CH622326A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Absperren, Drosseln oder Regeln, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin geführten zylindrischen Stellorgan.

Es sind eine grosse Artenvielfalt von Absperrorganen, wie Hahnen oder Ventile bekannt. Hahnen werden gewöhnlich für kleine Durchmesser und geringe Drücke gebaut; Ventile für grössere Durchmesser bis zu den höchsten Drücken. Eine der ersten Bedingungen eines Ventils, das zum Absperren oder Drosseln verwendet wird, ist das Dichthalten im Dauerbetrieb. Dabei unterliegen Ventile, die zum Drosseln benützt werden, einem besonders starken Verschleiss. Eine weitere Bedingung für Absperr- oder Drosselventile ist deren leichtes Öffnen und Schliessen. Diese Bedingung gilt aber gleichermassen auch für Regelventile, wobei auch Regelventile im Absperrfall dicht sein müssen. Als Stellorgan werden bei Regelventilen gewöhnlich Parabolkegel oder Glockenkegel verwendet, die im wesentlichen stirnseitig angeströmt werden. Diese Art der Regelung bedingt, dass die Stellorgane jeweils gegen den Stoffstrom auf ihre Sitzbuchse zum Absperren der Amatur geschoben werden müssen. Damit ergeben sich hohe Stellkräfte in direkter Abhängigkeit zum jeweils anstehenden Betriebsdruck, welcher dann als Differenzdruck auf das Stellorgan wirkt. Diese Tatsache bewirkt, dass im Betriebsverhalten eine hohe Hysterese eintritt, die sehr unangenehme Folgeerscheinungen für das gesamte Regelventil hat, wobei entscheidend die Regelgenauigkeit beeinflusst wird.

Die schweizerische Patentschrift 11 217 beinhaltet zum Beispiel ein Absperrventil, einen einfachen Regulierhahn, mit darin geführtem, zylindrischen Absperrorgan. Zur Bewegung des Absperrorgans sind aber grosse Kräfte erforderlich, um die Reibungskräfte zwischen dem Absperrorgan und dem Gehäuse zu überwinden, sodass dieser Regulierhahn insbesondere für die Regelung ungeeignet ist. Die amerikanische Patentschrift 1 805 106 beinhaltet ein Drosselventil mit einem zylindrischen Absperrorgan, zu dessen Bewegung ebenfalls grosse Reibungskräfte zu überwinden sind. Auch dieses Drosselventil ist darum für einen Einsatz in einem Regelkreis nicht geeignet. Des weiteren sind aus der Absperrtechnik zum Unterbrechen von Stoffströmen eine Vielzahl von einfachen Hahnen oder Absperrorganen bekannt, die zum dichten Verschliessen von Leitungssystemen mehr oder weniger geeignet sind. Die US-PS 3 526 249 beinhaltet zum Beispiel einen Absperrhahn mit Kugelküken, in welchem ein zusätzlicher Schieber angeordnet ist. In Endstellung sitzt der Schieber auf einem Sitz im Kugelküken, wobei eine Einregulierung des Durchflusses des Stoffstromes nicht möglich ist.

Des weiteren sind Ventile bekannt, die Steuerkanten aufweisen, die dem Ventil eine quadratische oder logarithmische Kennlinie verleihen. Die britische Patentschrift 111 631 beschreibt ein Drosselventil mit quer zum Stoffstrom angeordneten Flachschieber, wobei die Steuerkante des Flachschiebers kreisbogen- oder dreieckförmig ausgebildet ist.

Der Erfahrung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem zum Bewegen des Stellorgans nur sehr geringe Reibungskräfte zu überwinden sind und .das praktisch keine Hysterese aufweist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Ventil gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Stellorgan als zylindrische Hülse mit einem Längsschlitz ausgebildet ist.

