-
Die
Erfindung betrifft ein Drosselventil, mit einem ersten und einem
zweiten Anschlusskanal zur Zufuhr bzw. Abfuhr eines Fluides, mit
mehreren parallel zueinander mit dem ersten Anschlusskanal kommunizierenden
Drosselkanälen
unterschiedlichen Querschnittes, über die der erste Anschlusskanal wahlweise
mit dem zweiten Anschlusskanal verbindbar ist, mit einem in eine
Aufnahme eines Grundkörpers
eingreifenden, relativ zum Grundkörper verdrehbaren Stellglied,
und mit einem die Verbindung zu dem zweiten Anschlusskanal herstellenden,
an dem verdrehbaren Stellglied vorgesehenen Überströmkanal, der eine den Drosselkanälen zugeordnete
Steueröffnung
aufweist, wobei das Stellglied durch Verdrehen variabel in unterschiedlichen
Arbeitspositionen positionierbar ist, in denen die Steueröffnung jeweils
mit einem ausgewählten
Drosselkanal kommuniziert, um in Abhängigkeit von der Arbeitsposition
einen mehr oder weniger großen
Strömungsquerschnitt
zwischen den beiden Anschlusskanälen
freizugeben.
-
Aus
der
DE 21 40 191 A ist
ein Drosselventil dieser Art bekannt, das über ein als "Kegelstöpsel" bezeichnetes Stell glied
verfügt,
das durch Verdrehen in unterschiedliche Arbeitspositionen verbracht
werden kann, in denen zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusskanal
unterschiedlich große Strömungsquerschnitte
freigegeben werden. Die beiden Anschlusskanäle sind an einem mehrteiligen
Gehäuse
angeordnet und stehen jeweils mit einer konischen Aufnahme in Verbindung,
in der das Stellglied untergebracht ist. Das Stellglied enthält mehrere
von Durchbrechungen gebildete Drosselkanäle unterschiedlichen Querschnittes,
die alle parallel zueinander mit dem am Boden der Aufnahme einmündenden Anschlusskanal
in ständiger
Verbindung stehen. Am Umfang der Aufnahme mündet, auf Höhe der Drosselkanäle, ein Überströmkanal ein,
der mit dem anderen Anschlusskanal verbunden ist. Durch entsprechende
Drehpositionierung des Stellgliedes lassen sich die Drosselkanäle wahlweise
mit dem Überströmkanal in
Verbindung setzen, um die durch das Drosselventil hindurchströmende Fluidmenge
zu variieren.
-
Aus
der
DE 1 175 181 A ist
eine Kleinstellvorrichtung mit mehreren festen Einstellwerten für auf verschiedene
Gasarten umstellbare Allgashähne
bekannt, bei dem ein in einer Bohrung des Gashahns drehbar gelagertes
Hahnküken
vorgesehen ist, das seinerseits mehrere in radialer Richtung verlaufende Bohrungen
verschiedenen Durchlassquerschnitts besitzt, wodurch je nach Drehposition
des Hahnkükens
eine bestimmte Durchlassmen ge für
eine bestimmte Gasart in der Kleinststellung einstellbar ist.
-
Andere
bekannte Drosselventile, die beispielsweise in dem Fachbuch "Einführung in
die Pneumatic",
Meixner/Kobler, Seite 132, beschrieben werden, verfügen über ein
verdrehbares Stellglied, das mit einem kegeligen Drosselkörper ausgestattet ist,
der in Abhängigkeit
von der eingestellten Drehposition mehr oder weniger weit in eine Öffnung eintaucht,
so dass dem hindurchströmenden
Fluid unterschiedlich große
Strömungsquerschnitte
zur Verfügung
gestellt werden können.
Das Stellglied ist über
ein Gewinde an einem gehäuseartigen
Grundkörper
des Drosselventils gelagert, wobei die Eintauchtiefe des Drosselkörpers von
der aktuellen Drehposition abhängt.
-
Ein
wesentlicher Nachteil dieser bekannten Drosselventile besteht darin,
dass ihre Einstellgenauigkeit und vor allem die Reproduzierbarkeit
der gewünschten
Einstellungen stark unter den Fertigungstoleranzen leidet. Dies
hat zur Folge, dass selbst die bei einer Serienfertigung hergestellten
Drosselventile ein voneinander abweichendes Einstellverhalten haben,
was es praktisch unmöglich
macht, bereits ab Werk die für
bestimmte Anwendungen notwendigen Einstellungen durch absolute Skalen
oder dergleichen anzugeben. Der Anwender ist somit ge zwungen, vor
jedem Ersteinsatz eines solchen Drosselventils das Betriebsverhalten
auszutesten, wie auch bei einem Ersatz eines defekten Drosselventils
stets aufwendige Neujustierungen erforderlich sind.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drosselventil der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich sehr einfach ein
exaktes, konstantes und reproduzierbares Verhalten realisieren lässt und
wobei sich die gewünschten
Strömungsquerschnitte
mit relativ kleinem Bauvolumen realisieren lassen.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe befindet sich die Steueröffnung an der radial orientierten
Außenumfangsfläche des
Stellgliedes, und die Drosselkanäle münden an über den
Umfang der Aufnahme verteilten Stellen umfangsseitig in die Aufnahme
ein, wobei sämtliche
Drosselkanäle
mit ihren dem ersten Anschlusskanal zugeordneten Drosselmündungen
in einen die Aufnahme zumindest teilweise umschließenden Sammelkanal
ausmünden,
der mit dem ersten Anschlusskanal in Verbindung steht.
