungen würden alle Durchgänge offen bleiben. Somit stellt die vorliegende Offenbarung ein mehrstufiges, Mehrweg-Drehschieberventil bereit, das sich leicht von anderen Konstruktionen unterscheiden lässt, die einstufig sind. Dies ermöglicht die Konstruktion des Ventils mit kostengünstigeren Druckbegrenzungskomponenten und Dichtungen und reduziert auch deutlich die Anzahl der Komponenten.

[0010] Im Einzelnen, es wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Regelventil oder Drosselventil bereitgestellt, das ein Ventilgehäuse mit einem Hauptventildurchgang aufweist. Ein Durchflussregelelement ist innerhalb des Hauptventildurchgangs positioniert, wobei das Durchflussregelelement einen Durchgang der ersten Stufe und einen Durchgang der zweiten Stufe hat. In dem Hauptventildurchgang ist benachbart zu dem Durchflussregelelement

eine Drehscheibe positioniert, wobei die Drehscheibe eine Öffnung der ersten Stufe und eine Öffnung der zweiten Stufe hat. Die Drehscheibe ist umstellbar bezüglich des Durchflussregelelements zwischen einer geschlossenen Position, einer ersten Position und einer zweiten Position. In der geschlossenen Position sind die Öffnung der ersten Stufe und die Öffnung der zweiten Stufe nicht mit dem Durchgang der ersten Stufe bzw. dem Durchgang der zweiten Stufe ausgerichtet, sodass die Drehscheibe den Durchgang der ersten Stufe und den Durchgang der zweiten Stufe blockiert, um einen Fluidstrom dadurch zu verhindern. In der ersten Position ist die Öffnung der ersten Stufe mit dem Durchgang der ersten Stufe ausgerichtet und die Öffnung der zweiten Stufe nicht mit dem Durchgang der zweiten Stufe ausgerichtet, sodass die Drehscheibe einen Fluidstrom durch den Durchgang der ersten Stufe ermöglicht und den Durchgang der zweiten Stufe blockiert, um einen Fluidstrom dadurch zu verhindern. In der zweiten Position ist die Öffnung der ersten Stufe mit dem Durchgang der ersten Stufe ausgerichtet und die Öffnung der zweiten Stufe ist mit dem Durchgang der zweiten Stufe ausgerichtet, sodass die Drehscheibe einen Fluidstrom sowohl durch den Durchgang der ersten Stufe als auch durch den Durchgang der zweiten Stufe ermöglicht. Der Durchgang der ersten Stufe und der Durchgang der zweiten Stufe weisen eine gewundene Konfiguration auf.

[0011] Das Durchflussregelelement kann mehrere Durchgänge der ersten Stufe mit jeweils gewundener Konfiguration einschließen und die Drehscheibe kann mehrere Öffnungen der ersten Stufe einschließen, wobei jede Offnung der ersten Stufe einem jeweiligen der mehreren Durchgänge der ersten Stufe zugeordnet ist. Das Durchflussregelelement kann mehrere Durchgänge der zweiten Stufe mit jeweils gewundener Konfiguration einschließen und die Drehscheibe mehrere Öffnungen der zweiten Stufe einschließen, wobei jede Öffnung der zweiten Stufe einem jeweiligen der mehreren Durchgänge der zweiten Stufe zugeordnet ist. Die mehreren Öffnungen der ersten Stufe können sich entlang eines Weges erstrecken, der von einer Mittelachse um einen ersten radialen Abstand beabstandet ist, und die mehreren Öffnungen der zweiten Stufe können sich entlang eines Weges erstrecken, der von der Mittelachse um einen zweiten radialen Abstand beabstandet ist, der sich von dem ersten radialen Abstand unterscheidet.

[0012] Das Durchflussregelelement kann einen zentralen Körper und mindestens eine Hülse einschließen, die sich um den zentralen Körper herum erstreckt, wobei die Hülse und der zentrale Körper gemeinsam den Durchgang mit gewundener Konfiguration der ersten Stufe und den Durchgang mit gewundener Konfiguration der zweiten Stufe definieren. Das Durchflussregelelement kann mehrere Hülsen in ineinandergeschachtelter Beziehung zueinander einschließen. Der Durchgang der ersten Stufe kann gemeinsam durch den zentralen Körper und eine der mehreren Hülsen definiert sein und der Durchgang der zweiten Stufe kann gemeinsam durch benachbarte Hülsen der mehreren Hülsen definiert sein.

[0013] Das Durchflussregelelement kann mehrere gestapelte Scheiben einschließen, die gemeinsam den Durchgang mit gewundener Konfiguration der ersten Stufe und den Durchgang mit gewundener Konfiguration der zweiten Stufe definieren.

[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsform schließt das Regelventil oder Drosselventil ein Ventilgehäuse mit einem Hauptventildurchgang ein. In dem Hauptventildurchgang ist eine Durchflussregelbaugruppe positioniert und schließt ein erstes Regelelement und ein zweites Regelelement ein, das bezüglich des ersten Regelelements zwischen einer geschlossenen Position, einer ersten Position und einer zweiten Position drehbar ist. In der geschlossenen Position bilden das erste und zweite Regelelement einen Kegel aus, der einen Fluidstrom durch den Hauptventildurchgang verhindert. In der ersten Position definieren das erste und zweite Regelelement gemeinsam einen ersten Regeldurchgang dadurch und in der zweiten Position definieren das erste und zweite Regelelement gemeinsam den ersten Regeldurchgang und einen zweiten Regeldurchgang dadurch. Der zweite Regeldurchgang weist zumindest zwei Abschnitte auf, die in der ersten Position keinen Durchgang miteinander bilden, um einen Fluiddurchlass durch den zweiten Regeldurchgang zu verhindern, wenn die Durchflussregelbaugruppe in der ersten Position ist. Der erste Regeldurchgang und der zweite Regeldurchgang weisen eine gewundene Konfiguration auf.

[0015] Die Durchflussregelbaugruppe kann mehrere erste Regeldurchgänge mit gewundener Konfiguration definieren, wenn sich das zweite Regelelement in der ersten Position befindet. Die Durchflussregelbaugruppe kann mehrere zweite Regeldurchgänge mit gewundener Konfiguration definieren, wenn sich das zweite Regelelement in der zweiten Position befindet.

[0016] Das erste Regelelement der Durchflussregelbaugruppe kann einen zentralen Körper und mindestens eine Hülse einschließen, die sich um den zentralen Körper herum erstreckt, und wobei die Hülse und der zentrale Körper gemeinsam mindestens einen Abschnitt des ersten Regeldurchgangs mit gewundener Konfiguration und des zweiten Regeldurchgangs mit gewundener Konfiguration definieren. Das erste Regelelement kann mehrere gestapelte Scheiben einschließen.

[0017] Die vorliegende Offenbarung wird am besten mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0018] Diese und andere Merkmale und Vorteile der verschiedenen, hierin offenbarten Ausführungsformen werden in Bezug auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen besser verstanden. Es zeigen:

[0019] Figur 1 eine perspektivische, obere Teilquerschnittsansicht eines Fluidregelventils, das eine erste Ausführungsform einer Durchflussregelbaugruppe einschließt;

[0020] Figur 2 eine perspektivische, obere Ansicht der Durchflussregelbaugruppe, die

in Figur 1 abgebildet wird und ein drehbares und ein feststehendes Regelelement einschließt;

[0021] Figur 3 eine teilweise auseinandergezogene Ansicht der Durchflussregelbaugruppe, die in Figur 2 abgebildet wird;

[0022] Figur 4 eine auseinandergezogene, perspektivische, obere Ansicht des feststehenden Regelelements, das in Figur 2 und 3 gezeigt wird;

[0023] Figur 5 eine auseinandergezogene, perspektivische, untere Ansicht des feststehenden Regelelements, das in Figur 2 und 3 gezeigt wird;

[0024] Figur 6 eine Draufsicht des feststehenden Regelelements, das in Figur 2 und 3 gezeigt wird;

[0025] Figur 7 eine Draufsicht des drehbaren Regelelements, das in Figur 2 und 3 gezeigt wird;

[0026] Figur 8Abis 8E Draufsichten, die sequenzielle Drehpositionen des drehbaren Regelelements bezüglich des feststehenden Regelelements abbilden;

[0027] Figur 9 eine perspektivische, obere Teilquerschnittsansicht eines Fluidregelventils, das eine zweite Ausführungsform einer Durchflussregelbaugruppe einschließt;

[0028] Figur 10 eine perspektivische, obere Ansicht der Durchflussregelbaugruppe, die in Figur 9 abgebildet wird;

[0029] Figur 11 eine auseinandergezogene, perspektivische, obere Ansicht von einer ersten Seite der Durchflussregelbaugruppe, die in Figur 10 abgebildet wird;

[0030] Figur 12 eine auseinandergezogene, perspektivische, obere Ansicht von einer

zweiten Seite der Durchflussregelbaugruppe ist, die in Figur 10 abgebildet wird;

[0031] Figur 13 eine perspektivische, obere Querschnittsansicht, die einen ersten Regeldurchgang durch die Durchflussregelbaugruppe darstellt, die in Figur 10 abgebildet wird;

[0032] Figur 14 eine perspektivische, obere Querschnittsansicht, die einen zweiten Regeldurchgang durch die Durchflussregelbaugruppe darstellt, die in Figur 10 abgebildet wird;

[0033] Figur 15 eine perspektivische, obere Querschnittsansicht, die einen dritten Regeldurchgang durch die Durchflussregelbaugruppe darstellt, die in Figur 10 abgebildet wird; und

[0034] Figur 16A bis D Draufsichten, die sequenzielle Drehpositionen des drehbaren Regelelements bezüglich des feststehenden Regelelements abbilden.

