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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere
ein Ventil zum Regulieren des Durchflusses. Das erfindungsgemäße Ventil kann
den Durchfluß konstant
halten.
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Eine
Fluid in einem System, z.B. einem Heizungssystem, einer Klimaanlage
oder ein Wasserversorgungssystem muss korrekt in alle Teile des Systems
verteilt werden. Der Fluß des
Fluids in den einzelnen Abschnitten hängt vom Druck im System ab.
Im Allgemeinen ist es sehr schwierig, den Fluß in den einzelnen Abschnitten
praktikabel zu kontrollieren und einzustellen, da der Fluiddruck
nicht konstant geahlten werden kann. Als Folge davon geht viel Energie
verloren.
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Gemäß dem Stand
der Technik wurden viele Versuche unternommen, die Nachteile zu
umgehen. Zum Beispiel wurden verschiedenste Vorrichtungen vorgeschlagen,
die den Fluß auch
beim Auftreten von Druckunterschieden bzw. -schwankungen konstant halten.
In
CH 2268161 Y ist
ein selbstregulierendes Ausgleichsventil offenbart, welches einen
Hauptventilkörper,
einen Unterstützungsteil,
eine mit einem Schneckenantrieb versehene zweiflügligen Ventilklappe, einer
Doppelsitzventilklappe (Kern des automatischen Ventils) und einem
Druckdifferenzumsetzer, bestehend aus einer Membran, einer Feder
und einem Membrangehäuse.
Obwohl das offenbarte Ventil in einem gewissen Druckbereich einen
konstanten Fluß gewährleistet,
weist dieses Ventil einen komplizierten Aufbau und ein großes Volumen
auf, da ein Fluid-Kanal
benötigt
wird um die Funktion der Doppelsitzventilklappe zu gewährleisten.
Zudem kann dieses Ventil den Fluss nur bei einer kleinen Druckänderung
ausregulieren und kann weder elektrisch noch pneumatisch gesteuert
werden.
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Aus
der
US 3,344,805 ist
ein weiteres Flußregulierventil
bekannt, welches durch ein externes Stellglied in Verbindung mit
einer Meßeinrichtung
gesteuert wird und so den Fluß konstant
hält.
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Aus
der
US 3,115,892 ist
ein selbstregulierendes Ventil bekannt, welches sehr aufwendig gestaltet
ist und nur eine eingeschränkte
Regelgüte
vorweisen kann.
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Demgegenüber soll
die vorliegende Erfindung ein Regulierventil für konstanten Fluß vorschlagen,
welches einen einfachen und kompakten Aufbau, eine kleinere Größe, niedrigere
Kosten und bessere Eigenschaften zum Konstanthalten des Flusses des
Fluids aufweist um die Unzulänglichkeiten
des Standes der Technik zu überwinden.
Bei einem vorgegebenen Fluß wird
dieser über
größere Druckänderungen
konstant gehalten. Das erfindungsgemäße Regulierventil kann nicht
nur manuell eingestellt werden, sondern auch automatisch durch einen
elektrischen oder pneumatischen Steller.
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Erfindungsgemäß wird ein
Regulierventil vorgeschlagen, das einen Ventilkörper mit oberere, mittlerer
und unterer Kammer und mit einem oberen und einem unteren Verschluß, einen
Ventilschaft, Dichtungsmittel, einer Skala und einer Einstellvorrichtung
die in der Mitte des oberen Verschlusses vorgesehen ist, aufweist.