Mit dem neuen Ventil kann die einleitend beschriebene, vom Betriebsdruck abhängige Hysterese praktisch vermieden werden. Die erforderlichen Kräfte zum Bewegen des Stellorgans können auf ein Minimum reduziert werden, da innerhalb des Stellorgans ein völliger Druckausgleich entsteht. Der Betriebsdruck macht sich nur noch über die Reibungskräfte zwischen dem als Hülse ausgebildeten Stellorgan und dessen Führung innerhalb des Gehäuses bemerkbar. Diese Reibungskräfte werden weiter reduziert, weil die Hülse wegen des Längsschlitzes bei thermischer Belastung sich permanent an die Ausdehnung der Führungsbahn anpassen kann, so dass das Betriebsverhalten des Stellorgans auch bei sehr hohen Temperaturen völlig problemlos ist. Dadurch ist es möglich, jedes Verklemmen des Stellorgans aufgrund thermischer Ausdehnung wirkungsvoll zu verhindern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse in ihrem oberen Teil innen eine Ringnut auf. In der Ringnut ist eine Traverse fest angeordnet, an der mittig eine Führungsstange zur Bewegung der Hülse angeordnet ist. Aufgrund des Druckausgleichs innerhalb des als Hülse ausgebildeten Stellorgans können keine Querkräfte mehr auf die Führungsstange einwirken, was ebenfalls zur Eliminierung einer Hysterese beiträgt. Dabei kann die Traverse kraftschlüssig in der Ringnut der Hülse befestigt sein, und die Führungsstange kann ebenfalls fest mit der Traverse verbunden sein, so dass die Hülse auch um ihre Längsachse drehbar ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des neuen Ventils weist die Hülse gegenüber der Aussparung eine Ausnehmung auf, die bis zum unteren Hülsenrand reicht. Diese Ausnehmung kann die Form eines Rechtecks oder Dreiecks aufweisen. Darüberhinaus kann der untere Rand der Mantelfläche der Hülse gekrümmt sein und zwei axialsymmetrisch angeordnete Schalen aufweisen, deren benachbarte Kanten in einem waagrechten Schlitz enden. In Abhängigkeit von der Krümmung des unteren Hülsenrands können sämtliche Kenns io

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linien gefahren werden, seien sie linear, quadratisch oder logarithmisch.

Wegen der Ausbildung des Stellorgans als Hülse mit einem Längsschlitz können zwischen Gehäuse und Stellorgan sehr geringe Herstellungstoleranzen eingehalten werden. Damit ermöglicht das neue Ventil, zusätzlich eine hohe Dichtigkeit zu erreichen. Des weiteren erlaubt die mit dem Längsschlitz versehene Hülse das Einsetzen von Werkstoffen, die den Härtegrad 9 besitzen, z.B. Oxidkeramik, Glaskeramik, Hartmetalle usw. Dabei kann sowohl das Gehäuse als auch das Stellorgan aus einem dieser Werkstoffe hergestellt sein. Diese Werkstoffe können deshalb eingesetzt werden, weil das neue Stellorgan im Gegensatz zu Parabol- oder Glockenkegeln oder anderen zum völligen Abschliessen des Ventils nicht auf einen Ventilsitz im Gehäuse aufgepresst werden muss, sondern durch Verdecken der Durchgangsbohrung des Gehäuses die völlige Absperrung des Ventils erzielt. Dadurch ist des weiteren eine leichtere Herstellung des Gehäuses gegeben. Als weiterer Werkstoff eignet sich hier gegebenenfalls auch Hartmetall. Das neue Ventil eignet sich für sämtliche Einsätze zum Absperren, Drosseln oder Regeln, bei denen höchste Dichtigkeit und Funktionstüchtigkeit gefordert wird. Insbesondere eignet sich das neue Ventil zum Einsatz als Regelventil in einem Regelkreis, wobei gegenüber den Hoch- oder Höchstdrucken, die mit dem Ventil gesteuert werden können, nur geringe Stellkräfte notwendig sind, die nur einen Bruchteil derjenigen Stellkräfte betragen, die bei bekannten Regelventilen zur Regelung vergleichbarer Drucke erforderlich sind.

Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschliessend beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Stellorgans für ein Ventil, das beliebig zum Absperren, Drosseln oder Regeln eingesetzt werden kann, Fig. 2 die Draufsicht auf das Stellorgan gemäss Fig. 1, Fig. 3 den Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Stellorgans für ein Regelventil, welches Stellorgan eine zusätzliche Ausnehmung in Form eines Rechteckes aufweist, Fig. 4 die Seitenansicht des Stellorgans gemäss Fig. 3, Fig. 5 die Draufsicht auf das Stellorgan gemäss Fig. 3, Fig. 6 den Längsschnitt durch nach eine Ausführungsform eines Stellorgans, dessen unterer Rand gekrümmt ist und zwei axialsymmetrisch angeordnete Schalten bildet,

Fig. 7 den um 90° gedrehten Längsschnitt des Stellorgans gemäss Fig. 6, wobei die benachbarten Kanten der Schalen in einem waagrechten Schlitz enden,

Fig. 8 und 9 die Draufsicht bzw. den Längsschnitt durch noch eine Ausführungsform eines Stellorgans, das eine drei-eckförmige Ausnehmung aufweist,

Fig. 10 den Längsschnitt durch ein Absperrventil mit einem Gehäuse und einem Stellorgan und

Fig. 11 den Längsschnitt durch ein Regelventil mit einem Gehäuse, Kugelküken und darin angeordneten Stellorgan.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte einfachste Ausführungsform eines Stellorgans für das neue Ventil zum Absperren, Drosseln oder Regeln enthält eine Hülse 1 mit einem Längsschlitz 2, der vom oberen Hülsenrand 39 bis zum unteren Hülsenrand 40 verläuft. Die Hülse 1 besitzt in ihrem oberen Teil eine innen angeordnete Ringnut 3, die zur Aufnahme und Führung einer hier nicht gezeichneten Traverse dient. Die Traverse dient zum Bewegen der Hülse. In der einfachsten Ausführungsform der Hülse sind der obere und der untere Hülsenrand 39 und 40 parallel.

Die Fig. 3,4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Stellorgans, die vorzugsweise für Regelventile vorgesehen ist. Dieses Stellorgan ist ebenfalls als Hülse 4 mit einem Längsschlitz 5 aufgebildet. Im oberen Teil der Hülse befindet sich innen eine Ringnut 7, in der eine Traverse 8 fest angeordnet ist. An der Traverse greift mittig eine Führungsstange 9 an, die zur Bewegung des Stellorgans dient. Weiter ist gegenüber dem Längsschlitz 5 eine rechteckige Ausnehmung 6 vorgesehen, die bis zum unteren Hülsenrand reicht.

In den Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellorgans 10 gezeigt. Der untere Rand 11 dieser Hülse ist gekrümmt und bildet zwei Schalen, die symmetrisch zur Längsachse 38 der Hülse angeordnet sind. Die benachbarten Kanten dieser Schalen begrenzen eine Ausnehmung in der Hülse und enden in einem waagerechten Schlitz 12. Dieser Schlitz ist massgebend für das Stellverhältnis. Die Ausnehmung im Stellorgan gemöss den Fig. 6 und 7 ist ebenfalls symmetrisch zur Längsachse 38 und derart gewählt, dass sich eine gewünschte Kennlinie ergibt. Deshalb kann die Ausnehmung eine beliebige Kontur aufweisen, wie z.B. in Fig. 3 ein Rechteck.

In den Fig. 8 und 9 ist ein Stellorgan gezeigt, das ebenfalls als geschlitzte Hülse 15 ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung 16 hier dreieckförmig ist. In den Fig. 6, 7, 8 und 9 ist die innen angeordnete Ringnut mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Zusätzlich sind bei dem Stellorgan bemäss Fig. 8 und 9 die Längskanten 14, die die Aussparung begrenzen, rechtwinklig geschliffen.

In Fig. 10 ist ein Längsschnitt durch ein Absperrventil gemäss vorliegender Erfindung gezeigt. Das Ventil enthält ein Gehäuse 17, das innen eine zylindrische Führüngsbahn 20 besitzt. Das Gehäuse 17 ist oben durch eine obere Verschlussplatte 18 und unten durch eine untere Verschlussplatte 19 verschlossen. Innerhalb der zylindrischen Führungsbahn 20 ist ein Absperrorgan angeordnet, das als geschlitzte Hülse 4 gemäss der Figur 3 ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen der Traverse 8 und der Hülse 4, kann formschlüssig oder kraftschlüssig erfolgen. Hier besitzt die Hülse 4 im Bereich der Ringnut eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 23 auf gleicher Höhe. Mittels einer Imbusschraube 24 sind Traverse und Hülse gegenseitig arretiert.