[0035] In den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung werden durchweg gleiche Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Elemente zu bezeichnen.

[0036] Die nachfolgend dargelegte, detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen soll bestimmte Ausführungsformen eines Regelventils oder Drosselventils beschreiben und nicht die einzigen Formen darstellen, die entwickelt oder verwendet werden können. Die Beschreibung legt die verschiedenen Strukturen und/oder Funktionen im Zusammenhang mit den dargestellten Ausführungsformen dar, es versteht sich jedoch, dass die gleiche oder äquivalente Struktur und/oder Funktionen durch verschiedene Ausführungsformen erreicht werden können, die auch im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet sein sollen. Es soll ferner verstanden werden, dass die Verwendung von relationalen Begriffe, wie erstes und zweites und dergleichen, ausschließlich dazu dient, um eine Einheit von einer anderen zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche solche Beziehung oder Ordnung zwischen solchen Einheiten zu benötigen oder zu implizieren.

[0037] Gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Offenbarung ist eine Fluidregelvorrichtung zur mehrstufigen Fluiddruckregelung bereitgestellt. Die Fluidregelvorrichtung schließt ein feststehendes Regelelement mit mehreren Stufen von darin ausgebildeten Durchgängen und ein drehbares Regelelement mit mehreren Stufen von darin ausgebildeten Einlassöffnungen ein, die jeweils einem der Durchgänge zugeordnet sind. Das drehbare Regelelement ist bezüglich des feststehenden Regelelements drehbar, um die Einlassöffnungen selektiv in die und aus der Ausrichtung mit den Durchgängen zu bewegen, um den Fluidstrom durch die Fluidregelvorrichtung zu regeln. Eine Drehung des drehbaren Regelelements bezüglich des feststehenden Regelelements in einer ersten Drehrichtung richtet die jeweiligen Einlassöffnungen allmählich mit ihren entsprechenden Strömungsdurchgängen aus und Öffnet somit schrittweise verschiedene Durchgänge innerhalb des feststehenden Regelelements, was solche Durchgänge effektiv für einen Fluidstrom dadurch öffnet. Umgekehrt bewegt eine Drehung des drehbaren Regelelements bezüglich des feststehenden Regelelements in einer entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung allmählich jeweilige Einlassöffnungen aus der Ausrichtung mit dem entsprechenden Durchgang, wodurch der Durchgang effektiv blockiert wird und ein Fluidstrom dadurch verhindert wird. Dementsprechend kann ein Benutzer durch selektives Drehen des drehbaren Regelelements die Anzahl von Durchgängen regeln, durch die das Fluid strömen kann. Die Drehöffnungen des drehbaren Regelelements können geringfügig kleiner als die Einlass-Enden der Durchgänge des feststehenden Regelelements sein, um zu verhindern, dass sich Schmutzstoffe in der Grenzfläche verfangen.

[0038] Mit Bezug auf Figur 1 ist nun eine Durchflussregelbaugruppe 10 in ein Regel- oder Drosselventil 12 integriert, das ein Ventilgehäuse 14 mit einem Einlassgehäuse 16 und einem Auslassgehäuse 18 einschließt, die zusammen einen Hauptventildurchgang 20 definieren, der sich hierdurch erstreckt. Das Einlassgehäuse 16 definiert einen Einlassabschnitt des Hauptventildurchgangs 20 und das Auslassgehäuse 18 definiert einen Auslassabschnitt des Hauptventildurchgangs 20. Innerhalb des Hauptventildurchgangs 20 ist eine Drehgabel 22 angeordnet, die mit der Durchflussregelbaugruppe 10 verbunden ist, wobei die Drehgabel 22 einen Griff 24 hat,

der mit ihr gekoppelt ist, dessen Zweck nachfolgend genauer beschrieben wird.

[0039] Die Durchflussregelbaugruppe 10 ist in dem Hauptventildurchgang 20 positioniert und schließt ein feststehendes Regelelement 26 (d. h. ein erstes Regelelement) und ein drehbares Regelelement 28 (d. h. ein zweites Regelelement/Drehscheibe) ein, das/die bezüglich des ersten Regelelements 26 zwischen mehreren verschiedenen Positionen drehbar ist, wobei jede Position einem unterschiedlichen Volumen an Fluidstrom durch die Durchflussregelbaugruppe 10 zugeordnet ist. Das feststehende Regelelement 26 schließt mehrere Durchgänge ein und das drehbare Regelelement 28 schließt mehrere Öffnungen ein, wobei jede Öffnung einem entsprechenden der mehreren Durchgänge zugeordnet ist, sodass eine gegebene Öffnung und der entsprechende Durchgang gemeinsam einen Durchflussregeldurchgang definieren, wenn die Öffnung mit dem entsprechenden Durchgang ausgerichtet ist (d. h. überlappt). Es wird in Betracht gezogen, dass das feststehende Regelelement 26 und das drehbare Regelelement 28 in mehreren verschiedenen Umsetzungen ausgeführt sein können, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.

[0040] Mit Bezug auf Figur 2 bis 7 werden nun detailliertere Ansichten der Durchflussregelbaugruppe 10 gezeigt. Wie zu sehen ist, sind das feststehende Regelelement 26 und das drehbare Regelelement 28 beide um eine Mittelachse 30 angeordnet. Das feststehende Regelelement 26 weist mehrere ineinandergeschachtelte Ringe oder Hülsen, die um einen zentralen Körper herum angeordnet sind, während das drehbare Regelelement 28 eine Drehscheibe aufweist.

[0041] Genauer und nun insbesondere unter Bezug auf Figur 4 und 5, das feststehende Regelelement 26 weist, beginnend am Außenumfang des feststehenden Regelelements 26 und sich radial nach innen bewegend, eine erste Hülse 32 auf, die eine obere Fläche 34, eine untere FIäche 36, eine Außenfläche 38 und eine Innenfläche 40 einschließt, die eine erste Hülsenöffnung 42 definiert. Sowohl die Außenfläche 38 als auch die Innenfläche 40 erstrecken sich zwischen der oberen Fläche 34 und der unteren Fläche 36 und definieren einen Außendurchmesser bzw. einen Innendurchmesser.

[0042] Eine zweite Hülse 44 ist konzentrisch innerhalb der ersten Hülse 32 positioniert und schließt eine obere Fläche 46, eine untere Fläche 48, eine Außenfläche 50 und eine Innenfläche 52 ein, die eine zweite Hülsenöffnung 54 definiert. Sowohl die Außenfläche 50 als auch die Innenfläche 52 erstrecken sich zwischen der oberen Fläche 46 und der unteren Fläche 48 und definieren einen Außendurchmesser bzw. einen Innendurchmesser. Der Außendurchmesser der zweiten Hülse 44 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der ersten Hülse 32, sodass die zweite Hülse 55 in der ersten Hülsenöffnung 42 aufgenommen werden kann, wobei die zweite Hülsenaußenfläche 50 reibschlüssig mit der ersten Hülseninnenfläche 40 in Eingriff steht.

[0043] Die zweite Hülse 44 schließt zwei darin ausgebildete Nuten 56 ein, wobei sich jede Nut 56 in die Außenfläche 50 erstreckt und sich vollständig von der oberen Fläche 46 zur unteren Fläche 48 erstreckt. In dem Ausführungsbeispiel wird jede Nut 56 durch ein Paar gegenüberliegender Seitenwände und eine Bodenwand ausgebildet, die sich zwischen dem Paar Seitenwände erstreckt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Paar Seitenwände leicht abgeschrägt, wobei der Abstand zwischen den Seitenwänden entlang der Tiefe der Nut 56 abnimmt. Mit anderen Worten, nimmt der Abstand von der Außenfläche 50 innerhalb der Nut 56 zu, nimmt der Abstand zwischen den Seitenwänden ab. Die Nuten 56 sind entlang des Umfangs der zweiten Hülse 44 gleichmäßig durch einen 180-Grad-Schritt beabstandet.

[0044] Die Nuten 56, die in der zweiten Hülse 44 ausgebildet sind, schließen jeweils acht „Windungen“ entlang der Länge davon ein, was bedeutet, dass jede Nut 56 so bemessen und strukturiert ist, dass sie sich entlang mindestens zwei verschiedener Achsen erstreckt. Insbesondere schließt jede Nut 56 ein erstes Segment 58, ein zweites Segment 60, ein drittes Segment 62, ein viertes Segment 64, ein fünftes Segment 65, ein sechstes Segment 66, ein siebtes Segment 68, ein achtes Segment 70 und ein neuntes Segment 72 ein. Das erste, dritte, fünfte, siebte und neunte Segment 58, 62, 65, 68, 72 erstrecken sich alle in einer Richtung, im Allgemeinen parallel zur Mittelachse 30, während sich das zweite, vierte, sechste und achte Segment 60, 64, 66, 70 in einer Umfangsrichtung erstrecken, die im Allgemeinen senkrecht zur Mittelachse 30 ist. Die

verschiedenen Segmente erzeugen die Windungen in jeder Nut 56, wobei jedes Paar benachbarter Segmente eine jeweilige Windung definiert. Die gewundene Konfiguration jeder Nut 56 führt zu einem Druckabfall in einem Fluid, das durch die Nuten 56 strömt.