-
Bei
diesem Drosselventil hängt
die eingestellte Drosselungsintensität und dementsprechend der zur
Verfügung
gestellte Strömungsquerschnitt davon
ab, mit welchem der parallelgeschalteten Drosselkanäle der im
Stellglied vorgesehene Über strömkanal in
Verbindung steht. Es sind insgesamt mindestens zwei Drosselkanäle vorhanden,
die über unterschiedliche
Querschnitte verfügen,
wobei der wirksame Querschnitt durch entsprechende Drehpositionierung
des Stellgliedes ausgewählt
werden kann. Die Anzahl der Drosselkanäle ist prinzipiell beliebig
und hängt
vom Anwendungsfall ab, wobei insbesondere darauf Rücksicht
genommen wird, mit welchen Querschnittsabstufungen der Anwender
arbeiten möchte.
Auch die Formgebung der Drosselkanäle ist praktisch beliebig,
wobei es sich beispielsweise um Bohrungen oder Schlitze handeln
kann, die man durch Bohren oder Laser-Bearbeitung herstellt. Da
der jeweilige Kanalquerschnitt den fluidischen Durchfluss bestimmt,
lassen sich bei entsprechender Fertigungsgenauigkeit die gewünschten
Durchflussraten sehr exakt vorgeben. Die auftretenden Toleranzen,
auch bei einer Serienfertigung, können sehr gering gehalten werden.
Auf diese Weise hat das Drosselventil ein stets überprüfbares und dokumentierbares
Verhalten, wobei eine exakte Reproduzierbarkeit gewährleistet
werden kann, was es bereits bei der Herstellung ermöglicht,
bezüglich
der möglichen
Arbeitspositionen genaue Durchflussangaben zuzuordnen. Damit kann
beim Anwender in vielen Fällen
eine aufwendige Testphase zum Auffinden der gewünschten Einstellungen entfallen.
Auch der Austausch defekter Drosselventile ist unproblematisch.
-
Ferner
lässt sich
bei Bedarf auch sehr einfach eine Bauform mit bezüglich des
Grundkörpers verschwenkbarem
erstem Anschlusskanal realisieren, indem man den Anschlusskanal
an einem am Grundkörper
drehbar gelagerten Schwenkteil vorsieht und den Sammelkanal, insbesondere
nach Art eines Ringraumes, konzentrisch zwischen einen Hülsenkörper des
Schwenkteils und den Grundkörper legt.
-
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Zweckmäßigerweise
steht der im Stellglied ausgebildete Überströmkanal unabhängig von
der eingestellten Drehposition des Stellgliedes ständig mit
dem zweiten Anschlusskanal in Fluidverbindung. Eine derartige Bauform
lässt sich
konstruktiv besonders einfach realisieren, zumal wenn die mit dem zweiten
Anschlusskanal kommunizierende Kanalöffnung des Überströmkanals koaxial zur Drehachse des
Stellgliedes angeordnet ist.
-
Bei
dem Stellglied handelt es sich zweckmäßigerweise um ein im wesentlichen
kreiszylindrisch gestaltetes Bauteil. Die Steueröffnung ist mit Bezug zur Drehachse
des Stellgliedes vorzugsweise radial orientiert. Liegen zudem die
dem Stellglied zugeordneten Mündungen
der Drosselkanäle
in einer gemeinsamen, rechtwinkelig zur Drehachse verlaufenden Ebene, lässt sich
die Anordnung insgesamt so treffen, dass die Axialposition des Stellgliedes
innerhalb des Drosselventils bei allen Arbeitspositionen die gleiche
ist. Dies ermöglicht
unter anderem auch sehr kompakte Längenabmessungen.
-
Die
gleichzeitige Verbindung der Drosselkanäle mit dem ersten Anschlusskanal
lässt sich
dadurch bewirken, dass man einen die Aufnahme zumindest teilweise
und vorzugsweise vollständig
umschließenden
Sammelkanal vorsieht, der zwischen die Drosselkanäle und den
ersten Anschlusskanal zwischengeschaltet ist.
-
Um
einen nach außen
hin abgedichteten Fluidübergang
zwischen dem Überströmkanal und
dem jeweils ausgewählten
Drosselkanal zu erhalten, ist am Stellglied zweckmäßigerweise
eine die Steueröffnung
umschließende
Dichtung vorgesehen, die mit der Innenumfangsfläche der Aufnahme in ständigem Dichtkontakt
steht. Auf diese Weise lässt
sich sehr einfach auch eine zusätzliche
Arbeitsposition realisieren, bei der die Fluidverbindung zwischen
den beiden Anschlusskanälen
vollständig
abgesperrt ist. Das Stellglied ist hierzu lediglich in eine Drehposition zu
verbringen, bei der die von einer Dichtung umrandete Steueröffnung einem
durchbrechungslosen Wandabschnitt der Aufnahme zugewandt ist.
