-
Die Erfindung betrifft ein Drosselventil, mit einem peripher von einer Kanalwand begrenzten, sich zwischen einer ersten Kanalöffnung und einer zweiten Kanalöffnung erstreckenden Drosselkanal, in dem in einem einen kreisförmigen Kanalquerschnitt aufweisenden Drosselungsabschnitt ein unter Ausführung einer Einstelldrehbewegung um eine quer zur Längsachse des Drosselkanals ausgerichtete Drehachse verdrehbares und in unterschiedlichen Einstellwinkeln positionierbares Drosselglied angeordnet ist, das eine scheibenförmige Drosselklappe mit an den Querschnitt des Drosselungsabschnittes angepasster Außenkontur aufweist, die über zwei einander entgegengesetzte Klappenflächen verfügt.
-
Ein aus der
DE 91 08 326 U1 bekanntes Drosselventil dieser Art ist mit einem verdrehbaren Drosselglied ausgestattet, das aus einer scheibenförmigen Drosselklappe besteht. Die Drosselklappe ist durch einen extern zugänglichen Einstellmechanismus mit unterschiedlichen Einstellwinkeln innerhalb des sie aufnehmenden Drosselkanals positionierbar, um eine Variation des Durchflusses des einem Verbraucher zuzuführenden Fluides, insbesondere Druckluft, vornehmen zu können. Das bekannte Ventil eignet sich vor allem für Anwendungen mit hohen Durchflössen, also hohen Strömungsraten, wohingegen eine Durchflussregulierung bei niedrigen Durchflusswerten problematisch ist, weil die zugrunde liegende Kennlinie relativ steil ist und einen eher geringen Regelbereich zulässt.
-
Eine vergleichbare Situation ist auch bei einer aus der
DE-PS 922 800 bekannten Drosselvorrichtung gegeben, die über eine in einem kugelartigen Gehäuse untergebrachte Drosselklappe verfügt.
-
Ein Drosselventil mit verbesserter Strömungscharakteristik ist aus der
WO 2004/070240 A1 bekannt. Das hier zum Einsatz kommende, in unterschiedlichen Winkelstellungen positionierbare Drosselglied hat eine scheibenförmige Grundform mit einstückig angeformten Strukturen, was aufgrund des komplexen Aufbaus relativ hohe Herstellungskosten mit sich bringt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drosselventil zu schaffen, das in einem weiten Durchflussbereich eine präzise Regulierung der Fluidströmung ermöglicht.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass das Drosselglied mindestens einen bezüglich der Drosselklappe separat ausgebildeten, im Bereich mindestens einer der Klappenflächen auf die Drosselklappe aufsetzbaren oder aufgesetzten, halbkugelförmigen Kanalverschlusskörper aufweist, dessen Durchmesser zumindest annähernd dem Durchmesser des Drosselungsabschnittes des Drosselkanals entspricht.
-
Das Drosselventil kann ohne an der Drosselklappe fixiertem Verschlusskörper mit allein der Drosselklappe als Drosselglied eingesetzt werden, um in Verbindung mit hohen Strömungsraten eine präzise Regelung vorzunehmen. Zur Stromregelung bei geringen Durchflössen wird das Drosselglied mit mindestens einem auf die Drosselklappe aufgesetzten, halbkugelförmigen Kanalverschlusskörper eingesetzt, was wiederum eine gute Regelungscharakteristik mit sich bringt. Durch den mindestens einen Kanalverschlusskörper wird der dem Fluid im Bereich des Drosselungsabschnittes zur Verfügung stehende freie Strömungsquerschnitt reduziert, sodass auch bei niedrigen Strömungsraten eine relativ flache Durchflusskennlinie zugrunde liegt, die eine Aufweitung des Regelbereiches zur Folge hat und wiederum sehr exakte proportionale Einstellungen ermöglicht. Die gesonderte Ausgestaltung der Drosselklappe und des mindestens einen Kanalverschlusskörpers hat den Vorteil, dass nicht für jeden Einsatzzweck ein spezielles Drosselglied individuell bereitgestellt werden muss, sondern auf der Grundlage einer scheibenförmigen Drosselklappe die Möglichkeit besteht, durch Kombination mit einem oder zwei halbkugelförmigen Kanalverschlusskörpern den Regelungsbereich des Drosselventils kostengünstig zu erweitern.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Drosselglied mit nur einem einzigen halbkugelförmigen Kanalverschlusskörper ausgestattet ist, die Drosselklappe also nur einseitig mit einem solchen Kanalverschlusskörper bestückt ist. Wenn es allerdings darum geht, extrem niedrige Durchflussmengen zu regulieren, ist es vorteilhaft, auf beide Klappenflächen der Drosselklappe jeweils einen halbkugelförmigen Kanalverschlusskörper aufzusetzen.
-
Eine lösbare Verbindung des mindestens einen Kanalverschlusskörpers mit der Drosselklappe hat den Vorteil, dass das Drosselglied jederzeit in seiner Funktionscharakteristik verändert und an geänderte Gegebenheiten angepasst werden kann. Man kann beispielsweise einen an der Drosselklappe montierten Kanalverschlusskörper jederzeit wieder entfernen, um die Drosselklappe ohne einen Kanalverschlusskörper als Drosselglied einzusetzen. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Kanalverschlusskörper durch einen Kanalverschlusskörper anderen Typs zu ersetzen und somit durch einen Austausch des Kanalverschlusskörpers die Regelungscharakteristik des Drosselventils zu beeinflussen. Wenn allerdings absehbar ist, dass zukünftig an der Funktionalität des Drosselventils keine Änderungen mehr vorzunehmen sind, kann der mindestens eine Kanalverschlusskörper ohne weiteres auch unlösbar an der Drosselklappe befestigt werden, um das Drosselglied zu bilden.