Ein erstes Ventilschieberteil zwischen der oberen und der mittleren
Kammer des Ventilgehäuses
ist mit dem Ventilschaft verbunden, wobei die Aussenseite dieses
Schieberteils an der Innenseite der mittleren Kammer anliegt. Das
erste Schieberteil zeigt in Richtung auf eine Drosselöffnung,
die in der Wandung der mittleren Kammer vorgesehen ist. Das untere
Ende des Ventilschaftes ist mit dem einen Ende eines Druckreglers
verbunden. Das zweite Ende des Druckreglers ist an einen zweiten Ventilschieber
angelenkt, der zwischen mittlerer und unterer Ventilkammer angeordnet
ist und zwei kreisförmige
Ventilsitze bedient. Zwischen dem oberen Bereich einer Auslasskammer
und der oberen Ventilkammer ist ein erster Kanal vorgesehen. Zwischen
der oberen Ventilkammer und dem Innenraum des Druckreglers ist ein
zweiter Kanal vorgesehen, so daß die
Auslaßkammer
und der Innenraum des Druckreglers miteinander in Verbindung stehen.
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Der
erste Schieber kann im oberen Bereich ein Verbindungshülse aufweisen,
an welchem das untere Ende des Schaftes angelenkt ist. Im unteren Bereich
kann der Schieber eine Hülse
aufweisen, deren unteres Ende schräg verläuft. Ein Dichtring kann in
einer Umfangsnut an der Aussenseite der Verbindungshülse angebracht
sein, der sich an der Innenseite der oberen Kammer abstützt. Am
oberen Ende der Hülse
befindet sich eine Öffnung.
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Der
in dieser Erfindung vorgesehene zweite Schieber kann zylinderförmig sein,
wobei sein oberes Ende verschlossen ist und er entlang seines Umfanges
zwei Anschläge
aufweist. Desweiteren sind in Längsrichtung
-senkrecht zu den Anschlägen-
3–6 Führungsrippen
vorgesehen, welche im oberen Bereich des Schiebers 3–6 Ausnehmungen
in der Wandung des Schiebers formen.
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Im
erfindungsgemäßen Regulierventil
werden bekannte Balg-Druckregler, Gummi-Membran-Druckregeler oder Kolben-Druckregler
eingesetzt.
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Der
im Rahmen der Erfindung genutze Steller kann manuell, elektrisch
oder pneumatisch sein. Der Steller ist mit einem mit einem Sicherungsstift
befestigten Zeiger verbunden. Der Zeiger gibt auf einer Skala auf
der äußeren Oberfläche des
oberen Verschlusses den Durchfluss an.
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Desweiteren
ist es erfindungsgemäß sehr vorteilhaft,
wenn eine Einstellschraube im Ventilschaft vorgesehen ist, welche
mit ihrem unteren Ende eine Abdeckung, die eine Federbedeckt, die von
innen gegen das Unterteil des Druckreglers drückt, betätigt.
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Die
Funktion des erfindungsgemäßen Regulierventils
wird wie folgt beschrieben.
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Zuerst
wird der erste Schieber durch Drehen des Ventilschaftes mit dem
Steller, der ein Handrad sein kann, eingestellt. Der Zeiger am Handrad
gibt auf der Skala den gewünschten
Fluß an.
Anschließend
wird das Handrad mit dem Sicherungsstift gesichert. Damit ist die
Einstellung des Flusses beendet. Danach, sobald sich der vom Regulierventil
gelieferte Druck verändert,
bewegt sich der zweite Schieber zusammen mit der Bewegung des Druckreglers
rauf und runter. Dadurch wird die Flußänderung, die durch die Druckänderung
bedingt ist ausgeregelt. Der Fluß ist dadurch wieder konstant.
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Alternativ
hierzu kann entsprechend der vorliegenden Erfindung ein automatisches
Regulierventil mit einer automatischen Kontrolleinrichtung zur Verfügung gestellt
werden, bei dem das Ventil durch einen elektrischen oder pneumatischen
Steller reguliert wird. In diesem Fall wird verhindert, daß der Steller
das Ventil bei sich verändernden
Druckverhältnissen
zu oft verstellt. Dadurch wird die Stabilität der Druck und Flußverhältnisse
im System verbessert und die Lebensdauer des Ventils erhöht.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels verdeutlicht.
Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Struktur eines Ventils zum Regulieren
und automatischen kontrollieren des Flusses eines Fluids,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie C-C in 1
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3 einen
Schnitt entlang der Linie A-A in 1, und
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4 einen
Schnitt entlang der Linie B-B ind 1
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Mit 1 ist
in 1 ein Ventilkörper
mit einem oberen Verschluß 7,
einem unteren Verschluß 32,
einem Ventilschaft 9, einem ersten Schieber 4,
einem Differenzdruckregler 5 und einem zweiten Schieber 3 bezeichnet.
Der Ventilschaft 9 ragt durch den oberen Verschluß 7 hindurch
und ist dort mittels einer Stopfbuchse 8 und einem Dichtungsflansch 14 abgedichtet.
Der Ventilschaft 9 ist mit einem Handrad 11 mittels
eines Zapfens 12 verbunden. Am Handrad 11 sind
ein Zeiger 15 und ein Sicherungsbolzen 10 vorgesehen.
Der Zeiger 15 zeigt auf einer auf dem oberen Verschluß 7 angeordneten
Skala 16 den durch das Ventil durchströmenden Fluß an.
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Der
erste Schieber 4 weist eine Verbindungshülse 6 an
seinem oberen Ende auf, welche mit dem unteren Ende des Ventilschaftes 9 verbunden
ist. Das untere Ende des ersten Schiebers 4 weist eine Öffnung in
Form einer schiefen Ebene auf. Im unteren Bereich der Verbindungshülse 6 ist
eine quadratisches Loch 33 vorgesehen. Die Wandung einer mittleren
Ventilkammer 26 weist ein Drosselungsöffnung 24 auf, die
in eine Auslasskammer 25 mündet. Die Drosselungsöffnung 24 ist
mit dem ersten Schieber 4 korreliert. Wird der erste Schieber 4 gedreht,
so wird die Drosselungsöffnung 24 entsprechend
der Stellung des Schiebers 4 geöffnet, verschlossen bzw. teilweise
geöffnet.
Hierdurch wird der Fluß des
Fluids durch das Ventil durch Drehen am Handrad eingestellt. So
wird zum Beispiel durch Einstellen des Zeigers 15 auf die
Zahl 0 der Skala 16 ein minimaler Fluß eingestellt. Wird jedoch
der Zeiger 15 auf die Zahl 270 der Skala 16 gestellt,
so bedeutet dies maximalen Durchfluss. Ein Dichtungsring 22 in
einer Umfangsnut an der Aussenseite der Verbindungshülse 6 dichtet
gegen die Innenseite einer oberen Ventilkammer 18.
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Das
untere Ende des Ventilschaftes 9 ist durch das Oberteil
der Verbindungshülse 6 hindurch mit
dem oberen Ende des Differenzdruckreglers 5 verbunden.
Das Unterteil des Differenzdruckreglers 5 ist mit einem
rechteckigen Anschlag 34 des zweiten Schiebers 3 verbunden.
Der Anschlag 34 ragt dabei durch das Loch 33 hindurch.
In einer Einlaßkammer 2 sind
zwei konzentrische Ventilsitze vorgesehen, wodurch das Ventilgehäuse 1 in
eine untere Kammer 31 und eine mittlere Kammer 26 unterteilt
wird. An der Aussenseite des zweiten Schiebers 3 sind zwei Ansätze 28 und 30 angeordnet,
die gegen die beiden konzentrischen Ventilsitze schlagen. Desweiteren sind
an der Außenwandung
des zweiten Schiebers 3 vier Führungsrippen 29 angeordnet,
wie in 4 dargestellt. Die Rippen 29 sorgen dafür, daß der zweite Schieber 3 ungehindert
und stabil sich auf- und ab zu bewegen vermag. Der zweite Schieber 3 kann
durch Druckänderungen
bedingte Flußänderung
ausregeln.