-
Bei
der Dichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Bestandteil
eines einstückigen Dichtungskörpers, der
den Stellgliedkörper
mit zwei axial beabstandeten und dabei die Steueröffnung auf entgegengesetzten
Seiten flankierenden Ringabschnitten umschließt, wobei zwischen den beiden Ringabschnitten
zwei die Steueröffnung
wiederum auf diametral entgegengesetzten Seiten flankierende Stegabschnitte
verlaufen. Der Dichtungskörper
ist zweckmäßigerweise
stoffschlüssig
einstückig
mit dem Stellgliedkörper
verbunden, beispielsweise durch Anspritzen in einem Spritzgießverfahren.
-
Die
möglichen
Arbeitsstellungen der Steueröffnung
lassen sich zweckmäßigerweise
lösbar
mechanisch fixieren, wobei die dazu vorgesehenen Positioniermittel
zweckmäßigerweise
so ausgebildet sind, daß sie
eine Rastverbindung bewirken. Das Einstellen der gewünschten
Drosselungsintensität kann
auf diese Weise sehr exakt erfolgen, wobei gleichzeitig eine Sicherung
gegen unbeabsichtigtes Verstellen erreicht werden kann.
-
In
diesem Zusammenhang sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung vor, daß das Stellglied
sowohl drehbar als auch in Achsrichtung der Drehachse axial verschiebbar
an einem Grundkörper
des Drosselventils gelagert ist und über erste Eingriffsmittel verfügt, die
mit am Grundkörper
vorgesehenen zweiten Eingriffsmitteln zusammenarbeiten können. Das
Stellglied wird von einer in Achsrichtung der Drehachse wirkenden
Haltekraft gegen die zweiten Eingriffsmittel vorgespannt, wobei
die Haltekraft so ausgeführt ist,
daß die
Vorspannung elastisch nachgiebig ist und durch Aufbringen einer
Gegenkraft ein Verschieben des Stellgliedes entgegen der Wirkungsrichtung
der Haltekraft möglich
ist. Die zweiten Eingriffsmittel stehen in der jeweiligen Arbeitsposition
mit den ersten Eingriffsmitteln in formschlüssigem Positioniereingriff,
der eine Drehbewegung des Stellgliedes mit Bezug zum Grundkörper verhindert.
Um den Drehvorgang auszuführen,
der eine Veränderung
der Arbeitsposition bewirkt, ist dabei dem Drehvorgang eine Axialbewegung
des Stellgliedes entgegen der Wirkungsrichtung der Haltekraft vorzuschalten
und/oder zu überlagern,
so daß der
Positioniereingriff vorübergehend
gelöst
wird.
-
Das
Drosselventil kann so ausgebildet sein, daß die Haltekraft von der Druckkraft
des im zweiten Anschlußkanal
anstehenden Druckmediums aufgebracht wird. Zweckmäßigerweise
ist allerdings eine zwischen dem Stellglied und dem Grundkörper wirkende
Federeinrichtung vorhanden, die den Positioniereingriff auch dann
sicher garantiert, wenn das Drosselventil drucklos ist.
-
Die
Strömungsrichtung
des Druckmediums innerhalb des Drosselventils ist beliebig, so daß entweder
der erste oder der zweite Anschlußkanal den Fluideinlaß bilden
können.
Ferner kann das Drosselventil mindestens einen zwischen den beiden
Anschlußkanälen verlaufenden
Umgehungskanal mit zugeordneten Rückschlagventilmitteln aufweisen,
so daß das
Drosselventil ein Drosselrückschlagventil darstellt.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
durch eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Drosselventils
gemäß Schnittlinie
I-I aus 2,
-
2 eine
Draufsicht auf das Drosselventil mit Blickrichtung gemäß Pfeil
II aus 1,
-
3 eine
Einzeldarstellung des bei dem Drosselventil verwendeten Stellgliedes
in perspektivischer Darstellung,
-
4 einen
Querschnitt durch das Drosselventil aus 1 gemäß Schnittlinie
IV-IV auf Höhe der
Drosselkanäle,
wobei eine mögliche
Arbeitsposition der Steueröffnung
gezeigt ist, und
-
5 eine
Darstellung vergleichbar der 4, allerdings
bei einer nach einem Verdrehen des Stellgliedes eingestellten anderen
Arbeitsposition der Steueröffnung.
-
Das
Drosselventil 1 des Ausführungsbeispiels ist hinsichtlich
seiner Anschlußtechnik
dahingehend ausgelegt, daß es
in die Verbindung zwischen einem fluidtechnischen Bauteil 3 und
einer Fluidleitung 4 einschaltbar ist. Bei dem fluidtechnischen Bauteil 3 handelt
es sich beispielsweise um einen Arbeitszy linder, ein Ventil oder
einen Druckspeicher. Die Fluidleitung kann ein starres Rohr, insbesondere aber
ein flexibler Druckmittelschlauch sein. Durch das Drosselventil 1 kann
somit eine fluidische Verbindung zwischen dem fluidtechnischen Bauteil 3 und der
Fluidleitung 4 hergestellt werden. Dabei eignet sich das
Drosselventil 1 sowohl für pneumatische als auch für hydraulische
Anwendungen.