[0045] Eine dritte Hülse 74 ist konzentrisch innerhalb der zweiten Hülse 44 positioniert und schließt eine obere Fläche 76, eine untere Fläche 78, eine Außenfläche 80 und eine Innenfläche 82 ein, die eine dritte Hülsenöffnung 84 definiert. Sowohl die Außenfläche 80 als auch die Innenfläche 82 erstrecken sich zwischen der oberen Fläche 76 und der unteren Fläche 78 und definieren einen Außendurchmesser bzw. einen Innendurchmesser. Der Außendurchmesser der dritten Hülse 74 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der zweiten Hülse 44, sodass die dritte Hülse 74 in der zweiten Hülsenöffnung 54 aufgenommen werden kann, wobei die dritte Hülsenaußenfläche 80 reibschlüssig mit der zweiten Hülseninnenfläche 52 in Eingriff steht.

[0046] Die dritte Hülse 74 schließt zwei darin ausgebildete Nuten 86 ein, wobei sich jede Nut 86 in die Außenfläche 80 erstreckt und sich vollständig von der oberen Fläche 76 zur unteren Fläche 78 erstreckt. Die Nuten 86 können eine abgeschrägte Konfiguration aufweisen, wie oben in Bezug auf die zweiten Hülsennuten 56 beschrieben. Die Nuten 86 sind entlang des Umfangs der dritten Hülse 74 gleichmäßig durch einen 180-Grad-Schritt beabstandet.

[0047] Die Nuten 86, die in der dritten Hülse 74 ausgebildet sind, schließen jeweils vier Windungen entlang ihrer Länge ein. Insbesondere schließt jede Nut 86 ein erstes Segment 88, ein zweites Segment 90, ein drittes Segment 92, ein viertes Segment 94, und ein fünftes Segment 96, ein. Das erste, dritte, und fünfte Segment, 88, 92, 96 erstrecken sich alle in einer Richtung, im Allgemeinen parallel zur Mittelachse 30, während sich das zweite und vierte Segment, 90, 94 in einer Umfangsrichtung erstrecken, die im Allgemeinen senkrecht zur Mittelachse 30 ist.

[0048] Eine vierte Hülse 98 ist konzentrisch innerhalb der dritten Hülse 74 positioniert und schließt eine obere Fläche 100, eine untere Fläche 102, eine Außenfläche 104 und eine Innenfläche 106 ein, die eine vierte Hülsenöffnung 108 definiert. Sowohl die Außenfläche 104 als auch die Innenfläche 106 erstrecken sich zwischen der oberen Fläche 100 und der unteren Fläche 102 und definieren einen Außendurchmesser bzw. einen Innendurchmesser. Der Außendurchmesser der vierten Hülse 98 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der dritten Hülse 74, sodass die vierte Hülse 98 in der dritten Hülsenöffnung 84 aufgenommen werden kann, wobei die Außenfläche der vierten Hülse 104 reibschlüssig mit der Innenfläche 82 der dritten Hülse 74 in Eingriff steht.

[0049] Die vierte Hülse 98 schließt vier darin ausgebildete Nuten 110 ein, wobei sich jede Nut 110 in die Außenfläche 104 erstreckt und sich vollständig von der oberen Fläche 100 zur unteren Fläche 102 erstreckt. Die Nuten 110 können jeweils eine abgeschrägte Konfiguration haben, wie oben beschrieben. Die Nuten 110 sind entlang des Umfangs der vierten Hülse 98 gleichmäßig durch Neunzig-Grad-Schritte beabstandet.

[0050] Die Nuten 110, die in der vierten Hülse 98 ausgebildet sind, schließen jeweils zwei Windungen entlang ihrer Länge ein. Insbesondere schließt jede Nut ein erstes Segment 112, das sich in einer Richtung parallel zu der Mittelachse 30 erstreckt, ein zweites Segment 114, das sich in einer Umfangsrichtung, im Allgemeinen senkrecht zu dem ersten Segment 112 erstreckt, und ein drittes Segment 116 ein, das sich im Allgemeinen parallel zu dem ersten Segment 112 und der Mittelachse 30 erstreckt.

[0051] Der zentrale Körper 118 ist ein länglicher, im Allgemeinen zylindrischer Körper mit einer oberen Fläche 120, einer unteren Fläche 122 und einer Seitenfläche 124, die sich zwischen der oberen Fläche 120 und der unteren Fläche 122 erstreckt und einen Außendurchmesser des zentralen Körpers definiert. Die Seitenfläche 124 des zentralen Körpers 118 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der vierten Hülse 98, sodass der zentrale Körper 118 konzentrisch in der vierten Hülsenöffnung 108 aufgenommen wird, wobei die Seitenfläche 124 des zentralen Körpers 118 reibschlüssig mit der Innenfläche 106 der vierten Hülse 98 in Eingriff steht.

[0052] Vier Nuten 126 sind in dem zentralen Körper 118 ausgebildet, wobei sich jede Nut 126 in die Seitenfläche 124 erstreckt und sich vollständig von der oberen Fläche 120 zur unteren Fläche

122 erstreckt. Die Nuten 126, die in dem zentralen Körper 118 ausgebildet sind, sind axiale Nuten, d. h. sie sind im Allgemeinen gerade, erstrecken sich entlang einer einzelnen Achse und haben keine Windungen oder Biegungen entlang ihrer Länge (d. h. von der oberen Fläche 120 zur unteren Fläche 122). Die Nuten 126 sind entlang des Umfangs des zentralen Körpers 118 gleichmäßig durch Neunzig-Grad-Schritte beabstandet.

[0053] Wird das feststehende Regelelement 26 zusammengesetzt, wobei die Hülsen 32, 44, 74, 98 konzentrisch um den zentralen Körper 118 ineinandergeschachtelt sind, wie in Figur 6 gezeigt, schließt das feststehende Regelelement 26 ein Paar von Durchgängen 128 der ersten Stufe, ein Paar von Durchgängen 130 der zweiten Stufe, vier Durchgänge 132 der dritten Stufe, und vier Durchgänge 134 der vierten Stufe ein. Die Durchgänge 128 der ersten Stufe sind gemeinsam durch die erste Hülse 32 und die zweite Hülse 44 definiert, die Durchgänge 130 der zweiten Stufe sind gemeinsam durch die zweite Hülse 44 und die dritte Hülse 74 definiert, die Durchgänge 132 der dritten Stufe sind gemeinsam durch die dritte Hülse 74 und die vierte Hülse 98 definiert und die Durchgänge 134 der vierten Stufe sind gemeinsam durch die vierte Hülse 98 und den zentralen Körper 118 definiert.

[0054] Mit Bezug auf Figur 7 wird nun ein Ausführungsbeispiel des drehbaren Regelelements 28 gezeigt und schließt einen Scheibenkörper 136 mit mehreren darin ausgebildeten Öffnungen ein, die spezifisch so bemessen und positioniert sind, dass sie bestimmten Durchgängen entsprechen, die in dem feststehenden Regelelement 26 ausgebildet sind. Insbesondere sind die Offnungen von der Mittelachse 30 um bestimmte radiale Abstände bezüglich der Mittelachse 30 beabstandet, sodass der radiale Abstand zwischen den Öffnungen dem radialen Abstand zwischen den Durchgängen entspricht, die in dem feststehenden Regelelement 26 ausgebildet sind.

[0055] Der Scheibenkörper 136 schließt, beginnend von dem Außenumfang des Scheibenkörpers 136 und sich radial nach innen arbeitend, ein Paar von Öffnungen 138 der ersten Stufe ein, die einander im Allgemeinen diametral gegenüberliegen. Jede Öffnung 138 der ersten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 30 um einen ersten radialen Abstand r1 beabstandet ist. Jede Öffnung 138 der ersten Stufe erstreckt sich auch um die Mittelachse 30 um einen ersten Winkelabstand @1. Die Öffnungen 138 der ersten Stufe entsprechen den Durchgängen 128 der ersten Stufe, die in dem feststehenden Regelelement 26 ausgebildet sind. Jede Öffnung 138 der ersten Stufe definiert einen Bereich, der größer ist als diejenige Öffnung des entsprechenden Durchgangs 128 der ersten Stufe, dessen Bedeutung nachfolgend genauer beschrieben wird.

[0056] Der Scheibenkörper 136 schließt, sich von der Öffnung 138 der ersten Stufe radial nach innen bewegend, ferner ein Paar von Öffnungen 140 der zweiten Stufe ein, die einander im Allgemeinen in diametraler Beziehung gegenüberliegen. Jede Öffnung 140 der zweiten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 30 um einen zweiten radialen Abstand r2 beabstandet ist, der geringer als der erste radiale Abstand r1 ist. Jede Öffnung 140 der zweiten Stufe erstreckt sich auch um die Mittelachse 30 um einen zweiten Winkelabstand @2, der geringer als der erste Winkelabstand @1 ist. Die Öffnungen 140 der zweiten Stufe entsprechen den Durchgängen 130 der zweiten Stufe, die in dem feststehenden Regelelement 26 ausgebildet sind. Jede Öffnung 140 der zweiten Stufe definiert einen Bereich, der größer als derjenige der Öffnung des entsprechenden Durchgangs 130 der zweiten Stufe ist.

[0057] Sich von der Öffnung 140 der zweiten Stufe radial nach innen bewegend, schließt der Scheibenkörper 136 ferner vier Öffnungen 142 der dritten Stufe ein, die gleichmäßig um die Mittelachse 30 beabstandet sind. Jede Öffnung 142 der dritten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 30 um einen dritten radialen Abstand r3 beabstandet ist, der geringer als der zweite radiale Abstand r2 ist. Jede Öffnung 142 der dritten Stufe erstreckt sich auch um die Mittelachse 30 um einen dritten Winkelabstand ©3, der geringer als der zweite Winkelabstand @2 ist. Die Öffnungen 142 der dritten Stufe entsprechen den Durchgängen 132 der dritten Stufe, die in dem feststehenden Regelelement 26 ausgebildet sind. Jede Offnung 142 der dritten Stufe definiert einen Bereich, der größer als derjenige der Öffnung des entsprechenden Durchgangs 132 der dritten Stufe ist.