-
Eine bevorzugte Befestigungsart zur Fixierung eines Kanalverschlusskörpers bezüglich der Drosselklappe ist eine Schraubverbindung.
-
Vorzugsweise ist das Drosselglied an einem Achskörper befestigt, der die Drehachse des Drosselgliedes definiert, wobei zweckmäßigerweise eine oder mehrere hierbei verwendete Befestigungsschrauben genutzt werden, um den Kanalverschlusskörper mit sowohl der Drosselklappe als auch dem Achskörper zu verschrauben und dadurch gleichzeitig die Befestigung des Achskörpers bezüglich der Drosselklappe herzustellen.
-
Zweckmäßigerweise kann das Drosselglied durch die Einstelldrehbewegung unter anderem in einem Einstellwinkel bezüglich der Kanalwand positioniert werden, der eine Schließstellung definiert, in der das Drosselglied den Kanalquerschnitt des Drosselungsabschnittes mittels seiner Drosselklappe verschließt. In diesem Fall ist ein auf die Drosselklappe aufgesetzter Kanalverschlusskörper zweckmäßigerweise wirkungslos, da er sich vollständig, je nach Strömungsrichtung, auf der stromauf oder stromab liegenden Seite der Drosselklappe befindet.
-
Der halbkugelförmige Kanalverschlusskörper kann über eine geschlossene gewölbte Mantelfläche verfügen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass unabhängig von der momentanen Offenstellung des Drosselgliedes, also unabhängig vom Einstellwinkel der einen Fluiddurchtritt zulassenden Drosselklappe, der halbe Querschnitt des Drosselungsabschnittes durch den Kanalverschlusskörper verschlossen ist. Der beim Verdrehen des Drosselgliedes mit verschwenkende halbkugelförmige Kanalverschlusskörper verschließt stets einen zumindest im Wesentlichen halbkreisförmigen Kanalquerschnitt des Drosselkanals, der sich auf einer Seite der sich mittig durch den Drosselungsabschnitt hindurch erstreckenden Drehachse des Drosselgliedes befindet.
-
Andererseits besteht aber auch die vorteilhafte Möglichkeit, mindestens einen Kanalverschlusskörper mit einer Strömungsdurchlassstruktur zu versehen, die es dem zu regelnden Fluid ermöglicht, in einer und/oder in mehreren und/oder in jeder Offenstellung(en) des Drosselgliedes unmittelbar durch den Kanalverschlusskörper hindurchzuströmen und dadurch zwischen den beiden Kanalöffnungen überzutreten. Auf diese Weise wird der Kanalquerschnitt des Drosselkanals weniger stark reduziert als wenn ein fluidundurchlässiger und entsprechend unstrukturierter Kanalverschlusskörper zum Einsatz kommt. Die Strömungsdurchlassstruktur lässt trotz Vorhandenseins eines Kanalverschlusskörpers einen partiellen Durchfluss zu und ermöglicht auf diese Weise eine optimale Adaption an den zu regulierenden Nenndurchfluss.
-
Die Strömungsdurchlassstruktur besteht zweckmäßigerweise zumindest teilweise und vorzugsweise in ihrer Gesamtheit aus einer Schlitzstruktur, die sich aus einem oder mehreren in dem Kanalverschlusskörper ausgebildeten, im Folgenden als Durchlassschlitze bezeichneten Schlitzen zusammensetzt. Jeder Durchlassschlitz erstreckt sich ausgehend von der der Kanalwand zugewandten, gewölbten Außenumfangsfläche beziehungsweise Mantelfläche des Kanalverschlusskörpers ins Innere des Kanalverschlusskörpers hinein.
-
Vorzugsweise ist mindestens ein Durchlassschlitz so angeordnet, dass seine Schlitzebene rechtwinkelig zur Drehachse des Drosselgliedes ausgerichtet ist. Enthält die Schlitzstruktur mehrere Durchlassschlitze, ist es von Vorteil, wenn diese mehreren Durchlassschlitze in zueinander parallelen Ebenen mit Querabstand zueinander in dem Kanalverschlusskörper ausgebildet sind.
-
Vorzugsweise enthält die Schlitzstruktur mindestens einen Durchlassschlitz, der eine zur gewölbten Außenumfangsfläche beziehungsweise Mantelfläche des Kanalverschlusskörpers hin offene Schlitzöffnung aufweist, die in mindestens einer und bevorzugt jeder einen Fluiddurchtritt durch den Drosselungsabschnitt hindurch zulassenden Offenstellung des Drosselgliedes partiell von der Kanalwand des Drosselkanals abgedeckt ist. Der Kanalverschlusskörper ist hier jeweils derart winkelmäßig im Drosselungsabschnitt des Drosselkanals ausgerichtet, dass ein Teil seiner Schlitzöffnung von der Kanalwand abgedeckt wird, jedoch beidseits des abgedeckten Abschnittes des Durchlassschlitzes je ein unabgedeckter Bereich der Schlitzöffnung des Durchlassschlitzes liegt, sodass es einem Fluid möglich ist, unter Vorbeiströmen an dem abgedeckten Bereich der Schlitzöffnung durch den Kanalverschlusskörper hindurch zwischen den beiden das Drosselglied flankierenden Kanalabschnitten des Drosselkanals überzuströmen.