-
Das
Drosselventil 1 verfügt über einen
länglichen
Grundkörper 5,
der durchgehend hohl ist und beim Ausführungsbeispiel nach Art einer
Hohlschraube gestaltet ist. An dem in 1 nach unten ragenden
vorderen Ende ist der Grundkörper 5 mit
einem ein Außengewinde
aufweisenden zylindrischen Befestigungsabschnitt 6 versehen,
der in eine Gewindebohrung 2 des fluidtechnischen Bauteils 3 eingeschraubt
werden kann. Das in 1 nach oben weisende rückwärtige, kopfseitige
Ende 7 des Grundkörpers 5 ist
so ausgebildet, daß sich
ein Schraubwerkzeug ansetzen läßt, mit
dem sich die Schraubbefestigung am fluidtechnischen Bauteil 3 unterstützen läßt.
-
Zwischen
dem Befestigungsabschnitt 6 und dem kopfseitigen Ende 7 befindet
sich ein weiterer Längenabschnitt
des Grundkörpers 5,
der nachfolgend als Lagerungsabschnitt 8 bezeichnet sei.
Auf diesem Lagerungsabschnitt 8 sitzt koaxial ein ring- oder hülsenähnlich gestalteter
Lagerkörper 12,
der Bestandteil eines allgemein mit Bezugsziffer 13 bezeichneten
Schwenkteils ist, das sich relativ zum Grundkörper 5 um 360° verdrehen
läßt, wobei
die Drehachse 14 mit der Längsachse 15 des Grundkörpers 5 zusammenfällt. Beim
Verdrehen des Schwenk teils 13 dreht sich der Lagerkörper 12 auf dem
Lagerungsabschnitt 8 des Grundkörpers 5.
-
Während der
Grundkörper 5 zur
mechanischen Verbindung des Drosselventils 1 mit einem
fluidtechnischen Bauteil 3 dient, ist das Schwenkteil 13 zum
Anschließen
der erwähnten
Fluidleitung 4 ausgelegt. Es verfügt über Mittel, die einen Fluidleitungsanschluß 16 definieren,
der bezüglich
der Längsachse 15 quer
orientiert ist. Beim Ausführungsbeispiel
ist hierzu ein radial vom Lagerkörper 12 abstehender Anschlußstutzen 17 vorhanden,
der eine Anschlußöffnung 18 definiert,
in die sich die Fluidleitung 4 unter Abdichtung einstecken
läßt. Geeignete
Befestigungsmittel 22, vorzugsweise in Gestalt von Steckverbindungsmitteln,
ermöglichen
eine leicht lösbare Fixierung
der Fluidleitung 4.
-
Die
beim Ausführungsbeispiel
am Grundkörper 5 und
am Schwenkteil 13 vorgesehenen anschlußtechnischen Maßnahmen
sind für
viele Anwendungsfälle
zweckmäßig. Allerdings
können
diese Anschlußmaßnahmen
auch variiert werden, beispielsweise indem in beiden Fällen Steckverbindungsmittel
vorgesehen sind. Die konkrete Ausgestaltung wird sich regelmäßig am Anwendungsfall orientieren.
-
Durch
das vorhandene Schwenkteil 13 liegt ein Bauteil nach Art
einer Schwenkverschraubung vor, wobei der Anwender die Möglichkeit
hat, den Anschlußstutzen 17 winkelmäßig so zu
positionieren, daß er
hinsichtlich der anzuschließenden
Fluidleitung 4 eine optimale Ausrichtung hat. Allerdings
kann das Drosselventil auch in einer Bauform ohne die geschilderte
Schwenkmöglichkeit
realisiert werden.
-
Zum
Zwecke seines Einsatzes kann das Drosselventil 1 wie abgebildet
mit dem Befestigungsabschnitt 6 des Grundkörpers 5 in
die Gewindebohrung 2 des fluidtechnischen Bauteils 3 eingeschraubt werden.
Im eingeschraubten Zustand kommuniziert ein von einem Abschnitt
des Hohlraumes des Grundkörpers 5 gebildeter
zweiter Anschlußkanal 23b mit einem
in Verlängerung
der Gewindebohrung 2 verlaufenden Druckmittelkanal 24 des
fluidtechnischen Bauteils 3. Der zweite Anschlußkanal 23b mündet dabei
an der Stirnfläche
des Befestigungsabschnittes 6 aus.
-
Im
Innern des Schwenkteils 13 befindet sich ein erster Anschlußkanal 23a,
der mit der Anschlußöffnung 18 des
Anschlußstutzens 17 und
somit mit der angeschlossenen Fluidleitung 4 in Verbindung steht.
-
Die
beiden Anschlußkanäle 23a, 23b kommunizieren
im Innern des Drosselventils 1 miteinander, wobei in die
Kanalverbindung Drosselmittel 25 eingeschaltet sind, durch
die sich der dem hindurchströmenden
Fluid zur Verfügung
stehende Strömungsquerschnitt
variabel vorgeben läßt. Dabei
sind die Drosselmittel 25 vorzugsweise so ausgebildet, daß eine abgestufte
Vorgabe des Strömungsquerschnittes
möglich
ist. Die Anzahl der Abstufungen sowie die zwischen aufeinanderfolgenden
Einstellungen vorliegenden Querschnittsunterschiede hängen vom
jeweiligen Anwendungsfall des Drosselventils 1 ab.