[0058] Sich von der Öffnung 142 der dritten Stufe radial nach innen bewegend, schließt der Scheibenkörper 136 ferner vier Öffnungen 144 der vierten Stufe ein, die gleichmäßig um die Mittelachse 30 beabstandet sind. Die Öffnungen 144 der vierten Stufe entsprechen den Durchgängen 134 der vierten Stufe, die in dem feststehenden Regelelement 26 ausgebildet sind. Jede Öffnung 144 der vierten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 30 um einen vierten radialen Abstand r4 beabstandet ist, der geringer als der dritte radiale Abstand r3 ist. Jede Öffnung der vierten Stufe definiert einen Bereich, der ungefähr gleich der Größe der Öffnung jedes Durchgangs 134 der vierten Stufe ist.

[0059] Jede der Öffnungen 138, 140, 142, 144 der ersten, zweiten, dritten und vierten Stufe erstreckt sich vollständig durch den Scheibenkörper zwischen gegenüberliegenden Oberflächen 148, 150 davon.

[0060] Zusätzlich zu den Öffnungen 138, 140, 142, 144 der ersten, zweiten, dritten und vierten Stufe schließt der Scheibenkörper 136 ferner ein Paar von Eingriffsausnehmungen 146 ein, wobei jede Eingriffsausnehmung 146 so bemessen und positioniert ist, dass sie einen Abschnitt der Drehgabel 22 aufnimmt, um die Verbindung zwischen der Drehgabel 22 und dem drehbaren Regelelement 28 zu erleichtern.

[0061] Nun werden mit Bezug auf Figur 8A bis 8E die verschiedenen Positionen des drehbaren Regelelements 28 bezüglich des feststehenden Regelelements 26 beschrieben. Figur 8A zeigt das drehbare Regelelement 28 in einer geschlossenen Position bezüglich des feststehenden Regelelements 26. In der geschlossenen Position sind die Öffnungen 138 der ersten Stufe, Offnungen 140 der zweiten Stufe, Öffnungen 142 der dritten Stufe und Öffnungen 144 der vierten Stufe nicht mit den entsprechenden Durchgängen 128 der ersten Stufe, Durchgängen 130 der zweiten Stufe, Durchgängen 132 der dritten Stufe und Durchgängen 134 der vierten Stufe ausgerichtet. Als solche bildet die Durchflussregelbaugruppe effektiv einen Stopfen innerhalb des Hauptventildurchgangs 20 aus, indem verhindert wird, dass Fluid durch einen der Durchgänge 128 der ersten Stufe, der Durchgänge 130 der zweiten Stufe, der Durchgänge 132 der dritten Stufe und der Durchgänge 134 der vierten Stufe strömt.

[0062] In Figur 8B wurde das drehbare Regelelement 28 um einen ersten Drehabstand D1 bezüglich der in Figur 8A gezeigten Position gedreht, um eine erste offene Position einzunehmen. In der ersten offenen Position sind die Öffnungen 138 der ersten Stufe mindestens teilweise mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 128 der ersten Stufe ausgerichtet, während die Öffnungen 140 der zweiten Stufe, Öffnungen 142 der dritten Stufe und Öffnungen der vierten Stufe außer Ausrichtung mit den entsprechenden Durchgängen 130 der zweiten Stufe, Durchgängen 132 der dritten Stufe, Durchgängen 134 der vierten Stufe bleiben. Wenn sich das drehbare Regelelement 28 somit in der ersten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge 128 der ersten Stufe strömen, während verhindert wird, dass Fluid durch die Durchgänge 130 der zweiten Stufe, Durchgänge 132 der dritten Stufe und Durchgänge 134 der vierten Stufe strömt.

[0063] In Figur 8C wurde das drehbare Regelelement 28 um einen zweiten Drehabstand D2 bezüglich der in Figur 8A gezeigten Position gedreht, um eine zweite offene Position einzunehmen. In der zweiten offenen Position sind die Öffnungen 138 der ersten Stufe aufgrund der verlängerten Bogenlänge der Öffnungen 138 der ersten Stufe mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 128 der ersten Stufe ausgerichtet. Wenn sich das drehbare Regelelement 28 außerdem in der zweiten Position befindet, sind die Öffnungen 140 der zweiten Stufe mindestens teilweise mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 130 der zweiten Stufe ausgerichtet. Die Öffnungen 142 der dritten Stufe und die Öffnungen 144 der vierten Stufe bleiben außer Ausrichtung mit den entsprechenden Durchgängen 132 der dritten Stufe und Durchgängen 134 der vierten Stufe. Wenn sich das drehbare Regelelement 28 somit in der zweiten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge 128 der ersten Stufe und Durchgänge 130 der zweiten Stufe strömen, während verhindert wird, dass Fluid durch die Durchgänge 132 der dritten Stufe und Durchgänge 134 der vierten Stufe strömt.

[0064] In Figur 8D wurde das drehbare Regelelement 28 um einen dritten Drehabstand D3 be-

züglich der in Figur 8A gezeigten Position gedreht, um eine dritte offene Position einzunehmen. In der dritten offenen Position sind die Öffnungen 138 der ersten Stufe mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 128 der ersten Stufe ausgerichtet, die Öffnungen 140 der zweiten Stufe sind mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 130 der zweiten Stufe ausgerichtet. Außerdem sind die Öffnungen 142 der dritten Stufe mindestens teilweise mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 142 der dritten Stufe ausgerichtet. Die Öffnungen 144 der vierten Stufe bleiben außer Ausrichtung mit den entsprechenden Durchgängen 134 der vierten Stufe. Wenn sich das drehbare Regelelement 28 somit in der dritten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge 128 der ersten Stufe, die Durchgänge 130 der zweiten Stufe und die Durchgänge 132 der dritten Stufe strömen, während verhindert wird, dass Fluid durch die Durchgänge 134 der vierten Stufe strömt.

[0065] In Figur 8E wurde das drehbare Regelelement 28 um einen vierten Drehabstand D4 bezüglich der in Figur 8A gezeigten Position gedreht, um eine vierte offene Position einzunehmen. In der vierten offenen Position sind die Öffnungen 138 der ersten Stufe mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 128 der ersten Stufe ausgerichtet, die Öffnungen 140 der zweiten Stufe sind mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 130 der zweiten Stufe ausgerichtet und die Öffnungen 142 der dritten Stufe sind mit den Öffnungen der entsprechenden Durchgänge 142 der dritten Stufe ausgerichtet. Außerdem sind die Öffnungen 144 der vierten Stufe mindestens teilweise mit den entsprechenden Durchgängen 134 der vierten Stufe ausgerichtet. Wenn sich das drehbare Regelelement 28 somit in der vierten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge 128 der ersten Stufe, die Durchgänge 130 der zweiten Stufe, die Durchgänge 132 der dritten Stufe und die Durchgänge 134 der vierten Stufe strömen.

[0066] Gemäß einer Ausführungsform kann das drehbare Regelelement 28 durch eine Drehung von weniger als neunzig Grad und in einigen Fällen einer Drehung von weniger als achtzig Grad von der geschlossenen Position in die voll geöffnete Position (d. h. die vierte offene Position) übergehen. Somit kann der Fluidstrom durch die Durchflussregelbaugruppe 10 durch relativ kleine Verdrehungsgrade geregelt werden.

[0067] Die Durchflussregelbaugruppe 10 ist speziell konstruiert, um ein Öffnen der Durchgänge 128 der ersten Stufe, der Durchgänge 130 der zweiten Stufe, der Durchgänge 132 der dritten Stufe und der Durchgänge 134 der vierten Stufe in einer radial nach innen gerichteten Richtung zu ermöglichen. Insbesondere öffnen sich die Durchgänge 128 der ersten Stufe als erste und haben den größten radialen Abstand zu der Mittelachse 30. Die Durchgänge 130 der zweiten Stufe öffnen sich als zweite, gefolgt von den Durchgängen 132 der dritten Stufe und dann den Durchgängen 134 der vierten Stufe in einer fortschreitend radial nach innen gerichteten Richtung. Im Gegensatz dazu erfolgt das Schließen der Durchgänge in einer radial nach außen gerichteten Richtung, wobei die Durchgänge 134 der vierten Stufe sich als erste schließen, gefolgt von den Durchgängen 132 der dritten Stufe, den Durchgängen 130 der zweiten Stufe und schließlich den Durchgängen 128 der ersten Stufe.

[0068] Die Bewegung des drehbaren Regelelements 28 bezüglich des feststehenden Regelelements 26 kann manuell über den Griff 24 geregelt werden, der sich innerhalb eines Schlitzes bewegen kann, der innerhalb des Einlassgehäuses 16 ausgebildet ist. Der Handgriff 24 ist über die Drehgabel 22 mit dem drehbaren Regelelement 28 verbunden, und somit wird durch Drehen des Handgriffs 24 auch das drehbare Regelelement 28 gedreht. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das drehbare Regelelement durch einen Dreh-Stellantrieb und eine Gestängebaugruppe betätigbar ist.