-
Die Durchlassschlitze können von Fall zu Fall anwendungsspezifisch gestaltet sein, um die gewünschte Regelungskennlinie zu erzielen. Beispielsweise können ein Durchlassschlitz oder sämtliche Durchlassschlitze über einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Schlitzquerschnitt, über einen keilförmigen Schlitzquerschnitt oder über einen am Schlitzgrund abgerundeten oder sich verjüngenden Schlitzquerschnitt verfügen. Die Durchlassschlitze innerhalb ein und desselben Kanalverschlusskörpers können auch unterschiedliche Schlitzbreiten haben.
-
Es besteht die Möglichkeit, zur Ausstattung einer Drosselklappe mit Kanalverschlusskörpern mehrere Kanalverschlusskörper zur Verfügung zu stellen, die alternativ an die Drosselklappe ansetzbar sind und die sich in der Ausgestaltung ihrer Strömungsdurchlassstruktur und insbesondere der Schlitzstruktur voneinander unterscheiden.
-
Zweckmäßigerweise haben mindestens ein und zweckmäßigerweise jeder Durchlassschlitz einen über eine lineare Längserstreckung verfügenden Schlitzgrund, der zweckmäßigerweise so verläuft, dass er parallel zur als Scheibenebene bezeichneten Hauptausdehnungsebene der scheibenförmigen Drosselklappe orientiert ist.
-
Die Strömungsdurchlassstruktur ist bei einem möglichen Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass in den Offenstellungen des Drosselgliedes der dem im Drosselkanal strömenden Fluid zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt der Strömungsdurchlassstruktur unabhängig vom momentanen Einstellwinkel des Drosselgliedes konstant ist. Alternativ hierzu kann die Strömungsdurchlassstruktur aber auch so konzipiert sein, dass sich der freie Strömungsquerschnitt abhängig vom Einstellwinkel des Drosselgliedes verändert.
-
Der Drosselungsabschnitt des Drosselkanals, in dem das Drosselglied angeordnet ist, hat zweckmäßigerweise einen kreisförmigen Querschnitt und ist insbesondere kreiszylindrisch konturiert.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Drosselventils in einer axialen Ansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil I aus 2,
-
2 einen Längsschnitt durch das Drosselventil gemäß Schnittebene II-II aus 1 und 3,
-
3 einen Querschnitt durch das Drosselventil gemäß Schnittlinie III-III aus 2,
-
4 einen perspektivischen Längsschnitt durch das Drosselventil gemäß Schnittebene IV-IV aus 3,
-
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drosselventils in einer axialen Ansicht gemäß 1, wobei der Kanalverschlusskörper dieses Drosselventils anders als das Drosselventil der 1 bis 4 keine Strömungsdurchlassstruktur aufweist, und
-
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Drosselventils in einer der 3 entsprechenden Darstellungsweise, wobei das Drosselglied über zwei an entgegengesetzten Seiten der Drosselklappe angesetzte Kanalverschlusskörper verfügt.
-
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Drosselventil verfügt über eine einen Drosselkanal 2 peripher begrenzende Kanalwand 3, die zweckmäßigerweise Bestandteil eines Ventilgehäuses 4 des Drosselventils 1 ist. Der Drosselkanal 2 hat eine Längsrichtung mit einer Längsachse 7, die bevorzugt geradlinig ist, bei entsprechendem Kanalverlauf aber auch über einen gebogenen Längsverlauf verfügen kann.
-
Der Drosselkanal 2 erstreckt sich zwischen einer ersten Kanalöffnung 5 und einer zweiten Kanalöffnung 6. Die erste Kanalöffnung 5 wird im Betrieb des Drosselventils 1 als Einlassöffnung 5a zur Einspeisung eines hinsichtlich Durchfluss und/oder Druck zu regulierenden Fluides genutzt, die zweite Kanalöffnung 6 als Auslassöffnung 6a zur Abfuhr des regulierten Fluides. Eine vertauschte Nutzung der beiden Kanalöffnungen 5, 6 ist aber ebenfalls möglich. Bei 8 ist durch einen Pfeil die Fluidströmung des zu regelnden Fluides angedeutet.
-
Bei dem zu regelnden Fluid handelt es sich insbesondere um Druckluft. Grundsätzlich kann das Drosselventil 1 aber auch in Verbindung mit anderen Fluiden genutzt werden.
-
Der Drosselkanal 2 nimmt in einem als Drosselungsabschnitt 12 bezeichneten Kanalabschnitt ein drehbewegliches Drosselglied 13 auf. Zumindest im Bereich des Drosselgliedes 13 hat der Drosselkanal 2 zweckmäßigerweise einen kreisförmigen Querschnitt. Es wird als besonders zweckmäßig erachtet, die Kanalwand 3 so zu gestalten, dass der Drosselkanal 2 zumindest im Bereich des Drosselungsabschnittes 12 kreiszylindrisch konturiert ist. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Die Kanalwand 3 hat eine periphere Wandfläche 14, die sich rings um die Längsachse 7 herum erstreckt und radial nach innen weist.
-
Das Drosselglied 13 ist relativ zur Kanalwand 3 um eine strichpunktiert angedeutete Drehachse 15 verdrehbar. Die Drehachse 15 verläuft quer und insbesondere rechtwinkelig zur Längsachse 7 des Drosselkanals 2. Vorzugsweise verläuft die Drehachse 15 durch das Zentrum des Drosselkanals 2 hindurch.
-
Die mögliche Drehbewegung des Drosselgliedes 13 sei als Einstelldrehbewegung 16 bezeichnet und ist durch einen Doppelpfeil illustriert. Die Einstelldrehbewegung 16 kann bevorzugt sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn ausgeführt werden.