-
Der
zum kopfseitigen Ende 7 ausmündende Endabschnitt des Hohlraumes
im Grundkörper 5 bildet
eine kreiszylindrische Aufnahme 26, deren Durchmesser zweckmäßigerweise
größer ist
als derjenige des zweiten Anschlußkanals 23b, der im
Bereich des Bodens 27 der Aufnahme 26 in letztere
einmündet.
Ein kolbenähnlich
gestaltetes und vorzugsweise im wesentlichen kreiszylindrisch konturiertes Stellglied 28 greift
koaxial in die Aufnahme 26 ein und ist zweckmäßigerweise über seine
gesamte Länge von
der Aufnahme 26 aufgenommen. Das Stellglied 28 ist
relativ zum Grundkörper 5 verdrehbar,
wobei seine Drehachse 32 mit der gleichzeitig die Längsachse 15 des
Grundkörpers 5 bildenden
Längsachse der
Aufnahme 26 zusammenfällt.
Die mögliche
Drehbewegung ist in 2, 4 und 5 durch
Doppelpfeil 33 angedeutet.
-
In
die Aufnahme 26 münden,
in Richtung der Drehbewegung 33 entlang der kreiszylindrischen
Innenumfangsfläche 31 mit
Abstand zueinander verteilt, mehrere Drosselkanäle 34 ein. Die zugehörigen inneren
Drosselkanalmündungen 35a liegen
dabei einer zylindrischen Außenumfangsfläche 36 des
in die Aufnahme 26 eingesetzten Stellgliedes 28 radial gegenüber. Über die
innere Drosselkanalmündung 35a ist
jeder Drosselkanal 34 selektiv mit dem zweiten Anschlußkanal 23b verbindbar,
wobei die Fluidverbindung durch entsprechende Postionierung des Stellgliedes 28 steuerbar
ist. Es kann dabei stets nur einer der Drosselkanäle 34 mit
dem zweiten Anschlußkanal 23a kommunizieren.
Jeder Drosselkanal 34 steht außerdem mit seiner entgegengesetzten äußeren Drosselkanalmündung 35b in
ständi ger
Verbindung mit dem ersten Anschlußkanal 23a, so daß man sagen
kann, daß alle
Drosselkanäle 34 parallel zueinander
ständig
mit dem ersten Anschlußkanal 23a kommunizieren.
-
Wie
sich anhand der 4 und 5 leicht nachvollziehen
läßt, besitzen
die vorhandenen Drosselkanäle 34 unterschiedliche
Querschnitte. Die Querschnittsunterschiede sind zweckmäßigerweise so
gewählt,
daß in
einer Umfangsrichtung ein abgestufter Querschnittsanstieg vorliegt.
Beim Ausführungsbeispiel
folgt auf einen ersten Drosselkanal 34a kleinsten Querschnittes
ein zweiter Drosselkanal 34b mittleren Querschnittes und
auf diesen schließlich ein
dritter Drosselkanal 34c größten Querschnittes. Die Abstände zwischen
den inneren Drosselkanalmündungen 35a betragen
beim Ausführungsbeispiel jeweils
eine Bogenlänge
entsprechend einem Zentriwinkel von 90°.
-
An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der vorhandenen
Drosselkanäle 34 unterschiedlichen
Querschnittes in Abhängigkeit
vom Anwendungsfall gewählt
wird. Je mehr Drosselkanäle 34 vorhanden
sind, desto feiner können
die Querschnittsabstufungen gewählt
werden. Jedenfalls sind aber mindestens zwei Drosselkanäle 34 vorhanden, die
im Kanalquerschnitt voneinander abweichen.
-
Im
Innern des Stellgliedes 28 verläuft ein Überströmkanal 37. Er hat
einen abgewinkelten Verlauf mit einer ersten Kanalöffnung 38 an
der dem Boden 27 zugewandten Stirnfläche des Stellgliedes 28 und
einer als Steueröffnung 42 bezeichneten
zweiten Kanalöffnung,
die bezüglich
der Drehachse 32 radial nach außen orientiert ist und sich
an der Außenumfangsfläche 36 des
Stellgliedes 28 befindet.
-
Über die
erste Kanalöffnung 38 steht
der Überströmkanal 37 ständig mit
dem zweiten Anschlußkanal 23b in
Fluidverbindung. Die Anordnung ist hier zweckmäßigerweise so getroffen, daß die erste
Kanalöffnung 38 der
am Boden 27 vorgesehenen Kanalmündung des zweiten Anschlußkanals 23b koaxial
gegenüberliegt.
Die erste Kanalöffnung 38 ist zweckmäßigerweise
koaxial zur Drehachse 32 des Stellgliedes 28 plaziert.
-
Um
dem Stellglied 28 aus noch zu erläuternden Gründen eine gewisse axiale Beweglichkeit
zu verleihen, liegt das Stellglied 28 normalerweise nicht am
Boden 27 der Aufnahme 26 an. Auf diese Weise ergibt
sich ein Zwischenraum 43, durch den das Fluid beim Übergang
zwischen dem zweiten Anschlußkanal 23b und
dem Überströmkanal 37 hindurchströmt.
-
Die
Steueröffnung 42 ist
den Drosselkanälen 34 zugeordnet.
Sie liegt mit Bezug zur Längsachse 15 auf
gleicher axialer Höhe
wie die inneren Drosselkanalmündungen 35a,
die zweckmäßigerweise
in einer gemeinsamen, rechtwinkelig zu dieser Längsachse 15 und auch
zur Drehachse 32 verlaufenden Ebene angeordnet sind.
