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Absperr- und Regelvorrichtung mit einer Halbkugel als Verschlußstück
Die Erfindung bezieht sich auf eine Absperr- und Regelvorrichtung mit einer Halbkugel
als Verschlußstück.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ventils mit einer Halbkugel
als Verschlußstück, das es gestattet, die Durchflußmenge von kleinsten Werten an
über einen größeren Bereich zu regeln.
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Zur Regelung kleinster Durchflußmengen ist die Verwendung von Ventilen
mit einer Halbkugel als Verschlußstück bereits bekannt. Weiter ist zur Regelung
kleiner Durchflußmengen die Verwendung von Ventilen mit einer Nadel bekannt. Nadeln
haben jedoch den Nachteil, daß sie nur schlecht vollkommen abdichten und daß beim
Abdichten stets die Gefahr "gesteht, daß sich die Nadeln verklemmen. Mit :den Halbkugeln
ist dagegen eine vollkommene Abdichtung leicht möglich. Bei diesen Ventilen wird
das Abdichten dadurch erreicht, -daß die ebene Fläche der Halbkugel auf eine die
Ventilöffnung aufweisende gleichfalls ebene Sitzfläche gepreßt wird. Da die Halbkugel
kippbar gelagert ist, stellt sich beim Abdichten ihre ebene Fläche ohne größeren
Kraftaufwand parallel zu der die Ventilöffnung aufweisenden ebenen Sitzfläche ein,
so,daß die beiden ebenen: Flächen über einen ausgedehnten Bereich rings um @die
Ventilöffnung in inniger Berührung stehen und eine vollständige Abdichtung bewirken.
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Bei Ventilen mit Halbkugel wird die Durchflußmenge bei kleinen Hüben
durch eine Querschnittsfläche begrenzt, die gleich' dem Produkt aus Umfangslänge
der Ventilöffnung und Hubhöhe ist.
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Wenn die Hubhöhe in der Größenordnung des Durchmessers der Ventilöffnung
liegt, hat die Stellung der Halbkugel keinen merklichen Einflluß mehr auf die Durohflußmenge.
Bei diesen großen Hubhöhen ist die Durchflußmenge des Ventils nur durch die Größe
der! Ventilöffnung bestimmt.
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Ventile mit Halbkugel haben daher einen sehr begrenzten Regelbereich
und zeigen eine ganz charakteristische Abhängigkeit der Durchflußmenge von der Hubhöhe,
die durch konstruktive Maßnahmen nicht wesentlich verändert werden kann.
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Eine. Regelung der Durchflußmenge über einen größeren Bereich wird
bei der A'bsperr- und Regelvorrichtung nach der Erfindung dadurch erzielt, daß eine
Halbkugel mit einer an der ebenen Sitzfläche der Halbkugel in kraftschlüssiger Anlage
gehaltenen, an sich bekannten, durch die Ventilöffnung hindurchragenden Nadel mit
sich über die Länge änderndem Querschnitt kombiniert ist.
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Bei der Kombination nach der Erfindung hängt der von .der Absperr-
und Regelvorrichtung freigegebene Querschnitt vom Querschnitt -der durch die Ventilöffnung
ragenden Nadel ab, so daß die Durchflußmenge der Absperr- und Regelvorrichtung auch
bei größeren Hubhöhen, bei denen die Halbkugel keinen Einfluß auf die Regelung mehr
hat, regelbar ist. Die Konstruktion nach der Erfindung ermöglicht ferner eine beliebige
Veränderung der Durchflußcharakteristikdurch Verwendung :einer Nadel mit einem sich
über die Länge in geeigneter Weise änderndem Querschnitt.
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Es ist bereits ein Ventil mit einem Verschlußstück und einem Drosselkörper
bekannt. Bei diesem bekannten Ventil wirkt aber nur der Drosselkörper Tals Regelglied,
während das Verschlußstück mit kegelförmig ausgebildeter Sitzfläche nur zur Abdichtung
des Ventils dient; unid da sich kegelförmig ausgebildete Sitzflächen nicht mit so
hoher Präzision wie ebene Sitzflächen herstellen lassen, gestatten Ventile, deren
Verschlußstücke mit kegelförmig ausgebilld'eten Sitzflächen versehen sind, keine
Regelung kleinster Durchflußmengen und ergeben insbesondere bei Hubhöhen von 1 biss
3 1, keine genaue Regelung der Durchflußmenge.
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Vorzugsweise wird bei der Absperr- und Regel-@orrichtung gemäß der
Erfindung,die Nadel wenigstens teilweise durch das die Ventilöffnung passierende
Strömungsmittel in kraftschlüssiger Anliage an der Halbkugel gehalten. Bei einer
abgeänderten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Absperr- und Regelvorrichtung
wird die Nadel wenigstens teilweise durch eine Feder in kraftschlüssiger Anlage
an Ader Halbkugel gehalten.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt
einen Schiritt. -jureh .eine Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Absperr- und
Regelvorrichtung in der geschlossenen Stellung; Fig. 2 zeigt im Schnitt die Absperr-
und Regelvorrichtung nach Fig. 1 in einer mittleren Betriebsstellung; Fig.3 zeigt
die Absperr- und Regelvorrichtung nach Fig. 1 und 2 in einer Stellung innerhalb
des er-@veiterten Regelbereichs; Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform -der
erfindungsgemäßen Absperr- und Regelvorrichtung.