-
Zur Drehlagerung des Drosselgliedes 13 ist das Drosselventil 1 zweckmäßigerweise mit einem Achskörper 17 ausgestattet, dessen Längsachse 17a mit der Drehachse 15 zusammenfällt. Exemplarisch ist der Achskörper 17 als Achswelle ausgebildet und erstreckt sich quer durch den Drosselungsabschnitt 12 hindurch, wobei er außerdem zwei sich diametral gegenüberliegende Wanddurchbrechungen 18 der Kanalwand 3 in drehbarer und bevorzugt auch abgedichteter Weise durchsetzt. An diesem Achskörper 17 ist das Drosselglied 13 befestigt. An einem außerhalb der Kanalwand 3 befindlichen Endabschnitt 22 des Achskörpers 17 kann auf beliebige Art und Weise ein Drehmoment eingeleitet werden, um den Achskörper 17 zu drehen und mithin die Einstelldrehbewegung 16 des Drosselgliedes 13 hervorzurufen. Das erforderliche Drehmoment kann manuell eingeleitet werden oder vorzugsweise mit Hilfe einer elektrisch und/oder durch Fluidkraft betriebenen Betätigungseinrichtung.
-
Mittels der Einstelldrehbewegung 16 kann das Drosselglied 13 in unterschiedlichen Einstellwinkeln beziehungsweise Drehpositionen relativ zur Kanalwand 3 positioniert werden. Dabei besteht unter anderem zweckmäßigerweise die Möglichkeit, das Drosselglied 13 in einer in 2 strichpunktiert angedeuteten Schließstellung 23 zu positionieren, in der es den Kanalquerschnitt des Drosselungsabschnittes 12 zumindest annähernd vollständig verschließt, sodass ein Fluidübertritt zwischen dem der ersten Kanalöffnung 5 zugeordneten ersten Kanalabschnitt 2a und dem der zweiten Kanalöffnung 6 zugeordneten zweiten Kanalabschnitt 2b des Drosselkanals 2 verhindert ist. Ausgehend von dieser Schließstellung 23 kann das Drosselglied 13 insbesondere stufenlos in mehrere Offenstellungen verdreht werden, in denen es im Bereich des Drosselungsabschnittes 12 einen mehr oder weniger großen Strömungsquerschnitt zwischen dem ersten Kanalabschnitt 2a und dem zweiten Kanalabschnitt 2b freigibt. Auf diese Weise kann insbesondere eine proportionale Durchfluss- und/oder Druckregelung vorgenommen werden. Eine mögliche Offenstellung ist in den Zeichnungen illustriert. Die illustrierte Offenstellung ist eine Zwischenstellung zwischen der Schließstellung 23 und einer maximalen Offenstellung, in der ein maximaler Strömungsquerschnitt für den Durchtritt des Fluides freigegeben ist.
-
Das Drosselglied 13 weist eine scheibenförmige Drosselklappe 24 auf. Die Drosselklappe 24 hat zweckmäßigerweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Umriss. Dieser auch als Außenkontur bezeichenbare Umriss ist an den Querschnitt des Drosselungsabschnittes 12 angepasst und hat zweckmäßigerweise einen Durchmesser, der zumindest annähernd dem Innendurchmesser des Drosselkanals 2 im Bereich des Drosselungsabschnittes 12 entspricht. Bevorzugt ist die die Außenkontur der Drosselklappe 24 vorgebende ringförmige Randfläche 25 der Drosselklappe 24 so gestaltet, dass sie in der erwähnten Schließstellung ringsum an der Wandfläche 14 der Kanalwand 3 anliegt.
-
Zweckmäßigerweise ist die Randfläche 25 derart leicht geneigt gestaltet, dass das Drosselglied 13 ausgehend von der Schließstellung 23 nur in einer Richtung verdreht werden kann. Dies verhindert ein unkontrollierbares Überdrehen des Drosselgliedes 13 über die Schließstellung 23 hinaus. Es ergibt sich quasi eine Anschlagwirkung, die das Drosselglied 13 in der Schließstellung 23 blockiert und an einem Weiterdrehen in die gleiche Richtung hindert.
-
Die scheibenförmige Drosselklappe 24 hat eine durch eine strichpunktierte Linie angedeutete Hauptausdehnungsebene, die als Scheibenebene 26 bezeichnet sei.
-
Die Drosselklappe 24 verfügt über zwei einander entgegengesetzte und voneinander abgewandte erste und zweite Klappenflächen 27, 28, die durch die Außenkontur beziehungsweise die Randfläche 25 der Drosselklappe 24 peripher begrenzt sind. Es handelt sich mithin insbesondere um Kreisflächen. Die beiden Klappenflächen 27, 28 sind insbesondere parallel zueinander ausgerichtet und bevorzugt eben ausgebildet.
-
Die Drosselklappe 24 ist beim Ausführungsbeispiel mit dem Achskörper 17 drehfest verbunden. Dies ergibt sich vorzugsweise daraus, dass der Achskörper 17 in seinem sich durch den Drosselkanal 2 hindurch erstreckenden Bereich einen radial durchgehenden Längsschlitz aufweist, der im Folgenden als Befestigungsschlitz 32 bezeichnet sei und durch den die Drosselklappe 24 hindurchgesteckt ist, sodass sie auf einander diametral entgegengesetzten Seiten mit jeweils einem zumindest im Wesentlichen halbkreisförmigen Klappenflügel 24a, 24b über den Achskörper 17 vorsteht.