-
Das
Stellglied 28 ist nun durch Verdrehen derart variabel positionierbar,
daß die
Steueröffnung 42 einer
beliebig ausgewählten
inneren Drosselkanalmündung 35a koaxial
gegenüberliegt
bzw. mit der entsprechenden inneren Drosselkanalmündung 35a fluchtet.
Die einem ausgewählten
Drosselkanal 34 zugeordnete Position der Steueröffnung 42 sei
zur besseren Unterscheidung als Arbeitsposition 44 bezeichnet.
Im Hinblick auf die beim Ausführungsbeispiel
vorhandene Dreizahl von Drosselkanälen 34 kann hier die
Steueröffnung 42 wechselweise
in jeweils einer von drei Arbeitspositionen 44 drehpositioniert
werden, in denen sie mit jeweils einem der über unterschiedliche Strömungsquerschnitte
verfügenden
Drosselkanäle 34 kooperiert.
Diese drei Arbeitspositionen sind in der Zeichnung strichpunktiert durch
Bezugsziffern 44a, 44b und 44c verdeutlicht.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
ist der vom Überströmkanal 37 und
vom zweiten Anschlußkanal 23b zur
Verfügung
gestellte Strömungsquerschnitt
jeweils größer oder
zumindest gleichgroß wie
der größte der durch
die Drosselkanäle 34 zur
Verfügung
gestellten Querschnitte.
-
Entsprechend
der gewählten
Arbeitsposition gibt das Stellglied nach Wahl einen mehr oder weniger
großen
Strömungsquerschnitt
zwischen den beiden Anschlußkanälen 23a, 23b frei.
Der maximale Strömungsquerschnitt
liegt vor, wenn die Steueröffnung 42 mit
dem Drosselkanal 34c größten Querschnitts
kommuniziert. Dementsprechend ergibt sich der kleinste Strömungsquerschnitt
bei einer Kommunikation zwischen dem Überströmkanal 37 und dem Drosselkanal 34a kleinsten
Querschnittes. Ersichtlich kann durch die Anzahl der vorhandenen
Drosselkanäle
und den Grad der querschnittsmäßigen Abstufung
derselben eine beliebig fein- oder grobstufige Einstellmöglich keit
für den
zur Verfügung
gestellten Strömungsquerschnitt
erhalten werden.
-
Nicht
notwendigerweise, jedoch zweckmäßigerweise
kann die Steueröffnung 42 ergänzend in
einer weiteren Arbeitsposition 44 drehpositioniert werden,
die als Absperrposition 45 bezeichnet sei, welche wiederum
strichpunktiert in der Zeichnung vermerkt ist. In dieser Absperrposition 45 befindet
sich die Steueröffnung 42 gegenüberliegend
einem Wandabschnitt der Aufnahme 26, in den kein Drosselkanal
einmündet.
Die Steueröffnung 42 ist
dadurch abgesperrt und ein Hindurchströmen von Fluid durch den Überströmkanal 37 verhindert.
-
Geeignete
Abdichtmaßnahmen
sorgen dafür,
daß das
Druckmedium den Überströmkanal 37 nicht
unkontrolliert passieren kann. Diese Abdichtmaßnahmen beinhalten zweckmäßigerweise
eine an der Außenumfangsfläche 36 des
Stellgliedes 28 vorgesehene, die Steueröffnung 42 umschließende Dichtung 46,
die ständig
an der Innenumfangsfläche 31 der
Aufnahme 26 anliegt. Auf diese Weise ist unter anderem
in jeder Arbeitsposition 44a, b, c der Übergangsbereich der dabei miteinander
fluchtenden Kanalöffnungen
ringsum nach außen
hin abgedichtet.
-
Die
Dichtung 46 ist beim Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil
eines aus 3 gut ersichtlichen Dichtungskörpers 47.
Dieser verfügt über zwei
den Stellgliedkörper 48 konzentrisch
umschließende
Ringabschnitte 52, die so plaziert sind, daß die Steueröffnung 42 zwischen
diesen beiden Ringabschnitten 52 liegt. Des Weiteren verfügt der Dichtungskörper 47 – über zwei
Stegabschnitte 53, die die Steueröffnung 42 mit Bezug
zur Umfangsrichtung des Stellgliedes 28 auf entgegengesetzten
Seiten flankieren und sich dabei jeweils zwischen den beiden Ringabschnitten 52 erstrecken.
Die zuvor erwähnte
Dichtung 46 wird von den beiden Stegabschnitten 53 und
den sich zwischen diesen erstreckenden Teilabschnitten der beiden
Ringabschnitte 52 gebildet.
-
Sowohl
die Ringabschnitte 52 als auch die Stegabschnitte 53 stehen
in ständigem
Dichtkontakt mit der Innenumfangsfläche 31 der Aufnahme 26.
Die die inneren Drosselkanalmündungen 35a enthaltende
Ebene verläuft
zwischen den Ringebenen der beiden Ringabschnitte 52.
-
Prinzipiell
wäre es
möglich,
den Dichtungskörper 47 als
separates Teil am Stellgliedkörper 48 zu montieren.
