DE102006020354A1

DE102006020354A1 - Ventil, insbesondere Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102006020354A1
Application number: DE102006020354A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. Davids; Hartmut Prof. Dr.-Ing. habil. Weise; Karin Dr.-Ing. Rühling
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, aufweisend einen Ventilsitz und einen Ventilteller der mittels einer Schließfeder mit vorgegebener Kennlinie auf dem Ventilsitz entgegen der Sollströmrichtung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinie der Schließfeder (4) durch ein auf die Ventilstange (5) wirkendes Mittel (6, 7 oder 8, 9, 10) eine Kennlinie überlagert ist, so dass die erhaltene Kennlinie einen linearen Anstieg bis zum Öffnen des Ventils aufweist, die in der Folge in eine negative Charkateristik mit anschließender Sättigung übergeht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, aufweisend einen Ventilsitz und einen Ventilteller der mittels einer Schließfeder mit vorgegebener Kennlinie auf dem Ventilsitz entgegen der Sollströmrichtung gehalten wird.
Rückschlagventile sind in der hydraulischen Anwendungstechnik häufig verwendete Bauteile zum Verhindern eines Flüssigkeitsstromes entgegen der Sollströmungsrichtung. Besonders in der Warmwasserheizungstechnik werden Rückschlagventile in funktionaler Einheit auch zum Bremsen einer unkontrollierten Zirkulation in Sollströmungsrichtung bei ausgeschalteter Umwälzpumpe eingesetzt.
Eine derartige Zirkulationsströmung kann durch die Dichteunterschiede unterschiedlich temperierten Heizungswassers im Vorlauf und Rücklauf eines Heizkreises angetrieben werden. Aus dem Dichteunterschied der Flüssigkeitssäulen resultiert ein Differenzdruck, der in dem geschlossenem Rückschlagventil abgebaut werden muss. Dazu erhält die üblicherweise in einem Rückschlagventil enthaltene Schließfeder, die die Ventilplatte entgegen der Strömungsrichtung auf den Ventilsitz drückt, eine höhere Vorspannung.
Für solartechnische Anlagen mit den dort üblichen vergleichsweise hohen Temperaturdifferenzen und aufgrund der üblichen geodätischen Anordnung der Wärmequelle Solarkollektor auf dem Dach und des Wärmepufferspeichers im Keller des Gebäudes resultieren vergleichsweise hohe erforderliche Schließkräfte der Schwerkraftbremse im Ruhezustand.
Im Normalbetrieb muss zusätzlich zu den normalen Strömungsverlusten in dem Ventil ein der Schließkraft proportionaler Differenzdruck erzeugt werden, die den Ventilteller in geöffnetem Zustand im Gleichgewicht hält.
Aufgabe der Erfindung ist es, die zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichtsdifferenzdruckes nötige Pumparbeit zu senken und gleichzeitig eine unkontrollierte Zirkulation im Rohr selbst bei vergleichsweise hohen schwerkraftinduzierten Öffnungsdrücken sicher zu unterbinden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird die bisher übliche näherungsweise linear mit dem Ventilhub ansteigende Schließkraftkennlinie dergestalt variiert, dass sie kurz nach dem Öffnen eine negative Charakteristik erhält und erst nach einem gewissen Öffnungsweg in eine Sättigung übergeht. D. h., mit zunehmenden Öffnungsweg des Ventiltellers sinkt die zu überwindende Schließkraft.
Im Falle des Beginns einer kontrollierten Umwälzung des Mediums muss durch die Umwälzpumpe ein zunächst höherer Differenzdruck zum Öffnen des Ventils aufgebracht werden.
Mit ansteigendem Volumenstrom sinkt dann die Gegenkraft. Das Ventil öffnet schnell und benötigt im Normalbetrieb nur noch einen geringen Druckabfall zum Aufrechterhalten des Gleichgewichtes mit der abgesenkten Schließkraft.
Der Nutzeffekt dieser Gestaltungsart liegt in der Verminderung der Strömungsverluste des Ventils.
Zur Generierung des Kennlinienverlaufs wird erfindungsgemäß die Superposition zweier Kraftkennlinien (z.B. einer linear steigenden Federkraft mit einer über dem Öffnungsweg fallenden Kraftkennlinie) erreicht.
Für die praktische Realisierung sind sowohl magnetische als auch mechanisch wirkende Mittel einsetzbar.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung mit Magnetanordnung am Ventilsitz
2 eine schematische Darstellung mit Magnetanordnung am Ende der Ventilstange
3 eine schematische Darstellung mit einer weiteren Magnetanordnung am Ende der Ventilstange
4 eine schematische Darstellung mit einem am Ende der Ventilstange wirkenden Federmechanismus
Die Ausführung des Ventilgehäuses und die Strömungsführung innerhalb des Ventils 1 ist schematisch und hier nur beispielhaft angegeben.
In der 1 ist schematisch ein Ventil 1 mit einer Magnetanordnung am Ventilsitz 2 dargestellt. Gemäß dieser Ausführung erfolgt die Realisierung der fallenden Kennlinie durch Anbringung eines beispielsweise ringförmigen Permanentmagneten 6 im Ventilsitz 2 und der Ausbildung des Ventiltellers 3 durch ein ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetisches Material oder einer entsprechenden Verbundkonstruktion.
In der 2 ist die Anordnung des ringförmigen Permanentmagneten 6 und des ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetisches Materials 7 am Ende der Ventilstange 7 dargestellt. Charakteristisch für diese Anordnung ist die Auslagerung von Permanentmagnet 6 und Material 7 zur Aufprägung des Kennlinienanteils mit negativer Weg/Kraft-Charakteristik an einen nicht vom Medium umspülten Ort.
Für bestimmte Typen von Wärmeträgermedien ist charakteristisch, dass sie mehr oder weniger stark mit ferro- oder paramagnetischen Feststoffpartikeln beladen sind. Für diese Medien eignet sich der in 1 beispielhaft angegebene Aufbau nicht, da sich die Feststoffpartikel am magnetischen Ventilsitz 2 anlagern würden und das Schließen des Ventils 1 behindert oder gar unmöglich machen. Für solche Fälle lässt sich vorteilhaft eine Ausführung wie in 2 dargestellt einsetzen.
In der 3 ist eine weitere Magnetanordnung am Ende der Ventilstange schematisch dargestellt. In einem zusätzlich am Ventil 1 befindlichen Gehäuse ist gegenüber einem am Ende der Ventilstange 5 angebrachten ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetischen Material 7 ein Permanentmagnet 6 angeordnet.
Die Magnetanordnung wirkt entgegen der Darstellungen in 1 und 2 in der Öffnungsrichtung des Ventils. Bei Einsatz einer stärker ausgeführten Schließfeder ist die Lösung nach 3 den Ausführungen nach 1 und 2 als gleichwertig anzusehen.
Eine weitere Möglichkeit zur Generierung einer negativen Kraft/Weg-Kennlinie besteht in der Anwendung mechanischer Sprungmechanismen entsprechend der Dar stellung in 4. Die Darstellung zeigt das Ventil im geöffneten Zustand. Am Ende der Ventilstange 5 ist ein Kegel 8 angebracht, der zwischen federbelasteten (10) Kugeln 9 gleitet.
Auch andere im Prinzip bekannte mechanische Anordnungen zur Realisierung eines Sprungmechanismus eignen sich prinzipiell zur Anwendung. Bei der konstruktiven Ausgestaltung ist aber darauf zu achten, dass die resultierende Schließkraft erfindungsgemäß an keinem Ort des Ventilhubes einen Wert von „Null" erreicht oder gar die Richtung umkehrt.