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Der
Differenzdruckregler 5 ist in seiner Ausführungsform
aus der Praxis bekannt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist es
ein Metallbalg.
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Ein
erster Kanal 17 ist im unteren Ende des Ventilschaftes 9 angeordnet
und durchbricht dabei auch das Oberteil der Verbindungshülse 6 und
des Oberteil des Differenzdruckreglers 5, wodurch die obere
Kammer 18 und das Innere des Differenzdruckreglers miteinander
in Verbindung stehen. Ein zweiter Kanal ist zwischen der Auslaßkammer 25 und der
oberen Kammer 18 vorgesehen. Durch diese beiden Kanäle wird
sichergestellt, daß der
Druck im Inneren 21 des Differenzdruckreglers 5 gleich
dem Druck P3 in der Auslaßkammer 25 ist.
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Der
Differenzdruckregler 5 und der zweite Schieber 3 drehen
sich ebenfalls, wenn der erste Schieber 4 mittels des Ventilschaftes 9 gedreht
wird. Die Führungsrippen 29 sorgen
auch dafür,
daß eventuelle
Verunreinigungen im Fluid die Funktion des zweiten Schiebers 3 nicht
negativ beeinflussen. Zusätzlich
werden Verstopfungen verhindert.
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Desweiteren
ist eine Madenschraube 13 im Ventilschaft 9 vorgesehen,
welche auf eine Kappe 19 drückt, die eine Feder 20 bedeckt.
Diese Feder 20 drückt
mit ihrer anderen Seite gegen den Ansatz 34. Durch die
Madenschraube 13 wird die Spannung der Feder 20 verändert, wodurch
der Fluß des
Fluids verändert
wird.
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Dadurch
daß gemäß dieser
Ausgestaltung der Ventilschaft 9, der erste Schieber 4,
der zweite Schieber 3, der Differenzdruckregler 5,
die Madenschraube 18 und die Feder 20 coaxial
zueinander angeordnet sind, ist das Ventil kompakt gebaut, wobei es
Funktionen zur Flußregulierung,
Differenzdruckkompensation und Feineinstellung des Flusses aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Regulierventil
arbeitet wie folgt: Das Fluid kommt entsprechend dem Pfeil in 1 zuerst
in die Einlaßkammer 2 und
wird dort durch den zweiten Schieber 3 in zwei Teilströme aufgeteilt.
Einer davon gelangt über
den Ansatz 28 in die mittlere Kammer 26, während der
andere über den
Ansatz 30 in die untere Kammer 31 strömt und von
dort durch den zweiten Schieber 3 hindurch durch Löcher 27 in
die mittlere Kammer 26 gelangt. Durch den Druckunterschied
zwischen Einlaßkammer 2 und
mittlerer Kammer 26 wirken Kräfte auf die Ansätze 28 und 30.
Diese Kräfte
sind von ihrem Betrag her gleich groß, heben sich jedoch aufgrund
der gegenläufigen
Richtung gegeneinander auf. Deswegen wird auf den zweiten Schieber 3 insgesamt
keine Kraft ausgeübt,
weswegen er in Ruhe verbleibt.
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Das
Fluid gelangt von der mittleren Kammer 26 durch eine Ausnehmung 24 in
die Auslasskammer 25. Innerhalb des Regulierventils treten
bei Regelung durch den ersten Schieber 4 und den zweiten
Schieber 3 drei Fluiddrücke
auf. Der Druck P1 in der Einlaßkammer 2 ist
der höchste.
Demgegenüber
ist der Druck in der mittleren Kammer 26 und in der unteren Kammer 31 reduziert
und wird mit P2 bezeichnet. Der Druck P3 in der Auslaßkammer 25 ist
der niedrigste. Durch den ersten und zweiten Kanal 17 und 23 herrscht
im Inneren 21 des Differenzdruckreglers 5 derselbe
Druck P3 wie in der Auslaßkammer 25.