[0069] Gemäß einer Ausführungsform können das feststehende Regelelement 26 und das drehbare Regelelement 28 aus Wolframkarbid oder anderen im Stand der Technik bekannten metallischen Werkstoffen ausgebildet sein. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass die Regelelemente 26, 28 durch ein Laser-Sinterverfahren oder durch den Einsatz von Grünzustand-Herstellungsverfahren ausgebildet werden können. Ein Beispiel eines Laser-Sinterverfahrens und eines Grünzustand-Herstellungsverfahrens wird in der US-Patentschrift Nr. 8,826,938 mit dem Titel „Direct Metal Laser Sintered Flow Control Element“ beschrieben. Gegebenenfalls kann auch 3D-

Drucken verwendet werden, um die Herstellung eines oder beider Regelelemente 26, 28 zu erleichtern. Darüber hinaus wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass die vorangegangene Beschreibung der Regelelemente 26, 28 und ihre Art der strömungsregelnden Wechselwirkung miteinander eine beispielhafte optimale Umsetzung widerspiegeln soll, und dass bestimmte Variationen auch in dem Geist und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet sein sollen. Beispielshalber schließen bestimmte in Betracht gezogene Variationen Folgendes ein, sind aber nicht beschränkt auf: 1) Variationen in der Größe (z. B. Länge und/oder Durchmesser) und/oder Anzahl der konzentrisch positionierten Hülsen, die in dem feststehenden Regelelement 26 eingeschlossen sind; 2) Variationen in der Geometrie (z. B. Größe, Form und/oder Tiefe), Anordnung und/oder Anzahl der Durchgänge 128, 130, 132, 134 der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Stufe; 3) Variationen in der Größe (z. B. Länge und/oder Durchmesser) des drehbaren Regelelements 28 und 4) Variationen in der Geometrie (z. B. Größe, Form und/oder Tiefe), Anordnung und/oder Anzahl der Öffnungen 138, 140, 142, 144 der ersten, zweiten, dritten und vierten Stufe. Wie zu erkennen sein wird, kann die Umsetzung jeder dieser Variationen in einer beliebigen Kombination durch vorgeschriebene Kriterien für die Leistung von Drosselventilen veranlasst werden.

[0070] Mit Bezug auf Figur 9 wird nun ein weiteres Regel- oder Drosselventil 200 abgebildet, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Durchflussregelbaugruppe 210 einschließt. Figur 10 ist eine perspektivische Draufsicht der Durchflussregelbaugruppe 210, die um eine Mittelachse 212 angeordnet ist und im Allgemeinen ein drehbares Regelelement 214 (z. B. eine Drehscheibe) und ein feststehendes Regelelement 216 einschließt, das aus mehreren gestapelten Scheiben besteht. Zusammengesetzt bilden das feststehende Regelelement 216 und das drehbare Regelelement 214 einen Scheibenstapel aus, der Scheiben ähnlichen Umfangs oder Durchmessers aufweist, und die im Hauptdurchgang 20 des Regelventils 200 untergebracht sein können. Das feststehende Regelelement 216 und das drehbare Regelelement 214 definieren gemeinsam mehrere Regeldurchgänge, die selektiv durch relative Drehung des drehbaren Regelelements 214 bezüglich des feststehenden Regelelements 216 geöffnet und geschlossen werden.

[0071] Das drehbare Regelelement 214 ist um die Mittelachse 212 angeordnet und schließt einen Scheibenkörper 218 mit mehreren darin ausgebildeten Öffnungen ein. Insbesondere schließt der Scheibenkörper 218, beginnend von der Mittelachse 212 und sich radial nach außen hin zum Außenumfang bewegend, ein Paar von Öffnungen 220 der ersten Stufe ein, die einander im Allgemeinen gegenüberliegen. Jede Öffnung 220 der ersten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 212 um einen ersten radialen Abstand R1 beabstandet ist. Jede Öffnung 220 der ersten Stufe erstreckt sich auch um die Mittelachse um einen ersten Winkelabstand ©1. Die Öffnungen 220 der ersten Stufe entsprechen einem Durchgang der ersten Stufe, der in dem feststehenden Regelelement 216 ausgebildet ist. Jede Öffnung 220 der ersten Stufe definiert einen Bereich, der größer ist als derjenige der Offnung des entsprechenden Durchgangs der ersten Stufe, dessen Bedeutung nachfolgend genauer beschrieben wird.

[0072] Sich von der Öffnung 220 der ersten Stufe radial nach außen bewegend, schließt der Scheibenkörper 218 ferner vier Öffnungen 222 der zweiten Stufe ein, die gleichmäßig um die Mittelachse 212 beabstandet sind. Jede Öffnung 222 der zweiten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 212 um einen zweiten radialen Abstand R2 beabstandet ist, der größer als der erste radiale Abstand R1 ist. Jede Öffnung 222 der zweiten Stufe erstreckt sich auch um die Mittelachse 212 um einen zweiten Winkelabstand ®2, der geringer als der erste Winkelabstand &1 ist. Die Öffnungen 222 der zweiten Stufe entsprechen Durchgängen der zweiten Stufe, die in dem feststehenden Regelelement 216 ausgebildet sind. Jede Öffnung 222 der zweiten Stufe definiert einen Bereich, der größer als derjenige der Öffnung des entsprechenden Durchgangs der zweiten Stufe ist.

[0073] Sich von der Öffnung 222 der zweiten Stufe radial nach außen bewegend, schließt der Scheibenkörper 218 ferner vier Öffnungen 224 der dritten Stufe ein, die gleichmäßig um die Mittelachse 212 beabstandet sind. Die Öffnungen 224 der dritten Stufe entsprechen Durchgängen der dritten Stufe, die in dem feststehenden Regelelement 216 ausgebildet sind. Jede Öffnung 224 der dritten Stufe erstreckt sich entlang eines Weges, der von der Mittelachse 212 um einen

dritten radialen Abstand R3 beabstandet ist, der größer als der zweite radiale Abstand R2 ist. Jede Öffnung 224 der dritten Stufe definiert einen Bereich, der ungefähr gleich der Größe der Offnung jedes Durchgangs der dritten Stufe ist.

[0074] Der Scheibenkörper 218 kann auch eine oder mehrere Eingriffsausnehmungen oder -Öffnungen einschließen, um den Eingriff mit der Drehgabel zu erleichtern, wie oben beschrieben.

[0075] Figur 11 und 12 sind auseinandergezogene Ansichten der Durchflussregelbaugruppe 210, und wenn sie aus den darin dargestellten Perspektiven betrachtet werden, ist das drehbare Regelelement 214 auf der rechten Seite abgebildet und die Scheiben, die das feststehende Regelelement 216 (z. B. die feststehenden Scheiben) aufweist, befinden sich links von dem drehbaren Regelelement 214. Das drehbare Regelelement 214 ist den feststehenden Scheiben vorgelagert, sodass Fluid zunächst in das drehbare Regelelement 214 eintritt, bevor es durch die feststehenden Scheiben strömt.

[0076] Das feststehende Regelelement 216 schließt vier Scheiben ein, einschließlich einer ersten Scheibe 226 benachbart zu dem drehbaren Regelelement 214, gefolgt von einer zweiten Scheibe 228, einer dritten Scheibe 230 und einer vierten Scheibe 232, Die erste, zweite, dritte und vierte Scheibe 226, 228, 230, 232 schließen mehrere Öffnungen und Ausnehmungen ein, die gemeinsam ein Paar von Durchgängen der ersten Stufe, vier Durchgänge der zweiten Stufe und vier Durchgänge der dritten Stufe definieren.

[0077] Die erste Scheibe 226 schließt eine erste Seite 234, die dem drehbaren Regelelement 214 zugewandt ist, und eine gegenüberliegende zweite Seite 236 ein, die vom drehbaren Regelelement 214 abgewandt ist. Ein Paar von Öffnungen 238 der ersten Stufe ist in der ersten Scheibe 226 ausgebildet und erstreckt sich vollständig von der ersten Seite 234 zur zweiten Seite 236. Das Paar von Öffnungen 238 der ersten Stufe ist jeweils um einen ersten radialen Abstand von der Mittelachse 212 beabstandet und entlang eines gemeinsamen Durchmessers ausgerichtet. Vier Offnungen 240 der zweiten Stufe sind auch in der ersten Scheibe 226 ausgebildet und erstrecken sich vollständig von der ersten Seite 234 zu der zweiten Seite 236. Die Öffnungen 240 der zweiten Stufe sind jeweils von der Mittelachse 212 um einen zweiten radialen Abstand beabstandet, der größer als der erste radiale Abstand ist. Vier Öffnungen 242 der dritten Stufe sind auch in der ersten Scheibe 226 ausgebildet und erstrecken sich vollständig von der ersten Seite 234 zu der zweiten Seite 236. Die Öffnungen 242 der dritten Stufe sind jeweils von der Mittelachse 212 um einen dritten radialen Abstand beabstandet, der größer als der zweite radiale Abstand ist.

[0078] Nun speziell mit Bezug auf Figur 12, die erste Scheibe 226 schließt zusätzlich mehrere Ausnehmungen ein, die sich von der zweiten Seite 236 in die erste Scheibe 226 erstrecken. Die Ausnehmungen erstrecken sich nicht vollständig von der zweiten Seite 236 zu der ersten Seite 234; vielmehr enden sie kurz vor der ersten Seite 234, um eine Zwischenfläche zwischen der ersten und der zweiten Seite 234, 236 zu definieren. Insbesondere schließt die erste Scheibe 226 ein Paar von Ausnehmungen 244 der ersten Stufe und vier Ausnehmungen 246 der zweiten Stufe ein. Jede Ausnehmung 244 der ersten Stufe bildet einen Teil eines jeweiligen Durchgangs der ersten Stufe aus, während jede Ausnehmung 246 der zweiten Stufe einen Teil eines jeweiligen Durchgangs der zweiten Stufe ausbildet, wie nachfolgend genauer beschrieben wird. Die Größe und der Abstand der Ausnehmungen 244, 246 der ersten und zweiten Stufe ermöglichen es den Ausnehmungen 244, 246, mit entsprechenden Öffnungen oder Ausnehmungen in der benachbarten zweiten Scheibe 228 in Verbindung zu stehen.