-
Das Drosselventil 1 ist mit dem bisher beschriebenen Drosselglied 13 betreibbar, das sich ausschließlich aus der Drosselklappe 24 zusammensetzt. Ein derart aufgebautes Drosselventil 1 wird gewählt, wenn ein relativ großer Durchfluss, also eine relativ große Strömungsrate, zu regeln ist. Ein besonderer Vorteil des Drosselventils 1 besteht jedoch darin, dass es zur Bildung des Drosselgliedes 13 auch noch über mindestens einen halbkugelförmigen Kanalverschlusskörper 33 verfügt, der im Bereich einer der Klappenflächen 27 oder 28 auf die Drosselklappe 24 aufsetzbar ist und mit der Drosselklappe 24 zu einer das Drosselglied 13 bildenden Baugruppe verbindbar ist. Die Einstelldrehbewegung 16 kann dann nur einheitlich von der Drosselklappe 24 und dem auf sie aufgesetzten Kanalverschlusskörper 33 ausgeführt werden.
-
Die 1 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele des Drosselventils 1, bei denen sich das Drosselglied 13 aus der Drosselklappe 24 und einem einzigen Kanalverschlusskörper 33 zusammensetzt, wobei der Kanalverschlusskörper 33 an der ersten Klappenfläche 27 der Drosselklappe 24 montiert ist. Bei dem in 6 illustrierten Ausführungsbeispiel ist an beiden Klappenflächen 27, 28 jeweils ein eigener Kanalverschlusskörper 33 angesetzt, sodass die Drosselklappe 24 zwischen zwei Kanalverschlusskörpern 33 liegt und das Drosselglied 13 über die Drosselklappe 24 und zwei Kanalverschlusskörper 33 verfügt.
-
Jeder Kanalverschlusskörper 33 ist ein bezüglich der Drosselklappe 24 separates Bauteil. Es handelt sich bei ihm insbesondere um einen einstückigen Körper, der bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial besteht. Der Durchmesser des Kanalverschlusskörpers 33 entspricht zumindest annähernd dem Durchmesser des Drosselungsabschnittes 12, wobei er vorzugsweise geringfügig kleiner ist, sodass die halbkugelig gewölbte Mantelfläche 34 des Kanalverschlusskörpers 33 keinen Kontakt zur Wandfläche 14 der Kanalwand 3 hat.
-
Der Kanalverschlusskörper 33 hat eine kreisförmige Grundfläche 35, die der Klappenfläche 27 oder 28, auf die er aufgesetzt ist, zugewandt ist. Der Umriss dieser Grundfläche 35 ist zweckmäßigerweise etwas kleiner als der Umriss der Drosselklappe 24, sodass selbige ringsum radial geringfügig über die Mantelfläche 34 des Kanalverschlusskörpers 33 vorsteht.
-
Beim Ausführungsbeispiel ist der Kanalverschlusskörper 33 im Bereich seiner Grundfläche 35 mit einer quer verlaufenden rinnenförmigen Aussparung 36 versehen, in die der die Klappenfläche 27, 28 überragende Umfangsabschnitt des Achskörpers 17 eintaucht, sodass eine großflächige Anlage zwischen der Grundfläche 35 des Kanalverschlusskörpers 33 und der ihm zugewandten Klappenfläche 27 bzw. 28 möglich ist.
-
Ein auf die Drosselklappe 24 aufgesetzter Kanalverschlusskörper 33 verschließt dauerhaft den gesamten oder wenigstens einen Großteil der Hälfte des Kanalquerschnittes des Drosselkanals 2 im Bereich des Drosselungsabschnittes 12. Zu welchem Prozentsatz eine Querschnittshälfte des Drosselungsabschnittes 12 von einem Kanalverschlusskörper 33 verschlossen wird, hängt von der Struktur des Kanalverschlusskörpers 33 ab. Der Kanalverschlusskörper 33 kann, wie dies beim Ausführungsbeispiel der 5 der Fall ist, so gestaltet sein, dass er die ihm zugeordnete Querschnittshälfte des Drosselkanals 2 ungeachtet vom Einstellwinkel des Drosselgliedes 13 komplett ausfüllt, sodass nur die auf der diametral entgegengesetzten Seite der Drehachse 15 liegende Querschnittshälfte des Drosselkanals 2 für einen Fluiddurchtritt zur Verfügung steht und hinsichtlich des tatsächlich offenen Strömungsquerschnittes durch Veränderung der Drehposition des Drosselgliedes 13 regelbar ist. Andererseits kann aber der Kanalverschlusskörper 33 auch mit einer in den 1 bis 4 und 6 illustrierten Strömungsdurchlassstruktur 37 versehen sein, die – insbesondere in jeder Drehposition des Drosselgliedes 13 mit Ausnahme der Schließstellung – einen gewissen Fluidübertritt zwischen den beiden Kanalabschnitten 2a, 2b zulässt.
-
Somit kann der dem Fluid im Bereich des Drosselungsabschnittes 12 für einen Durchtritt zur Verfügung stehende maximale freie Strömungsquerschnitt dadurch reduziert werden, dass die Drosselklappe 24 mit einem oder zwei Kanalverschlusskörpern 33 ausgestattet wird. Darüber hinaus besteht bei einer Ausstattung mit einem oder zwei Kanalverschlusskörpern 33 die weitere Möglichkeit zu einer Variation des maximalen freien Strömungsquerschnittes dadurch, dass man entweder einen Kanalverschlusskörper 33 ohne Strömungsdurchlassstruktur 37 verwendet oder einen Kanalverschlusskörper 33 anbaut, der mit einer Strömungsdurchlassstruktur 37 ausgestattet ist, die einen gewissen Durchlassquerschnitt zur Verfügung stellt. Dabei kann je nach Ausgestaltung der Strömungsdurchlassstruktur 37 der durch einen Kanalverschlusskörper 33 zur Verfügung gestellte Durchlassquerschnitt in unterschiedlichem Maße vorgegeben werden. Alles in allem ist dadurch eine optimale Anpassung der Regelungskennlinie des Drosselgliedes 13 an den momentan gegebenen Durchfluss möglich.