Bei der Druckdifferenz P1-P3 handelt es sich um die gesamte Druckdifferenz
des Regulierventils, wohingegen P2-P3 die flußregelnde Druckdifferenz ist.
P2-P3 ist der Druckunterschied zwischen Innenseite 21 und Aussenseite
des Differenzdruckreglers 5.
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Die
Position des ersten Schiebers 4 gegenüber der Ausnehmung 24 legt
den voreingestllten Fluß fest.
Erhöht
sich die gesamte Druckdifferenz P1-P3 plötzlich, so änderst sich auch der Fluß dadurch
temporär.
Hierdurch erhöht
sich aber auch die flußregelnde
Druckdifferenz P2-P3. Als Folge davon wird der Differenzdruckregler 5 komprimiert,
wodurch sich der erste Schieber 3 nach oben bewegt. Die
Spalten zwischen den Ansätzen 28 und 30 und
zugehörigen Ventilsitzen
verengen sich. Der Durchfluß wird
dadurch reduziert. Dadurch verringert sich auch der Druck P2 wodurch
sich auch die flußregelnde
Druckdifferenz P2-P3 reduziert und der ursprüngliche Fluß wieder hergestellt wird.
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Reduziert
sich in einem anderen Fall die gesamte Druckdifferenz P1-P3, so
verringert sich dadurch auch der Durchfluß temporär. Die flußregelnde Druckdifferenz P2-P3
reduziert sich als Folge davon ebenfalls. Dadurch expandiert der
Differenzdruckregler 5, wodurch der zweite Schieber 3 nach
unten bewegt wird. Die Spalten zwischen den Ansätzen 28 und 30 vergrößern sich,
wodurch der Durchfluß wieder
vergrößert wird.
Dadurch erhöht
sich P2 wiederum. Der ursprüngliche
Fluß wird
wieder hergestellt.
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Wird
das Handrad 11 verdreht, wird dadurch auch der erste Schieber 4 in
eine neue Position gebracht. Die flußregelnde Druckdifferenz P2-P3
verändert
sich dadurch temporär.
Dadurch reguliert der Differenzdruckregler 5 schnell einen
Druckausgleich durch Bewegung des zweiten Schiebers 3.
Der neue eingestellte Fluß wird
dadurch konstant einreguliert. Ist die gesamte Druckdifferenz P1-P3
größer als 0.02MPa-0.4MPa, so kann der
Durchfluß nicht
konstant gehalten werden. Innerhalb dieses Bereiches ist der Durchfluß unabhängig von
der gesamten Druckdifferenz P1-P3 und wird nur durch den mittels des
ersten Schiebers 4 freigegebenen Querschnitt der Ausnehmung 245 bestimmt.
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Ein
besonderer Flußkanal
wie dies im Stand der Technik beschrieben ist, muss bei der vorliegenden
Ausgestaltung nicht ausgeformt werden, da der zweite Schieber im
Wesentlichen als Zylinder ausgeformt ist. Dadurch ist der Aufbau
der vorliegenden Erfindung einfacher und leichter herzustellen.
Zusätzlich
macht die Ausgestaltung des zweiten Schiebers 4 mit seinen
Führungsrippen 29 die
Führungsbolzen und
Löcher
der Zweiwege-Klappe des Standes der Technik unnötig. Als Folge davon ist der
Aufbau des Ventils vereinfacht und die Gefahr von Verstopfungen im
Ventil durch Verunreinigungen in der Flüssigkeit minimiert.
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Insgesamt
liegen die Vorteile des erfindungsgemäßen Regulierventils unter anderem
in besserer Regelleistung, höherer
Zuverlässigkeit,
einfacherem und kompakterem Aufbau und geringeren Kosten gegenüber dem
Stand der Technik. Zusätzlich
kann das vorliegende Regulierventil manuell und/oder automatisch
eingestellt werden.