1: Ventil
2: Ventilsitz
3: Ventilteller
4: Schließfeder
5: Ventilstange
6: Permanentmagnet
7: Material, ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetisch
8: Kegel
9: Kugel
10: Feder

Claims

Ventil, insbesondere Rückschlagventil, aufweisend einen Ventilsitz und einen Ventilteller der mittels einer Schließfeder mit vorgegebener Kennlinie auf dem Ventilsitz entgegen der Sollströmrichtung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinie der Schließfeder (4) durch ein auf die Ventilstange (5) wirkendes Mittel (6, 7 oder 8, 9, 10) eine Kennlinie überlagert ist, so dass die erhaltene Kennlinie einen linearen Anstieg bis zum Öffnen des Ventils aufweist, die in der Folge in eine negative Charakteristik mit anschließender Sättigung übergeht.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Mittel eine am Ventilsitz (2) vorgesehene Magnetanordnung, bestehend aus Permanentmagnet (6) und ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetischen Material (7) ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliches Mittel eine an der Ventilstange (5) gegenüberliegend dem Ventilteller (3) vorgesehene Magnetanordnung, bestehend aus Permanentmagnet (6) und ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetischen Material (7) ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Mittel eine an der Ventilstange (5) gegenüberliegend dem Ventilteller (3) vorgesehene Magnetanordnung, bestehend aus Permanentmagnet (6) und ferro-, ferri-, para- oder permanentmagnetischen Material (7) ist, die in Öffnungsrichtung des Ventils (1) wirkt und mit einer Schließfeder (4) mit höherer Vorspannung zusammenwirkt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Mittel ein an der Ventilstange (5) gegenüberliegend dem Ventilteller (3) wirkender Federmechanismus ist.