-
Die Kanalwand 3 hat im Bereich des Drosselungsabschnittes 12 einen konzentrisch zu der Längsachse 7 angeordneten Wandabschnitt, der aufgrund seiner noch zu erläuternden Funktion im Folgenden als Abdeck-Wandabschnitt 38 bezeichnet sei und der, bezogen auf die Achsrichtung der Längsachse 7, auf zumindest im Wesentlichen gleicher Höhe liegt wie die Drehachse 15. Nimmt das Drosselglied 13 die oben erwähnte Schließstellung ein, liegt es mit seiner Randfläche 25 zweckmäßigerweise an diesem Abdeck-Wandabschnitt 38 der Kanalwand 3 an. Dabei ist die Scheibenebene 26 der Drosselklappe 24 quer und insbesondere zumindest im Wesentlichen rechtwinkelig zur Längsachse 7 des Drosselkanals 2 ausgerichtet. Der oder die Kanalverschlusskörper 33 sind dabei ohne Wirkung.
-
Bei dem in 1 bis 4 illustrierten Ausführungsbeispiel liegt der einzige Kanalverschlusskörper 33 in der Schließstellung des Drosselgliedes 13 stromab der Drosselklappe 24. Allerdings kann das Drosselventil 1 auch so betrieben werden, dass der Kanalverschlusskörper 33 in der Schließstellung des Drosselgliedes 13 stromauf der Drosselklappe 24 angeordnet ist und die gewölbte Mantelfläche 34 der ankommenden Strömung zugewandt ist.
-
In den Offenstellungen des Drosselgliedes 13 ergibt sich die momentane Verschlusswirkung des Kanalverschlusskörpers 33 durch das Zusammenwirken des oben erwähnten Abdeck-Wandabschnittes 38 der Kanalwand 3 mit dem diesem Abdeck-Wandabschnitt 38 radial innen gegenüberliegenden Mantelflächenabschnitt 34a der Mantelfläche 34 des Kanalverschlusskörpers 33, der im Folgenden auch als Verschluss-Mantelflächenabschnitt 34a bezeichnet wird. Beim Verdrehen des Drosselgliedes 13 wandert der Verschluss-Mantelflächenabschnitt 34a quasi der Mantelfläche 34 entlang.
-
Die Strömungsdurchlassstruktur 37 kann im Prinzip aus einem oder mehreren umfangsseitig geschlossenen Fluidkanälen bestehen, die den Kanalverschlusskörper 33 durchsetzen, sodass die Kanalmündungen in den diversen Offenstellungen des Drosselgliedes 13 auf in Achsrichtung der Längsachse 7 einander entgegengesetzten Seiten des Abdeck-Wandabschnittes 38 angeordnet sind und einen Fluidübertritt zwischen den beiden Kanalabschnitten 2a, 2b ermöglichen. Als wesentlich vorteilhafter wird allerdings eine bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 und 6 realisierte Ausführungsform der Strömungsdurchlassstruktur 37 angesehen, die eine Schlitzstruktur 42 ist und aus mindestens einem als Durchlassschlitz 43 bezeichneten Schlitz besteht, der sich ausgehend von der gewölbten Außenumfangsfläche beziehungsweise Mantelfläche 34 des Kanalverschlusskörpers 33 in den Kanalverschlusskörper 33 hinein erstreckt. Ein solcher Durchlassschlitz 43 hat eine gewölbte, sich der Mantelfläche 34 entlang erstreckende Schlitzöffnung 44, wobei der Durchlassschlitz 43 derart in dem Kanalverschlusskörper 33 angeordnet ist, dass sich die Schlitzöffnung 44 in gebogener Form um die Drehachse 15 herum erstreckt.
-
Bei den Ausführungsbeispielen sind in jedem Kanalverschlusskörper 33 mehrere Durchlassschlitze 43 ausgebildet, deren Schlitzebenen bevorzugt rechtwinkelig zur Drehachse 15 des Drosselgliedes 13 verlaufen. Die mehreren Durchlassschlitze 43 sind in der Längsrichtung der Drehachse 15 mit Abstand zueinander angeordnet, und zwar insbesondere derart, dass ihre Schlitzebenen in zueinander parallelen Ebenen verlaufen.
-
Vorzugsweise haben mindestens ein und insbesondere jeder Durchlassschlitz 43, wenn man ihn im Längsschnitt rechtwinkelig zur Drehachse 15 betrachtet, eine kreissegmentartige Form. Erkennbar ist dies in 2, in der der erwähnte Längsschnitt eines Durchlassschlitzes 43 durch eine gestrichelte Schraffur bei 43' kenntlich gemacht ist. Der betreffende Durchlassschlitz 43 selbst liegt in 2 hinter der Zeichenebene.
-
Vorzugsweise haben mindestens ein und zweckmäßigerweise jeder vorhandene Durchlassschlitz 43 einen der Schlitzöffnung 44 gegenüberliegenden Schlitzgrund 45 mit linearer Längserstreckung. Dieser Schlitzgrund 45 ist bevorzugt so ausgerichtet, dass er parallel zur Scheibenebene 26 der Drosselklappe 24 verläuft.