Besonders zweckmäßig ist
jedoch eine einstückige,
bevorzugt stoffschlüssige
Befestigung, die sich beispielsweise dadurch realisieren läßt, daß man den
Dichtungskörper 47 in
einem Spritzgießverfahren
an den Stellgliedkörper 48 anformt.
Es liegt dann ein Zweikomponenten-Spritzgußteil vor.
-
Der
Dichtungskörper 47 könnte auch
in Gestalt mehrerer Einzelteile realisiert werden, beispielsweise
in Gestalt zweier den Ringabschnitten 52 entsprechender
Dichtringe und einer die Steueröffnung 42 umschließenden separaten
Dichtung.
-
Um
das Einstellen der Arbeitspositionen 44 zu erleichtern
und vorzugsweise auch zum Verhindern ungewollter Änderungen
in der getroffenen Einstellung ist das Drosselventil 1 beim
Ausführungsbeispiel
zusätzlich
mit Positioniermitteln 54 ausgestattet. Sie bewirken ein
lösbares
mechanisches Fixieren des Stellgliedes 28 in den einzelnen
Arbeitspositionen 44.
-
Besonders
zweckmäßig ist
eine Bauform der Positioniermittel 54, die in den einzelnen
Arbeitspositionen 44 eine relativ leicht lösbare Rastverbindung bewirkt.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform
derartiger Positioniermittel 54 ist bei dem beispielsgemäßen Drosselventil 1 vorhanden.
-
Das
Stellglied 28 verfügt
dabei am Außenumfang
innerhalb der Aufnahme 26 über eine nachfolgend als Ringnut 55 bezeichnete,
konzentrisch umlaufende nutartige Vertiefung. Deren der am kopfseitigen
Ende 7 liegenden Öffnung 56 der
Aufnahme 26 axial zugewandte Nutflanke bildet eine Abstützfläche 57,
der entlang verteilt eine der Anzahl der Arbeitspositionen 44 entsprechende
Anzahl von Vertiefungen 58 vorgesehen ist. Die Vertiefungen
sind sowohl zur Abstützfläche 57 als
auch zur Außenumfangsfläche 36 hin
offen. Sie bilden erste Eingriffsmittel der Positioniermittel 54.
-
In
die Ringnut 55 ragt ein am Grundkörper 5 fest angeordneter
Vorsprung 62 hinein. Er ist beim Ausführungsbeispiel vom Endbereich
eines Stiftkörpers 63 gebildet,
der in der die Aufnahme 26 umschließenden Wandung des Grundkörpers 5 fixiert ist.
Der Vorsprung 52 bildet zweite Eingriffsmittel der Positioniermittel 54.
-
Die
Vertiefungen 58 und der Vorsprung 62 sind in ihrer
Formgebung derart aufeinander abgestimmt, daß sie ineinander eingreifen
können.
Im Eingriffszustand ist das Stellglied 28 somit an einer Drehbewegung
bezüglich
des Grundkörpers 5 gehindert.
-
Durch
eine sich zwischen dem Grundkörper 5 und
dem Stellglied 28 abstützende
Federeinrichtung 64, beim Ausführungsbeispiel eine Schraubendruckfeder,
wird das Stellglied 28 ständig mit einer durch einen
Pfeil angedeuteten Haltekraft F in Richtung der Öffnung 56 bzw. des
kopfseitigen Endes 7 beaufschlagt. Zweckmäßigerweise
sitzt die Federeinrichtung 64 im axialen Übergangsbereich
zwischen dem Stellglied 28 und dem Grundkörper 5,
wobei sie jeweils in einer Erweiterung des zugeordneten Endabschnittes
des Überströmkanals 37 und
des zweiten Anschlußkanals 23b eintauchen
kann.
-
Die
vorhandenen Vertiefungen 58 können wahlweise mit dem Vorsprung 62 in
Eingriff gebracht werden. Dabei ist die Anordnung der Vertiefungen 58 so
gewählt,
daß jede
Eingriffsposition einer der Arbeitspositionen entspricht. Somit
korrespondiert jede Arbeitsposition mit einem Formschlußeingriff
der ersten und zweiten Eingriffsmittel 58, 62.
-
Die
Arbeitsposition läßt sich
zweckmäßigerweise
durch nachstehende Maßnahmen
verändern.
-
Die 1 und 4 zeigen
das Stellglied 28 in der Arbeitsposition 44c,
bei der der größte Strömungsquerschnitt
zur Verfügung
gestellt wird. Diese Arbeitsposition ist mechanisch gesichert, weil
das Stellglied 28 durch die Haltekraft F beaufschlagt wird und
demzufolge eine der Vertiefungen 58 in Eingriff mit dem
Vorsprung 62 gehalten wird.
-
Wie
schon erwähnt,
ist das Stellglied 28 nicht nur verdrehbar, sondern auch
axial verschiebbar in der Aufnahme 26 gelagert. Zum Verändern der
Arbeitsposition kann daher im Bereich der Öffnung 56 eine durch
Pfeil angedeutete Drückkraft
D auf das Stellglied 28 aufgebracht werden, die etwas größer ist
als die Haltekraft F, so daß sich
das Stellglied 28 in Richtung zum Boden 27 verlagert,
wobei der Vorsprung 62 und die zugeordnete Vertiefung 58 axial außer Eingriff
gelangen. Unter Beibehaltung dieser in die Aufnahme 26 hineingedrückten Position
des Stellgliedes 28 wird das Stellglied 28 anschließend verdreht.