Die Führungsstange 9, die mit der Traverse 8 fest verbunden ist, ragt durch eine Bohrung innerhalb der oberen Verschlussplatte 18 hindurch, wobei diese Bohrung mittels einer Dichtung 25 abgedichtet ist. Wie in Figur 10 durch die beiden Bewegungspfeile angedeutet, ist nun das Absperrorgan translatorisch und rotatorisch bewegbar. Das Gehäuse 17 besitzt desweiteren eine kreisrunde Durchgangsbohrung 21 zum Durchgang des Mediums. Das in Figur 10 gezeigte Absperrventil kann auch als Regelventil verwendet werden.

In Figur 11 ist eine weitere Ausführungsform eines Regel-ventils gezeigt. Dieses enthält ein Gehäuse 25 mit einer Durchgangsbohrung 26 zum Durchgang des Mediums. Innerhalb dieses Gehäuses ist ein Kugelküken 27 angeordnet, das über Kugeln 28 gegenüber dem Gehäuse 25 abgestützt und mittels Dichtungen 31 bzw. 32 gegenüber dem Gehäuse 25 abgedichtet ist. Das Kugelküken besitzt eine Durchgangsbohrung 30, die entsprechend der Durchgangsbohrung 26 des Gehäuses 25 ausgerichtet ist. Innerhalb des Kugelkükens, das eine zylindrische Führungsbohrung aufweist, ist nun ein Steuerorgan 33 angeordnet, das als geschlitzte Hülse gemäss den Figuren 1 bis 9 ausgebildet sein kann. Das Steuerorgan 33 ist mit einer Führungsstange 34 verbunden, die der Führungsstange 9 gemäss der Figur 3 entspricht. Die Führungsstange 34, 9 ist mittels einer Dichtung 35 gegenüber dem Gehäuse 25 abgedichtet. Mit der Bezugsziffer 36 ist ein Stellantrieb für das Stellorgan 33 bezeichnet. Das Kugelküken 27 kann nun über einen eigenen Antrieb 37 bewegt werden, wobei die Antriebe 36 bzw. 37 voneinander unabhängig sind.

Die in den Figuren 1 bis 11 gezeigten Beispiele betreffen jeweils Ventile, bei denen das Absperr- oder Stellorgan im

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wesentlichen rechtwinklig angeströmt wird. Jedoch ist gerade das neue Absperr- oder Stellorgan dazu geeignet, in Ventilen verwendet zu werden, bei denen das Medium das Absperroder Stellorgan nicht rechtwinklig anströmt, da auf Grund der Ausbildung des Absperr- oder Stellorgans als geschlitzte Hülse innerhalb derselben ein völliger Druckausgleich herrscht.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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1. Ventil zum Absperren, Drosseln oder Regeln, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin geführten zylindrischen Stellorgan, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan als zylindrische Hülse (1,4,10,15) mit einem Längsschlitz (2, 5) ausgebildet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1,4, 10,15) in ihrem oberen Teil innen eine Ringnut (3, 7, 13) aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewegen der Hülse (4) im Gehäuse (17) in der Ringnut (7) derselben eine Traverse (8) mit einer mittigen Führungsstange (9) fest angeordnet ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4,15) in ihrem unteren Teil eine dem Längsschlitz (5) gegenüberliegend angeordnete Ausnehmung (6, 16) aufweist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung die Form eines Rechtecks (6) oder eines Dreiecks (16) aufweist.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende der Hülse (10) Rundungen (11) aufweist, welche zwei axial-symmetrisch angeordnete Schalen bilden, deren benachbarte Kanten in einem waagerechten Schlitz (12) enden.

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und/oder das Stellorgan aus Oxidkeramik oder Glaskeramik oder Hartmetall bestehen bzw. besteht.

8. Ventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan um seine Längsachse relativ zum Gehäuse drehbar angeordnet ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (25) ein Kugelküken (27) angeordnet ist, in dem das Stellorgan (1, 33) geführt ist, wobei das Kugelküken und das Stellorgan unabhängig voneinander und relativ zueinander in bezug auf das Gehäuse (25) drehbar angeordnet sind.