-
Bezogen auf eine zur Scheibenebene 26 der Drosselklappe 24 rechtwinkelige und zugleich durch die Drehachse 15 hindurchgehende Bezugsebene 46 ist mindestens ein und bevorzugt jeder Durchlassschlitz 43 so gestaltet, dass die auf den entgegengesetzten Seiten der Bezugsebene 46 liegenden Längenabschnitte der Schlitzöffnung 44 gleichgroß sind.
-
Der Schlitzgrund 45 erstreckt sich bevorzugt in einem Abstand und dabei insbesondere in einem konstanten Abstand zu derjenigen Klappenfläche 27 oder 28, an der der betreffende Kanalverschlusskörper 33 angesetzt ist. Exemplarisch ist dieser Abstand größer als die maximale Tiefe der Aussparung 36, in die der Achskörper 17 eintaucht.
-
Jeder Durchlassschlitz 43 ist so angeordnet, dass seine Schlitzöffnung 44 lokal von dem Abdeck-Wandabschnitt 38 abgedeckt ist, wenn sich das Drosselglied 13 in mindestens einer Offenstellung befindet. In den Offenstellungen des Drosselgliedes 13 verläuft die Scheibenebene 26 der Drosselklappe 24 geneigt zur Längsachse 7, wobei der durch das Drosselglied 13 freigegebene Öffnungsquerschnitt umso größer ist, je kleiner der Neigungswinkel ist. Mit anderen Worten ist der freie Strömungsquerschnitt umso kleiner, je steiler die Drosselklappe 24 bezüglich der Längsachse 7 ausgerichtet ist.
-
Bei einem mit nur einem Kanalverschlusskörper 33 ausgestatteten Drosselglied 13 ist eine Querschnittshälfte des Kanalquerschnittes des Drosselkanals 2 veränderbar, um unterschiedlich große freie Strömungsquerschnitte zur Verfügung zu stellen. Es handelt sich dabei um diejenige Querschnittshälfte des Drosselkanals 2, die auf der nicht mit einem Kanalverschlusskörper 33 bestückten Seite der Drosselklappe 24 liegt. Unabhängig davon, mit welchem Einstellwinkel das Drosselglied 13 momentan positioniert ist, ermöglicht aber auch die Schlitzstruktur 42 einen Fluidübertritt zwischen den beiden Kanalabschnitten 2a, 2b, sodass sich der insgesamt dem strömenden Fluid zur Verfügung stehende Überströmquerschnitt im Wesentlichen aus der Summe der Schlitzquerschnitte und dem auf der entgegengesetzten Seite des Kanalverschlusskörpers 33 zwischen der Drosselklappe 24 und der Kanalwand 3 freigegebenen Kanalquerschnitt zusammensetzt.
-
In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, mindestens einen und vorzugsweise jeden Durchlassschlitz 43 so zu gestalten, dass der von der Schlitzstruktur 42 zur Verfügung gestellte freie Strömungsquerschnitt unabhängig vom momentanen Einstellwinkel des Drosselgliedes 13 konstant ist oder aber sich in Abhängigkeit vom Einstellwinkel des Drosselgliedes 13 verändert. Letzteres ermöglicht eine noch bessere Anpassung der Regelungskennlinie an die gegebenen Strömungsraten.
-
Wenn das Drosselglied 13 beidseits der Drosselklappe 24 mit je einem halbkugelförmigen Kanalverschlusskörper 33 bestückt ist, wie dies beim Ausführungsbeispiel der 6 der Fall ist, wird hinsichtlich der Strömungsdurchlassstruktur 37 eine Formgebung gewählt, bei der der dem Fluid zur Verfügung stehende wirksame Strömungsquerschnitt eine Funktion der Winkelposition des Drosselgliedes 13 ist. Ist das Drosselglied 13 mit zwei Kanalverschlusskörpern 33 ausgestattet, können entweder beide Kanalverschlusskörper 33 oder nur ein Kanalverschlusskörper 33 mit einer geeigneten Strömungsdurchlassstruktur 37 ausgestattet sein. Sind beide Kanalverschlusskörper 33 mit einer Strömungsdurchlassstruktur 37 versehen, kann es sich um identische Strömungsdurchlassstrukturen 37 oder um voneinander abweichend gestaltete Strömungsdurchlassstrukturen 37 handeln.
-
Wenn die Strömungsdurchlassstruktur 37 als Schlitzstruktur 42 konzipiert ist, wird in den verschiedenen Offenstellungen des Drosselgliedes 13 jeweils derjenige Abschnitt der Schlitzöffnung 44, der sich im Bereich des Verschluss-Mantelflächenabschnittes 34a befindet, durch den Abdeck-Wandabschnitt 38 der Kanalwand 3 abgedeckt. Auf diese Weise ergibt sich pro Durchlassschlitz 43 axial beidseits des Abdeck-Wandabschnittes 38 ein unabgedeckter Abschnitt der Schlitzöffnung 44, der mit dem sich anschließenden ersten oder zweiten Kanalabschnitt 2a, 2b kommuniziert, sodass durch den abgedeckten Schlitzquerschnitt des betreffenden Durchlassschlitzes 43 hindurch ein Fluidübertritt zwischen den beiden Kanalabschnitten 2a, 2b stattfinden kann.