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Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Absperr- und Regelvorrichtung umfaßt
ein Gehäuse 10, Idas eine mit der flachen Seite einer Halbkugel 13 zusammenwirkende
ebene Sitzfläche 11 aufweist, in der eine zentrale Öffnung 12 vorgesehen; ist. Der
konvexe Teil der Halbkugel 13 liegt in einer an einem Betätigungsglied 15 ausgebildeten
konkaven Aussparung 14. Das Gehäuse 10 umfaßt ferner eine mit einer Zuleitung 17
im Verbindung stehende Einlaßkammer 16 und eine an eine Austrittsleitung 19 angeschlossene
Auslaßkammer 18. Mit der Unterseite der Öffnung 12 steht eine Kammer 20 in Verbindung,
die ihrerseits über eine eingeschnürte Öffnung 21 mit --der Einlaßkammer 16 verbunden
ist. Durch eine Wand 22, die -die Kammern 16 und 20 voneinander trennt, erstreckt
sich eine mit der Öffnung 12 fluchtende Führungsbohrung 23. In der Öffnung 12 und
der Führungsbohrung 23 ist eine Nadel 24 angeordnet,# die durch: den Strömungsmitteldruck
in -der Einlaßkammer 16 gegen die fluche Seite der Halbkugel gedrückt wird. Wie
bei 25 angkeutet, ändert sich der Querschnitt der Nadel 24 über deren Länge. -Die
Absperr- und Regelvorrichtung n_ ach Fig. 1 bis 3 arbeitet wie folgt: Wenn das Betätigungsglied
15_seine tiefste Stellung einnimmt, in der das Ventil geschlossen ist, wird
die Flachseite der Halbkugel 13 gegen die ebene Sitzfläche 11 -gedrückt, wobei die
Halbkugel in der Aussparung 14 ungehindert kippen kann, so daß sie in innige Berührung
mit der Sitzfläche treten kann, damit aus der Kammer 20 kein Strömungsmittel durch
@die, Öffnung 12 in die Auslaßkammer 18 hinein: entweichen kann. Wenn das Betätigungsglied
15 etwas angehoben wird (Fig. 2), und zwar innerhalb desjenigen Bereichs, der sich
von--ider vollständig geschlossenen Stellung nach 'Fig. 1 bis zu demjenigen Punkte
erstreckt, -an :dem das Produkt aus dem Ventilverschlußstückshub und der Umfangslänge
@deg zwischen der Öffnung 12 und -der Nadel 24 vorhandenen Durchtrittsquerschnitts
annähernd gleich der Gesamtquerschnittsfläehe dieses freien Strömungskanals -ist,
durch den das Strömungsmittel aus der Kammer 20 in die Auslaßkammer 18 hinein entweichen
kann, richtet sich der freie Durchtrittsquerschnitt-und damit die Durchflußmenge
für das entweichende Strömungsmittel sowohl nach dem Hub,der Halbkugel 13 jals auch
nach dem Querschnitt, den die Nadel 24 an der Stelle aufweist, an, der sie aus der
Öffnung 12 herausragt. Wenn das Betätigungsglied 15 weiter gehoben wird, id. h.
über den, genannten Bereich hinaus, wie -es in Fig. 3 ,gezeigt ist, hat die Stellung
der Halbkugel 13 keinen merklichen Einfluß mehr auf die Strömung durch die Öffnung
12, und die Durchflußmenge wird nunmehr allein durch den Querschnitt der Nadel 24
an derjenigen Stelle, an der sie aus der Öffnung 12 herausragt, bestimmt. Man erkennt
somit, d@aß die Querschnittsfläche 'der Nadel die Strömung durch die Absperr- und
Regelvorrichtung in sämtlichen Stellungen ,des Betätigungsgliedes mit beeinflußt,
während durch @die Halbkugel die Strömung lediglich in dem erwähnten Bereich beeinflußt
wird. Die Querschnittsänderungen der Nadel können auf beliebige geeignete Weise
erfolgen, und es ist zweckmäßig, daß man gemäß Fig. 1 bis 3 Teile einer zylindrischen
Nadel wegschneidet, um an der Nadel eine geneigt verlaufende ebene, Fläche -auszubilden,
wie es bei 25 angedeutet ist. Natürlich kann man die Querschnittsänderungen :auch
auf andere Weise herbeiführen, z. B. daidurch, daß mian der Nadel eine spitz zulaufende
komische Form gibt.
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Bei der Konstruktion nach Fig. 1 bis 3 verhindert -die Führungsbohrung
23 ein Kippen der Nadel, wenn sich ein einen verringerten Querschnitt aufweisender
Abschnitt der Nadel in der Öffnung 12 befindet.
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Durch geeignete Wahl der Größe der eingeschnürten Öffnung 21 kann
man die Durchflußchanakteristik der A#bsperr- und Regelvorrichtung im geöffneten
Zustand weiter modifizieren.
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Die in Fig. 4 veranschaulichte Konstruktion zeigt gewisse Abänderungen.
Erstens ist keine der Öffnung 21 in Fig. 1 bis 3 entsprechende eingeschnürte Öffnung
vorhanden, -so daß die Kammer 20 bei sämtlndhen Strö@mungsgeschwindigkeiten praktisch
dem gleichen Druck ausgesetzt ist wie die Einlaßkammer 16. Die zweite Abänderung
besteht darin, daß die Nadel 30 in Richtung auf die Halbkugel 13 durch eine Feder
31 vorgespannt ist, um zu gewährleisten, 'daß die Nadel auch sehr schnellen! Bewegungen
der Halbkugel genau folgt.