[0079] Die zweite Scheibe 228 ist benachbart zu der ersten Scheibe 226 positioniert und schließt eine erste Seite 248, die der ersten Scheibe 226 zugewandt ist, eine gegenüberliegende zweite Seite 250, die von der ersten Scheibe 226 abgewanadt ist, und mehrere Öffnungen, die sich vollständig zwischen der ersten Seite 248 und der zweiten Seite 250 erstrecken, ein. Jede Öffnung bildet einen Abschnitt von einem von dem Durchgang der ersten Stufe, dem Durchgang der zweiten Stufe und dem Durchgang der dritten Stufe aus. Insbesondere schließt die zweite Scheibe 228 ein Paar von primären Öffnungen 252 der ersten Stufe und ein Paar von sekundären Öffnungen 254 der ersten Stufe ein, von denen jede zu jeweiligen des Paares von Durchgängen der

ersten Stufe beiträgt. Jede primäre Öffnung 252 der ersten Stufe ist einer entsprechenden des Paars von sekundären Öffnungen 254 der ersten Stufe vorgelagert. Die zweite Scheibe 228 schließt auch vier primäre Öffnungen 256 der zweiten Stufe und vier sekundäre Öffnungen 258 der zweiten Stufe ein, von denen jede zu jeweiligen der vier Durchgänge der zweiten Stufe beiträgt. Jede primäre Öffnung 256 der zweiten Stufe ist einer entsprechenden der vier sekundären Öffnungen 258 der zweiten Stufe vorgelagert. Die zweite Scheibe 228 schließt ferner vier Öffnungen 260 der dritten Stufe ein, von denen jede Abschnitte der jeweiligen der Durchgänge der dritten Stufe ausbildet.

[0080] Die dritte Scheibe 230 ist benachbart zu der zweiten Scheibe 228 angeordnet und schließt eine erste Seite 262 und eine gegenüberliegende zweite Seite 264 ein, wobei die erste Seite 262 der zweiten Scheibe 228 zugewandt ist und die zweite Seite 264 von der zweiten Scheibe 228 abgewanadt ist. Die dritte Scheibe 230 schließt ein Paar von Ausnehmungen 266 der ersten Stufe ein, die sich teilweise durch die dritte Scheibe 230 von der ersten Seite 262 zu der zweiten Seite 264 hin erstrecken. Jede Ausnehmung 266 der ersten Stufe ist bemessen und positioniert, um mit einer primären Öffnung 252 der ersten Stufe und einer sekundären Öffnung 254 der ersten Stufe auf der zweiten Scheibe 228 in Verbindung zu stehen. Die dritte Scheibe 230 schließt zusätzlich ein Paar von Öffnungen 268 der ersten Stufe ein, die sich vollständig zwischen der ersten Seite 262 und der zweiten Seite 264 erstrecken. Jede Offnung 268 der ersten Stufe ist bemessen und positioniert, um mit einer entsprechenden sekundären Öffnung 254 der ersten Stufe auf der zweiten Scheibe 228 in Verbindung zu stehen.

[0081] Die dritte Scheibe 230 schließt zusätzlich vier primäre Ausnehmungen 270 der zweiten Stufe, vier sekundäre Ausnehmungen 272 der zweiten Stufe und vier Öffnungen 274 der zweiten Stufe ein, die jeweiligen der Durchgänge der zweiten Stufe zugeordnet sind. Jede primäre Ausnehmung 270 der zweiten Stufe und jede sekundäre Ausnehmung 272 der zweiten Stufe erstreckt sich teilweise durch die dritte Scheibe 230, von der ersten Seite 262 zu der zweiten Seite 264. Jede Öffnung 274 der zweiten Stufe ist am Ende einer jeweiligen sekundären Ausnehmung 272 der zweiten Stufe ausgebildet und erstreckt sich vollständig zwischen der ersten Seite 262 und der zweiten Seite 264. Jede primäre Ausnehmung 270 der zweiten Stufe ist bemessen und positioniert, um mit einer entsprechenden primären Offnung 256 der zweiten Stufe auf der zweiten Scheibe 228 in Verbindung zu stehen. Jede sekundäre Ausnehmung 272 der zweiten Stufe ist bemessen und positioniert, um mit einer entsprechenden sekundären Öffnung 258 der zweiten Stufe auf der zweiten Scheibe 228 in Verbindung zu stehen.

[0082] Die dritte Scheibe 230 schließt ferner vier Öffnungen 276 der dritten Stufe und vier Ausnehmungen 278 der dritten Stufe ein. Jede Öffnung 276 der dritten Stufe erstreckt sich vollständig von der ersten Seite 262 zu der zweiten Seite 264 und steht mit einer jeweiligen Öffnung 276 der dritten Stufe auf der dritten Scheibe 230 in Verbindung. Jede Ausnehmung 278 der dritten Stufe steht mit einer jeweiligen Offnung 276 der dritten Stufe in Verbindung und erstreckt sich von der entsprechenden Öffnung 276 der dritten Stufe weg. Jede Ausnehmung 278 der dritten Stufe erstreckt sich teilweise durch die dritte Scheibe 230 von der zweiten Seite 264 zu der ersten Seite 262 hin.

[0083] Die vierte Scheibe 232 ist benachbart zu der dritten Scheibe 230 angeordnet und schließt eine erste Seite 280 und eine gegenüberliegende zweite Seite 282 ein, wobei die erste Seite 280 der dritten Scheibe 230 zugewandt ist und die zweite Seite 282 von der dritten Scheibe 230 abgewandt ist. Die vierte Scheibe 232 schließt ein Paar von Öffnungen 284 der ersten Stufe ein, die sich vollständig durch die vierte Scheibe 232 von der ersten Seite 280 zu der zweiten Seite 282 erstrecken. Jede Öffnung 284 der ersten Stufe steht mit einer entsprechenden Öffnung 268 der ersten Stufe, die auf der dritten Scheibe 230 ausgebildet ist, in Verbindung. Die vierte Scheibe 232 schließt zusätzlich vier Öffnungen 284 der zweiten Stufe ein, die sich vollständig durch die vierte Scheibe 232 von der ersten Seite 280 zu der zweiten Seite 282 erstrecken. Jede Öffnung 284 der zweiten Stufe steht mit einer entsprechenden Öffnung 274 der zweiten Stufe, die auf der dritten Scheibe 230 ausgebildet ist, in Verbindung. Die vierte Scheibe 232 schließt ferner vier Ausnehmungen 288 der dritten Stufe und vier Öffnungen 290 der dritten Stufe ein. Jede Ausnehmung 288 der dritten Stufe erstreckt sich teilweise durch die vierte Scheibe 232 von der ersten

Seite 280 zu der zweiten Seite 282 hin und steht mit einer entsprechenden Ausnehmung 278 der dritten Stufe, die auf der dritten Scheibe 230 ausgebildet ist, in Verbindung.

[0084] Wie oben angemerkt, definieren die erste, zweite, dritte und vierte Scheibe 226, 228, 230, 232 gemeinsam den Durchgang der ersten Stufe, Durchgang der zweiten Stufe und Durchgang der dritten Stufe. Mit Bezug auf Figur 13 wird nun eine perspektivische Querschnitts-Ansicht des feststehenden Regelelements 216 gezeigt, wobei bestimmte Öffnungen und Ausnehmungen davon gestrichelt dargestellt sind, um einen beispielhaften Durchgang der Durchgänge der ersten Stufe darzustellen. Wenn Fluid durch den Durchgang der ersten Stufe strömt, strömt das Fluid durch die Öffnung 238 der ersten Stufe in der ersten Scheibe 226, dann durch die primäre Öffnung der ersten Stufe 252 in der zweiten Scheibe 228, dann durch die Ausnehmung 266 der ersten Stufe in der dritten Scheibe 230, dann durch die sekundäre Öffnung 254 der ersten Stufe und Ausnehmung 244 der ersten Stufe in der zweiten bzw. ersten Scheibe 228, 226, und dann durch ausgerichtete Öffnungen 268, 284 der ersten Stufe in der dritten und vierten Scheibe 230, 232. In dieser Hinsicht erstreckt sich der Durchgang der ersten Stufe entlang drei verschiedener Achsen und schließt sieben Segmente und sechs Windungen ein.

[0085] Mit Bezug auf Figur 14 wird nun ein beispielhafter Durchgang der zweiten Stufe abgebildet. Wenn Fluid durch den Durchgang der zweiten Stufe strömt, strömt das Fluid durch die Offnung 240 der zweiten Stufe in der ersten Scheibe 226, durch die primäre Öffnung 256 der zweiten Stufe und die primäre Ausnehmung 270 der zweiten Stufe in der zweiten bzw. dritten Scheibe 228, 230, durch die Ausnehmung 246 der zweiten Stufe in der ersten Scheibe 226, durch die sekundäre Öffnung 258 der zweiten Stufe und die sekundäre Ausnehmung 272 der zweiten Stufe in der zweiten bzw. dritten Scheibe 228, 230, durch die Öffnung 274 der zweiten Stufe in der dritten Scheibe 230 und durch die Öffnung 286 der zweiten Stufe in der vierten Scheibe 232. In dieser Hinsicht erstreckt sich der Durchgang der zweiten Stufe entlang drei verschiedener Achsen und schließt sieben Segmente und sechs Windungen ein.