-
Der mittels der Strömungsdurchlassstruktur 37 definierbare Strömungsquerschnitt kann über die gewählte Querschnittskontur der Strömungsdurchlassstruktur 37 beeinflusst werden. Dies gilt insbesondere für eine Schlitzstruktur 42, von der eine Strömungsdurchlassstruktur 37 ganz oder teilweise gebildet ist. Exemplarisch sind in 6 anhand der dort abgebildeten Durchlassschlitze 43 verschiedene mögliche Querschnittsformen illustriert, die auch bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 verwirklicht werden können. Obwohl in der Abbildung pro Kanalverschlusskörper 33 Durchlassschlitze 43 mit untereinander verschiedenen Querschnittsformen illustriert sind, wird man in der Praxis vorziehen, pro Kanalverschlusskörper 33 auf gleichartige Querschnittsformen zurückzugreifen. Dennoch ist prinzipiell eine Mischung aus Durchlassschlitzen 43 unterschiedlicher Querschnittsformen möglich.
-
Die 6 zeigt einen keilförmig profilierten Durchlassschlitz 43a, einen mit einem abgerundeten Schlitzgrund 45 versehenen Durchlassschlitz 43b und einen weiteren Durchlassschlitz 43c, dessen Schlitzgrund 45 keilförmig zugespitzt ist. Dass der Durchlassschlitz 43 auch einen rechteckigen Schlitzquerschnitt haben kann, wird durch das Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 illustriert, wobei der Begriff ”rechteckig” selbstverständlich beinhalten soll, dass der Querschnitt im Bereich der an der Mantelfläche 34 liegenden Schlitzöffnung 44 mehr oder weniger stark abgerundet ist.
-
Jeder Kanalverschlusskörper 33 kann entweder unlösbar oder lösbar mit der Drosselklappe 24 verbunden sein. Die lösbare Befestigung hat den Vorteil, dass jederzeit eine Umrüstung des Drosselventils 1 durch Austausch oder Entfernen eines Kanalverschlusskörpers 33 vorgenommen werden kann.
-
Beim Ausführungsbeispiel liegt eine vorteilhafte und bevorzugt lösbare Schraubverbindung 47 zwischen dem mindestens einen Kanalverschlusskörper 33 und der Drosselklappe 24 vor. Zweckmäßigerweise wird mit dieser Schraubverbindung 47 zugleich auch die drehfeste Fixierung des Drosselgliedes 13 an dem zweckmäßigerweise vorhandenen Achskörper 17 bewirkt.
-
Im Zusammenhang mit der Schraubverbindung 47 ist der Kanalverschlusskörper 33 von zwei abgestuften Befestigungslöchern 48 durchsetzt, die insbesondere rechtwinkelig zur Grundfläche 35 ausgerichtet sind und die in der Achsrichtung der Drehachse 15 beabstandet zueinander angeordnet sind. In dem Achskörper 17 sind zwei mit jeweils einem der Befestigungslöcher 48 fluchtende weitere Befestigungslöcher 49 ausgebildet, die den Befestigungsschlitz 32 durchsetzen, wobei die Drosselklappe 24 in ihrem in dem Befestigungsschlitz 32 angeordneten, als Befestigungsabschnitt 53 bezeichenbaren Abschnitt von zwei Gewindebohrungen 54 durchsetzt ist, die jeweils mit einem der Befestigungslöcher 48 und einem der weiteren Befestigungslöcher 49 fluchten. In jedes der Befestigungslöcher 48 des Kanalverschlusskörpers 33 ist eine Befestigungsschraube 55 eingeführt, die durch eines der weiteren Befestigungslöcher 49 hindurch in eine der Gewindebohrungen 54 eingeschraubt ist, sodass alle Komponenten mit Hilfe der Befestigungsschrauben 55 untereinander verspannt sind. Die Befestigungsschrauben 55 haben jeweils einen Schraubenkopf 55a, mit dem sie sich an einer Abstufung 48a im Innern eines Befestigungsloches 48 axial abstützen.
-
Die Befestigungslöcher 48 sind insbesondere so angeordnet, dass sich zwischen ihnen ein Durchlassschlitz 43 erstreckt. Zweckmäßigerweise ist die Schlitzstruktur 42 so ausgebildet, dass jedes Befestigungsloch 48 in der Längsrichtung der Drehachse 15 beidseits von je einem Durchlassschlitz 43 flankiert ist.
-
Anstelle von zwei Befestigungsschrauben 55 kann die Schraubverbindung 47 auch über nur eine Befestigungsschraube verfügen, die dann bevorzugt im Zentrum des Kanalverschlusskörpers 33 platziert ist. Darüber hinaus kann die Schraubverbindung auch auf andere Weise realisiert werden.
-
Eine lösbare Befestigung des Kanalverschlusskörpers 33 bezüglich der Drosselklappe 24 könnte beispielweise auch durch eine lösbare Rastverbindung verwirklicht werden oder durch eine Bajonettverbindung.
-
Bei einer unlösbaren Verbindung ist der Kanalverschlusskörper 33 beispielsweise durch Vernieten und/oder durch Verrasten und/oder durch Verkleben mit der Drosselklappe 24 fest verbunden.
-
Enthält ein Drosselglied 13 zwei Kanalverschlusskörper 33, können diese beiden Kanalverschlusskörper 33 unabhängig voneinander oder auch im Rahmen einer gemeinsamen Verbindung an der Drosselklappe 24 befestigt sein.
-
Das Drosselventil 1 eignet sich zweckmäßigerweise zur Verwendung als Proportionalventil, mit dem sich eine stetige Durchflussregulierung des den Drosselkanal 2 durchströmenden Fluides vornehmen lässt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 9108326 U1 [0002]
- DE 922800 [0003]
- WO 2004/070240 A1 [0004]