Dabei kann die Drückkraft
D entfernt werden, nachdem die Vertiefung 58 dem Vorsprung 62 nicht
mehr axial gegenüberliegt.
Ein Wegnehmen der Drückkraft
D hat zur Folge, daß das
Stellglied 28 durch die Haltekraft F mit seiner Abstützfläche 57 gegen
den Vorsprung 62 vorgespannt wird. Man hat nun lediglich
das Stellglied 28 so weit zu verdrehen, bis die nächste Vertiefung 58 zum
Vorsprung 62 gelangt und mit diesem verrastet. Ist dies
noch nicht die gewünschte
Arbeitsposition, kann der geschilderte Verstellvorgang erneut angeschlossen
werden. Auf diese Weise läßt sich
beispielsweise die aus 5 ersichtliche Arbeitsposition
einstellen.
-
Prinzipiell
könnte
die beim Ausführungsbeispiel
durch die mechanische Federeinrichtung 64 erzielte elastisch
nachgiebige Vorspannung des Stellgliedes 28 auch durch
die Fluidkraft bewirkt werden, die von innen her auf das Stellglied 28 einwirkt.
Die mechanische Federeinrichtung 64 hat jedoch den Vorteil,
daß sie
auch im drucklosen Zustand wirksam ist und eine getroffene Einstellung
sicher fixiert.
-
Während beim
Ausführungsbeispiel
das Ändern
der Absperrposition eine dem Drehvorgang vorgeschaltete Axialbewegung
erfordert, wären
auch Bauformen denkbar, bei denen sich die Axialbewegung mit der
Drehbewegung überlagert.
Die gewählte
Bauform hat jedoch den Vorteil, daß zwingend zwei voneinander
getrennte Betätigungsaktionen
erforderlich sind, die einem versehentlichen Verstellen der getroffenen
Einstellung entgegenwirken.
-
Zur
Vornahme der Drehpositionierung verfügt das Stellglied 28 an
der der Öffnung 56 zugeordneten äußeren Stirnfläche über Werkzeugansetzmaßnahmen 65,
die das Ansetzen eines geeigneten Betätigungswerkzeuges gestatten.
Diese Maßnahmen
beinhalten beim Ausführungsbeispiel
einen Querschlitz, der das Ansetzen eines Schraubendrehers gestattet.
-
Die
für die
Drosselungsintensität
verantwortlichen Drosselkanäle 34 lassen
sich relativ einfach mit äußerst geringen
Toleranzen herstellen. Drosselventile gleicher Bauart haben daher
ein vergleichbares, reproduzierbares Einstellverhalten.
-
Daher
können
schon ab Werk den einzelnen Arbeitspositionen reproduzierbare und
dokumentierte Durchflußwerte
zugeordnet werden, was die anwendungsspezifische Fertigung von Drosselventilen ermöglicht.
Auch kann man das Drosselventil 1 problemlos mit einer
Skala 66 versehen, anhand der der Anwender die gewünschten
Querschnittswerte stufenweise nach Bedarf einstellen kann.
-
Die
gleichzeitige Verbindung sämtlicher Drosselkanäle 34 mit
dem ersten Anschlußkanal 23a ist
beim Ausführungsbeispiel
durch einen Sammelkanal 67 bewirkt, der sich zwischen dem
Lagerungsabschnitt 8 des Grundkörpers 5 und dem Lagerkörper 12 befindet.
Sämtliche
Drosselkanäle 34 münden in diesen
Sammelkanal 67, von dem außerdem der erste Anschlußkanal 23a abgeht.
Sofern das Drosselventil 1 über keinen Schwenkanschluß verfügt, kann der
Sammelkanal 67 beliebig gestaltet werden, um die Drosselkanäle 34 zusammenzufassen.
Wenn jedoch wie beim Ausführungsbeispiel
das Schwenkteil 13 einen Schwenkanschluß definiert, empfiehlt sich eine
Ausgestaltung des Sammelkanals 67 als Ringraum, der konzentrisch
zwischen dem Lagerungsabschnitt 8 und dem Lagerkörper 12 plaziert
ist.
-
Das
Drosselventil 1 kann als reines Drosselventil ausgebildet
sein. Viele Anwendungen verlangen jedoch eine kombinierte Drosselungs-
und Rückschlagfunktion,
wobei das Ausführungsbeispiel
deutlich macht, daß man
solchen Anforderungen Rechnung tragen kann, indem man zwischen den
beiden Anschlußkanälen 23a, 23b einen
Umgehungskanal 68 vorsieht, der mit Rück schlagventilmitteln 72 ausgestattet
ist. Auf diese Weise liegt ein Drosselrückschlagventil vor.
-
Die
Rückschlagventilmittel 72 können wie abgebildet
von einer Rückschlagmanschette
gebildet sein, die so ausgestaltet ist, daß sie eine Fluidströmung vom
ersten Anschlußkanal 23a zum
zweiten Anschlußkanal 23b unter
Umgehung des Überströmkanals 37 erlaubt,
während
sie eine Strömung
in Gegenrichtung verhindert, so daß das Fluid dann gezwungen
ist, die Drosselmittel 25 zu passieren.