[0086] Mit Bezug auf Figur 15 wird nun ein beispielhafter Durchgang der dritten Stufe abgebildet. Wenn Fluid durch den Durchgang der dritten Stufe strömt, strömt das Fluid durch die Öffnung 242 der dritten Stufe in der ersten Scheibe 226, durch die Öffnung 260 der dritten Stufe in der zweiten Scheibe 228, durch die Öffnung 276 der dritten Stufe und die Ausnehmung 278 der dritten Stufe in der dritten Scheibe 230, durch die Ausnehmung 288 der dritten Stufe in der vierten Scheibe 232 und durch die Öffnung 290 der dritten Stufe in der vierten Scheibe 232. In dieser Hinsicht erstreckt sich der Durchgang der dritten Stufe entlang drei verschiedener Achsen und schließt fünf Segmente und sechs Windungen ein.

[0087] Nun werden mit Bezug auf Figur 16A bis 16D, die verschiedenen Positionen des drehbaren Regelelements 214 bezüglich des feststehenden Regelelements 216 beschrieben. Figur 16A zeigt das drehbare Regelelement 214 in einer geschlossenen Position bezüglich des feststehenden Regelelements 216. In der geschlossenen Position sind die Öffnungen 220 der ersten Stufe, Öffnungen 222 der zweiten Stufe und Öffnungen 224 der dritten Stufe nicht mit den entsprechenden Öffnungen der Durchgänge der ersten Stufe, der Durchgänge der zweiten Stufe, der Durchgänge der dritten Stufe ausgerichtet. Als solche bildet die Durchflussregelbaugruppe 210 effektiv einen Stopfen innerhalb des Hauptventildurchgangs 20 aus, indem verhindert wird, dass Fluid durch einen der Durchgänge der ersten Stufe, Durchgänge der zweiten Stufe, und Durchgänge der dritten Stufe strömt.

[0088] In Figur 16B wurde das drehbare Regelelement 214 um einen ersten Drehabstand d1 bezüglich der in Figur 16A gezeigten Position gedreht, um eine erste offene Position einzunehmen. In der ersten offenen Position sind die Öffnungen 220 der ersten Stufe des drehbaren Regelelements 214 mindestens teilweise mit entsprechenden Öffnungen der Öffnungen 238 der ersten Stufe auf der ersten Scheibe 226 ausgerichtet, während die Öffnungen 222 der zweiten Stufe und die Öffnungen 224 der dritten Stufe außer Ausrichtung mit ihren entsprechenden Offnungen 240 der zweiten Stufe und Öffnungen 240 der dritten Stufe auf der ersten Scheibe 226 bleiben. Wenn sich das drehbare Regelelement 214 somit in der ersten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge der ersten Stufe strömen, während verhindert wird, dass Fluid

durch die Durchgänge der zweiten Stufe und Durchgänge der dritten Stufe strömt.

[0089] In Figur 16C wurde das drehbare Regelelement 214 um einen zweiten Drehabstand d2 bezüglich der in Figur 16A gezeigten Position gedreht, um eine zweite offene Position einzunehmen. In der zweiten offenen Position sind die Öffnungen 220 der ersten Stufe des drehbaren Regelelements 214 aufgrund der verlängerten Bogenlänge der Öffnungen 220 der ersten Stufe mit den Öffnungen 238 der ersten Stufe auf der ersten Scheibe 226 ausgerichtet. Wenn sich das drehbare Regelelement 214 in der zweiten Position befindet, sind die Öffnungen 222 der zweiten Stufe des drehbaren Regelelements 214 außerdem mindestens teilweise mit den Öffnungen 240 der zweiten Stufe der ersten Scheibe 226 ausgerichtet. Die Öffnungen 224 der dritten Stufe des drehbaren Regelelements 214 bleiben außer Ausrichtung mit den entsprechenden Öffnungen 242 der dritten Stufe der ersten Scheibe 226. Wenn sich das drehbare Regelelement 214 somit in der zweiten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge der ersten Stufe und Durchgänge der zweiten Stufe strömen, während verhindert wird, dass Fluid durch die Durchgänge der dritten Stufe strömt.

[0090] In Figur 16D wurde das drehbare Regelelement 214 um einen dritten Drehabstand d3 bezüglich der in Figur 16A gezeigten Position gedreht, um eine dritte offene Position einzunehmen. In der dritten offenen Position sind die Öffnungen 220 der ersten Stufe des drehbaren Regelelements 214 mit den Öffnungen 238 der ersten Stufe auf der ersten Scheibe 226 ausgerichtet und die Öffnungen 222 der zweiten Stufe des drehbaren Regelelements 214 sind mit den Öffnungen 240 der zweiten Stufe der ersten Scheibe 226 ausgerichtet. Außerdem sind die Offnungen 224 der dritten Stufe des drehbaren Regelelements 214 mindestens teilweise mit den entsprechenden Öffnungen 242 der dritten Stufe der ersten Scheibe 226 ausgerichtet. Wenn sich das drehbare Regelelement 214 somit in der dritten offenen Position befindet, kann Fluid durch die Durchgänge der ersten Stufe, die Durchgänge der zweiten Stufe und die Durchgänge der dritten Stufe strömen.

[0091] Gemäß einer Ausführungsform kann das drehbare Regelelement 214 durch eine Drehung von weniger als neunzig Grad und in einigen Fällen einer Drehung von weniger als achtzig Grad von der geschlossenen Position in die voll geöffnete Position (d. h. die dritte offene Position) übergehen. Somit kann der Fluidstrom durch die Durchflussregelbaugruppe 210 durch relativ kleine Verdrehungsgrade geregelt werden.

[0092] Die Durchflussregelbaugruppe 210 ist speziell konstruiert, um ein Öffnen der Durchgänge der ersten Stufe, der Durchgänge der zweiten Stufe und der Durchgänge der dritten Stufe in einer radial nach außen gerichteten Richtung zu ermöglichen. Insbesondere öffnen sich die Durchgänge der ersten Stufe als erste und haben den kleinsten radialen Abstand zu der Mittelachse 212. Die Durchgänge der zweiten Stufe öffnen sich als zweite, gefolgt von den Durchgängen der dritten Stufe in fortschreitend radial nach außen gerichteter Richtung. Im Gegensatz dazu erfolgt das Schließen der Durchgänge in einer radial nach innen gerichteten Richtung, wobei die Durchgänge der dritten Stufe sich als erste schließen, gefolgt von den Durchgängen der zweiten Stufe und schließlich den Durchgängen der ersten Stufe.

[0093] Gemäß einer Ausführungsform können das feststehende Regelelement 216 und das drehbare Regelelement 214 aus Wolframkarbid oder anderen im Stand der Technik bekannten metallischen Werkstoffen ausgebildet sein. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass die Regelelemente 214, 216 durch ein Laser-Sinterverfahren oder durch den Einsatz eines Grünzustands-Herstellungsverfahrens ausgebildet werden können. Ein Beispiel eines Laser-Sinterverfahrens und eines Grünzustand-Herstellungsverfahrens wird in der US-Patentschrift Nr. 8,826,938 mit dem Titel „Direct Metal Laser Sintered Flow Control Element“ beschrieben, deren Inhalt hierin ausdrücklich eingebunden wird. Gegebenenfalls kann auch 3D-Drucken verwendet werden, um die Herstellung eines oder beider Regelelemente 214, 216 zu erleichtern. Darüber hinaus wird der Durchschnittsftachmann erkennen, dass die vorangegangene Beschreibung der Regelelemente 214, 216 und ihre Art der strömungsregelnden Wechselwirkung miteinander eine beispielhafte optimale Umsetzung widerspiegeln sollen, und dass bestimmte Variationen auch in dem Geist und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet sein sollen. Beispielshal-

ber schließen bestimmte in Betracht gezogene Variationen Folgendes ein, sind aber nicht beschränkt auf: 1) Variationen in der Größe (z. B. Länge und/oder Durchmesser) und/oder Anzahl der Scheiben, die in dem feststehenden Regelelement 216 eingeschlossen sind; 2) Variationen in der Geometrie (z. B. Größe, Form und/oder Tiefe), Anordnung und/oder Anzahl der Öffnungen und/oder Ausnehmungen, die in einer oder mehreren der Scheiben 226, 228, 230, 232 und/oder dem drehbaren Regelelement 214 in einer beliebigen Kombination eingeschlossen sind, wodurch entsprechende Variationen in der Geometrie (z. B. Größe, Form und/oder Tiefe) hervorgerufen werden, Anordnung und/oder Anzahl der Durchgänge der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Stufe und 3) Variationen in der Größe (z. B. Länge und/oder Durchmesser) des drehbaren Regelelements 214. Wie zu erkennen sein wird, kann die Umsetzung jeder dieser Variationen in einer beliebigen Kombination durch vorgeschriebene Kriterien für die Leistung von Drosselventilen veranlasst werden.

[0094] Die hierin gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen allein dem Zweck der darstellenden Erläuterung, und werden nicht für die Bereitstellung der Beschreibung der Grundsätze und konzeptionellen Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgestellt, von der angenommen wird, dass sie die nützlichste und am leichtesten verständliche ist. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, um mehr Details zu zeigen als für das grundlegende Verständnis der verschiedenen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen erforderlich, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen dem Fachmann deutlich machen, wie diese in der Praxis umgesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Regelventil (12, 200), aufweisend:

ein Ventilgehäuse (14) mit einem Hauptventildurchgang (20);

ein feststehendes Durchflussregelelement (26, 216), das innerhalb des Hauptventildurchgangs (20) positioniert ist, und ein drehbares Regelelement (28, 214), das in dem

Hauptventildurchgang (20) benachbart zu dem Durchflussregelelement (26) positioniert

ist, wobei das Durchflussregelelement (26) einen Durchgang (128) einer ersten Stufe und einen Durchgang (130) einer zweiten Stufe aufweist; und

das drehbare Regelelement (28, 214) eine Offnung (138, 220) einer ersten Stufe und eine Öffnung (140, 222) einer zweiten Stufe hat, wobei das drehbare Regelelement (28, 214) bezüglich des feststehenden Durchflussregelelements (26, 216) zwischen einer geschlossenen Position, einer ersten Position und einer zweiten Position umstellbar ist;

in der geschlossenen Position alle Öffnungen (138, 220, 140, 222) im drehbaren Regelelement (28, 214) mit allen Durchgängen (128, 130) im Durchflussregelelement (26) nicht ausgerichtet sind, sodass das drehbare Regelelement (28, 214) einen Fluidstrom durch das Durchflussregelelement (26) verhindert;

in der ersten Position die Öffnung (138, 220) der ersten Stufe mindestens teilweise mit dem Durchgang (128) der ersten Stufe ausgerichtet ist und die Öffnung (140, 222) der zweiten Stufe nicht mit dem Durchgang (130) der zweiten Stufe ausgerichtet ist, sodass das drehbare Regelelement (28, 214) einen Fluidstrom durch den Durchgang (128) der ersten Stufe ermöglicht und den Durchgang (130) der zweiten Stufe blockiert, um einen Fluidstrom durch den Durchgang (130) der zweiten Stufe zu verhindern; und

in der zweiten Position die Öffnung (138, 220) der ersten Stufe mit dem Durchgang (128) der ersten Stufe ausgerichtet ist und die Öffnung (140, 222) der zweiten Stufe mindestens teilweise mit dem Durchgang (130) der zweiten Stufe ausgerichtet ist, sodass das drehbare Regelelement (28, 214) einen Fluidstrom sowohl durch den Durchgang (128) der ersten Stufe als auch durch den Durchgang (130) der zweiten Stufe ermöglicht,

dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (128) der ersten Stufe und der Durch-

gang (130) der zweiten Stufe eine gewundene Konfiguration aufweisen.

2. Regelventil (12, 200) nach Anspruch 1, wobei das feststehende Durchflussregelelement (26, 216) mehrere Durchgänge (128) der ersten Stufe mit jeweils gewundener Konfiguration umfasst und das drehbare Regelelement (28, 214) mehrere Öffnungen (138, 220) der ersten Stufe umfasst, wobei jede Öffnung (138, 220) der ersten Stufe einem jeweiligen der mehreren Durchgänge (128) der ersten Stufe zugeordnet ist.

3. Regelventil (12, 200) nach Anspruch 2, wobei das feststehende Durchflussregelelement (26, 216) mehrere Durchgänge (130) der zweiten Stufe mit jeweils gewundener Konfiguration umfasst und das drehbare Regelelement (28, 214) mehrere Öffnungen (140, 222) der zweiten Stufe umfasst, wobei jede Öffnung (140, 222) der zweiten Stufe einem jeweiligen der mehreren Durchgänge (130) der zweiten Stufe zugeordnet ist.

4. Regelventil (12, 200) nach Anspruch 3, wobei sich die mehreren Öffnungen (138, 220) der ersten Stufe jeweils entlang eines Weges erstrecken, der von einer Mittelachse (30, 212) um einen ersten radialen Abstand (r1) beabstandet ist, und sich die mehreren Öffnungen (140, 222) der zweiten Stufe jeweils entlang eines Weges erstrecken, der von der Mittelachse (30, 212) um einen zweiten radialen Abstand (r2) beabstandet ist, der sich von dem ersten radialen Abstand (r1) unterscheidet.

5. Regelventil (12) nach Anspruch 1, wobei das feststehende Durchflussregelelement (26) einen zentralen Körper (118) und mindestens zwei Hülsen (32, 44) umfasst, die sich um den zentralen Körper (118) herum erstrecken, wobei die Hülsen (32, 44) und der zentrale Körper (118) gemeinsam den Durchgang (128) mit gewundener Konfiguration der ersten Stufe und den Durchgang (130) mit gewundener Konfiguration der zweiten Stufe bilden.

10.

11.

12.

13. 14.

15.

ästerreichisches AT 521 746 B1 2021-10-15

Regelventil (12) nach Anspruch 5, wobei mindestens drei Hülsen (32, 44, 74, 98) vorgesehen sind, die konzentrisch ineinander angeordnet sind.

Regelventil (12) nach Anspruch 6, wobei der Durchgang (128) der ersten Stufe gemeinsam durch die erste und zweite Hülse (32, 44) gebildet wird und der Durchgang (130) der zweiten Stufe gemeinsam durch die zweite und dritte Hülse (44, 74) gebildet wird.

Regelventil (200) nach Anspruch 1, wobei das feststehende Durchflussregelelement (216) mehrere gestapelte Scheiben (226, 228, 230, 232) einschließt, die gemeinsam den Durchgang mit gewundener Konfiguration der ersten Stufe und den Durchgang mit gewundener Konfiguration der zweiten Stufe bilden.

Regelventil (12) nach Anspruch 1, das ferner einen Griff (24) aufweist, der mit dem drehbaren Regelelement (28) gekoppelt ist, um eine manuelle Regelung der Position des drehbaren Regelelements (28) bezüglich des feststehenden Durchflussregelelements (26) zu erleichtern.

Regelventil (12) nach Anspruch 9, wobei das Ventilgehäuse (14) einen Schlitz einschließt, wobei sich der Griff (24) durch den Schlitz erstreckt.

Regelventil (12, 200) nach Anspruch 1, wobei das Ventilgehäuse (14) einen Einlass (16) und einen Auslass (18) einschließt, wobei sich der Hauptventildurchgang (20) zwischen dem Einlass (16) und dem Auslass (18) erstreckt, wobei das drehbare Regelelement (28, 214) dem feststehenden Durchflussregelelement (26, 216) in Durchlassrichtung vorgelagert ist.

Regelventil (12, 200), aufweisend:

einen Ventilkörper (14) mit einem Hauptventildurchgang (20); und

eine Durchflussregelbaugruppe (10, 210), die in dem Hauptventildurchgang (20) positioniert ist, wobei die Durchflussregelbaugruppe (10, 210) ein erstes Regelelement (26, 216) und ein zweites Regelelement (28, 214) umfasst, das bezüglich des ersten Regelelements (26, 216) zwischen einer geschlossenen Position, einer ersten Position und einer zweiten Position drehbar ist;

wobei in der geschlossenen Position das erste (26, 216) und zweite Regelelement (28, 214) einen Stopfen ausbilden, der einen Fluidstrom durch die Durchflussregelbaugruppe (10, 210) verhindert;

wobei in der ersten Position das erste (26, 216) und zweite Regelelement (28, 214) gemeinsam einen ersten Regeldurchgang durch das Regelventil (12, 200) bilden; und

wobei in der zweiten Position, das erste (26, 216) und das zweite Regelelement (28, 214) gemeinsam den ersten Regeldurchgang und einen zweiten Regeldurchgang durch das Regelventil (12, 200) bilden,

wobei der zweite Regeldurchgang zumindest zwei Abschnitte (246, 258, 270, 272) auf-

weist, die in der ersten Position keinen Durchgang miteinander bilden, um einen Fluiddurchlass durch den zweiten Regeldurchgang zu verhindern, wenn die Durchflussregelbaugruppe (10, 210) in der ersten Position ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regeldurchgang und der zweite Regeldurchgang eine gewundene Konfiguration aufweisen.

Regelventil (12, 200) nach Anspruch 12, wobei die Durchflussregelbaugruppe (10, 210) mehrere erste Regeldurchgänge mit gewundener Konfiguration bildet, wenn sich das zweite Regelelement (28, 214) in der ersten Position befindet.

Regelventil (12, 200) nach Anspruch 13, wobei die Durchflussregelbaugruppe (10, 210) mehrere zweite Regeldurchgänge mit gewundener Konfiguration bildet, wenn sich das zweite Regelelement (28,214) in der zweiten Position befindet.

Regelventil (12) nach Anspruch 12, wobei das erste Regelelement (26) der Durchflussregelbaugruppe (10) einen zentralen Körper (118) und mindestens zwei Hülsen (32, 44) umfasst, die sich um den zentralen Körper (118) herum erstrecken, und die Hülsen (32, 44) und der zentrale Körper (118) gemeinsam mindestens einen Abschnitt des ersten Regeldurchgangs

mit gewundener Konfiguration und des zweiten Regeldurchgangs mit gewundener Konfiguration bilden.

16. Regelventil (12) nach Anspruch 15, wobei mindestens drei Hülsen (32, 44, 74, 98) vorgesehen sind, die konzentrisch ineinander angeordnet sind.

17. Regelventil (12) nach Anspruch 16, wobei mindestens ein Abschnitt des ersten Regeldurchgangs gemeinsam durch die erste und zweite Hülse (32, 44) gebildet wird, und mindestens ein Abschnitt des Durchgangs der zweiten Stufe gemeinsam durch die zweite und dritte Hülse (44,74) gebildet wird.

18. Regelventil (200) nach Anspruch 12, wobei das erste Regelelement (216) mehrere gestapelte Scheiben (226, 228, 230, 232) umfasst.

19. Regelventil (12) nach Anspruch 12, das ferner einen Griff (24) aufweist, der mit der Durchflussregelbaugruppe (10) gekoppelt ist, um eine manuelle Regelung der Position des zweiten Regelelements (28) bezüglich des ersten Regelelements (26) zu erleichtern.

20. Regelventil (12) nach Anspruch 19, wobei das Ventilgehäuse (14) einen Schlitz einschließt, wobei sich der Griff (24) durch den Schlitz erstreckt.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen