DE1164181B - Ventil - Google Patents

Ventil

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Publication number
DE1164181B
DE1164181B DES65385A DES0065385A DE1164181B DE 1164181 B DE1164181 B DE 1164181B DE S65385 A DES65385 A DE S65385A DE S0065385 A DES0065385 A DE S0065385A DE 1164181 B DE1164181 B DE 1164181B
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DE
Germany
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valve
valve spindle
piece
spindle
forces
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Pending
Application number
DES65385A
Other languages
English (en)
Inventor
Ernst Voegeli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer AG filed Critical Sulzer AG
Publication of DE1164181B publication Critical patent/DE1164181B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44Mechanical actuating means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanically-Actuated Valves (AREA)

Description

  • Ventil Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem durch eine Ventilspindel verstellbaren Ventilverschlußstück und mit Ausgleich der vom durchfließenden Medium auf das Verschlußstück wirkenden Kräfte mittels eines mechanischen Energiespeichers, das insbesondere zur Betätigung durch einen Servomotor, vorzugsweise einen durch einen Verstärker gesteuerten Elektromotor, geeignet ist.
  • Bei großen Ventilen für hohe Drücke ist die Resultierende der vom Medium auf das Verschlußstück ausgeübten Kräfte bisweilen so groß, daß die Beschaffung eines genügend großen Servomotors auf Schwierigkeiten stößt. Besonders dort, wo elektrischer Regelantrieb vorgesehen ist, darf mit Rücksicht auf die verfügbaren Verstärker und Stellmotoren die Ventaraft nicht allzuhohe Werte erreichen. Es ist bekannt, in solchen Fällen die Ventile mit einem hydraulischen Ausgleich zu versehen, der einen Teil der auf das Verschlußstück und auf die Ventilspindel wirkenden Flüssigkeits- oder Gaskräfte kompensiert.
  • Der hydraulische Ausgleich der auf das Verschlußstück und auf die Ventilspindel wirkenden Kräfte hat den Nachteil, daß dabei dynamische Kräfte, mit denen die das Ventil durchfließende Flüssigkeit oder das Gas auf das Verschlußstück wirkt, unberücksichtigt bleiben. Diese Kräfte können jedoch unter Umständen größer sein als die durch den statischen Druck hervorgerufenen Kräfte. Außerdem ist der hydraulische Ausgleich nur unter Annahme eines bestimmten wirksamen Ventilsitzdurchmessers möglich. Ändert sich nach einem Einschleifen oder während der Tätigkeit des Ventils der wirksame Durchmesser des Ventilsitzes, so stimmt der Kräfteausgleich nicht mehr und kann auch nicht mehr korrigiert werden.
  • Es ist an sich bekannt, Federn zur Entlastung von Ventilen zu verwenden. Es ist dabei jedoch nicht eine Anpassung an die nach Ventilstellung veränderliche Kraft möglich. In einem anderen Zusammenhang ist auch die Verwendung von Kurvengetrieben bei Ventilen bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der obengeschilderten Art so auszubilden, daß es eine Vorrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der auf das Ventilverschlußstück vom Durchflußmedium ausgeübten Kräfte in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck des Durchflußmediums aufweist.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zum selbsttätigen Ausgleich der Kräfte in Abhängigkeit vom Druck des durchfließenden Mediums zwischen dem Energiespeicher und der Ventilspindel ein Getriebe angeordnet ist, welches ein über den öffnungsweg des Ventilverschlußstückes veränderliches übersetzungsverhältnis aufweist.
  • Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, F i g. 2 den Schnitt A -A in F i g. 1, Fig. 3 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, Fig. 4 eine Teilansicht des Ventils nach Fig. 3, in entgegengesetzter Richtung betrachtet, F i g. 5 den Verlauf der bei dem Ventil nach den F i g. 3 und 4 auf das Verschlußstück und die Ventilspindel wirkenden Kräfte.
  • In F i g. 1 ist ein Ventilgehäuse 1 an Rohrleitungen 2 und 3 angeschlossen. Im Ventilgehäuse 1 befindet sich ein Ventilsitz 4, welcher mit einem auf einer Ventilspindel 5 befestigten Verschlußstück 6 zusammenwirkt. Die Ventilspindel 5 ist in einer in einem Teil 7 angeordneten Führung 8 verschiebbar und drehbar gelagert. Zwischen den Teilen 7, 8 und dem Ventilgehäuse 1 befinden sich Dichtungen 9. Die Ventilspindel stützt sich außerdem gegen Rollen 10, welche um in einem rohrförmigen Gehäuseoberteil 12 befestigte Achsen 11 (F i g. 2) drehbar sind. Der Teil 12 ist mit dem Ventilgehäuse 1 fest verbunden. Die Ventilspindel 5 trägt an ihrem äußeren Ende eine an deren Umfang angeordnete Rundverzahnung 13, in die die Verzahnung eines durch einen elektrischen Stellmotor 14 angetriebenen Ritzels 15 eingreift. Die Ventilspindel 5 ist mit einem räumlich gekrümmten Kurvenstück 16 versehen, gegen das sich eine Rolle 17 stüW, die auf der Kolbenstange 18 eines in einem Zylinder 19 verschiebbaren, durch eine Feder 20 belasteten Kolbens 21 drehbar gelagert ist. Auf der Ventilspindel 5 ist außerdem mittels Keil 23 und Nut 24 ein Zahnrad 22 verschiebbar gelagert, in welches die Verzahnung 25 einer im Gehäuseoberteil 12 verschiebbaren Stange 26 eingreift. Die Stange 26 ist mit einem in einem Zylinder 27 verschiebbaren Kolben 28 verbunden. Der Kolben 28 steht unter dem Druck einer Feder 29. Außerdem ist der linke Zylinderraum des Zylinders 27 durch eine Rohrleitung 30 n-üt der Rohrleitung 2 des Ventils verbunden und der rechte Zylinderraum durch eine Rohrleitung 31 mit der Rohrleitung 3. Die Kraft der Federn 20 und 29 ist durch entsprechende Verdrehung von den Zylinderboden des betreffenden Zylinders bildenden Gewindeteilen 19 a bzw. 27 a verstellbar.
  • Die Ventilspindel und mit ihr das Verschlußstück werden durch den Elektromotor 14 mittels Ritzel 15 und Verzahnung 13 gehoben oder gesenkt, und dadurch wird das Ventil in öffnendem oder in schließendem Sinne betätigt. Dabei wird die Rolle 17 auf dem Kurvenstück 16 abgerollt, und der mit ihr verbundene Kolben 21 entsprechend der Oberfläche des Kurvenstücks bewegt. Dadurch wird die Feder 20 mehr oder weniger gespannt. Die je nach der Lage der Ventilspindel veränderliche Spannung der Feder 20 ergibt eine entsprechende Komponente in der Richtung der Achse der Ventilspindel, welche sich mit den auf das Verschlußstück und die Ventilspindel wirkenden Kräfte addiert. Durch geeignete Ausführung des durch das Kurvenstück mit Rolle gebildeten Getriebes und der Feder 20 kann diese axiale Komponente derart gewählt werden, daß sie sich mit den auf das Verschlußstück und auf die Ventilspin-del wirkenden Kräften gegenseitig aufhebt. Durch den vor und hinter dem Verschlußstück 6 wirkenden Druck wird der Kolben 28 gegen die Kraft der Feder 29 verstellt, wodurch mit Hilfe der Verzahnung 25 und des Zahnrades 22 die Ventilspindel 5 gedreht wird. Je nach den Druckverhältnissen wird daher die Rolle 17 auf einer anderen Oberflächenlinie des entsprechend ausgebildeten Kurvenstücks abgerollt.
  • Durch geeignete Wahl des Kurvenstücks 16 können beim erfindungsgemäßen Ventil die auf das Verschlußstück und die Ventilspindel wirkende Kräfte derart ausgewogen werden, daß der betätigende Servomotor nur die Reibungskräfte zu überwinden hat. Kleinere, während des Betriebes entstehende Änderungen z. B. des Ventilsitzdurchmessers können einfach durch eine entsprechende Drehung der Ventilspindel 5 mit dem Kurvenstück 6, oder z. B. durch Veränderung der Kraft der Federn 20 bzw. 29 ausgeglichen werden. Änderungen prinzipieller Art, z. B. beim Übertritt von einem gasförmigen auf ein flüssiges Medium, können durch Austausch des Kurvenstückes 16 berücksichtigt werden.
  • In den F i g. 3 und 4 ist eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Durch ein mit Anschlußrohren 51, 52 versehenes Ventilgehäuse 53 ist eine Ventilspindel 54 durchgeführt, die ein Verschlußstück 55 trägt. Zwischen Ventilgehäuse53 und Ventilspindel54 sind in bekannter Weise Dichtungen 56 angeordnet, die durch Überwurfmuttern 57 gegen die abzudichtenden Teile gedrückt werden. Die Ventilspinde154 ist außerhalb des Ventilgehäuses 53 mit einer Gabel 58 versehen, in die über einen Bolzen 59 eine Stange 60 eingreift. Am anderen Ende der Stange 60 greift über einen Bolzen 61 der Arm 62 eines mit einer Welle 63 fest verbundenen Hebels -in. Die Welle 63 ist in einem mit dem Ventilgehäuse 53 fest verbundenen Teil 64 drehbar gelagert. Auf der Welle 63 ist ein Hebel 65 befestigt, dessen Ende über eine Stange 66 und Bolzen 67 mit einem an der Welle 68 eines elektrischen Stellmotors 69 befestigtem Hebel 70 verbunden ist. Der Stellmotor 69 ist auf dem Teil 64 befestigt. Die F i g. 4 stellt eine Teilansicht der Einrichtung nach der F i g. 3, in entgegengesetzter Richtung betrachtet, dar. Auf der Welle 63 ist ein Hebel 71 befestigt, welcher über eine Stange 72 und Bolzen 73, 74 mit einem Hebel 75 verbunden ist. Der Hebel 75 ist an einem Ende einer Torsionsfeder 76 angeordnet, deren anderes Ende im Teil 64 mittels einer Kerbverzahnung gegen Drehung gesichert befestigt ist.
  • Die Stellung der Ventilspindel in den F i g. 3 und 4 entspricht dem Ventil in geschlossener Stellung. Wird nun durch den Stellmotor 69 der Hebel 70 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles gedreht, so werden dadurch die Hebel 60, 65 im Uhrzeigersinne gedreht, und die Ventilspindel 54 in der Figur gehoben, d. h. im öffnenden Sinne verstellt. Gleichzeitig wird durch diese Bewegung durch den Hebel 71 und die Stange 72 der Hebel 75 ebenfalls im Uhrzeigersinne gedreht. Dadurch wird die Torsionsfeder 76, die unter Vorspannung steht, entlastet. Bei einer entgegengesetzten Drehbewegung des Stellmotors 69 wird die Ventilspindel in schließendem Sinne betätigt und gleichzeitig die Torsionsfeder 76 gespannt.
  • In F i g. 5 ist der Verlauf der auf die Ventilspindel wirkenden Kräfte dargestellt. Die Linie A zeigt den Verlauf der vom das Ventil durchfließenden Medium verursachten statischen und dynamischen Kräfte bei in Pfeilrichtung durchfließendem Medium. Die Linie B zeigt den Verlauf der von der Feder stammenden, mit Hilfe des durch die Hebel 75, 71, 62 und die Stangen 72 und 60 gebildeten Getriebes übersetzten Kraft. Die Linie C stellt die vom Stellmotoi stammende Kraft, übersetzt durch das durch die Hebel 60, 62 und die Stangen 66 und 60 gebildete Getriebe, dar. Die Linie B-C zeigt den Verlauf der jeweiligen Summe der von der Feder und vom Stellmotor stammenden Kräfte. Zum bequemen Vergleich der Größe der einzelnen Kräfte ist außerdem die Linie A spiegelbildlich zu ihrem eigentlichen Verlauf in den oberen Teil des Diagramms eingezeichnet und mit A' bezeichnet worden.
  • Bei der Ausführung nach den F i g. 3 und 4 wird nicht, obwohl dies grundsätzlich möglich wäre, ein weitgehender Ausgleich der vom Medium und von der Feder auf die Ventilspindel wirkenden Kräfte angestrebt. Wie aus dem Diagramm in F i g. 5 ersichtlich ist, ist die von der Feder stammende Kraft derart gewählt, daß sie im ganzen Bereich der Stellungen des Ventilskörpers ungefähr halb so groß ist wie die auf die Ventilspindel vom Medium wirkenden Kräfte. Die vom Stellmotor stammende Kraft wird dabei so gewählt und übersetzt, daß diese jeweils um einen kleinen Betrag größer ist als die von der Feder stammende Kraft. Steht das Ventil nun unter Druck und wird es vom Medium durchflossen, so summieren sich beide Kräfte, die von der Feder und die vom Stellmotor stammende, und reichen zusammen zur überwindung der vom Medium stammenden Kraft aus. Steht das Ventil dagegen nicht unter Druck, so muß der Stellmotor einzig die Federkraft überwinden und ist, wie vorher gesagt worden, derart dimensioniert, daß er dazu eben ausreicht. Änderungen des Arbeitsdruckes oder des wirksamen Ventilsitzdurchmessers können bei dieser Ausführung einfach durch Änderung der Vorspannung der Torsionsfeder, z. B. durch deren Versetzung in der Kerbverzahnung, berücksichtigt werden.
  • Bei der Ausführung nach F i g. 1 braucht die VersteRung des Kurvenstücks nicht durch die Druckdifferenz vor und hinter dem Verschlußstück stattzufinden, sondern diese kann auch durch andere Vorgänge, die mit der durch das Ventil durchfließenden Menge in Zusammenhang stehen, erfolgen. So kann z. B. bei einem in einer Kesselanlage angeordneten Ventil die Verstellung des Kurvenstücks durch ein lastabhängiges Signal erfolgen. Die Verstellung kann aber auch bei Anlagen, welche einen im vorausbestimmten zeitlichen Verlauf verfolgen, zeitabhängig gemacht werden, so z. B. beim automatischen Anfahrvorgang einer Kesselanlage.

Claims (3)

  1. Patentanspräche: 1. Ventil mit einem durch eine Ventilspindel verstellbaren Ventilverschlußstück und mit Ausgleich der vom durchfließenden Medium auf das Verschlußstück wirkenden Kräfte mittels eines mechanischen Energiespeichers, d a d u r c h g e - kennzeichnet, daß zum selbsttätigen Ausgleich der Kräfte in Abhängigkeit vom Druck des durchfließenden Mediums zwischen dem Energiespeicher und der Ventilspindel (5) ein Getriebe angeordnet ist, welches ein über den Öffnungsweg des Ventilverschlußstückes (6) veränderliches übersetzungsverhältnis aufweist.
  2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasGetriebeeinräumlichgekrümmtes Kurvenstück (16) enthält. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (16) mit der Ventilspindel (5) und der Energiespeicher in Form einer Feder(20) mit dem Gehäuseoberteil(12) verbunden ist und über eine Rohe (17) auf das Kurvenstück einwirkt, wobei zur Einstellung der jeweiligen Bahn für die Rolle das Kurvenstück mit der Ventilspindel durch eine abhängig vom Druck des Durchflußmediums auf diese einwirkende Einrichtung (22 bis 31) gedreht wird. 4, Ventil nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher durch eine Torsionsfeder (76) gebildet ist und das Getriebe aus einem auf dem beweglichen Ende der Torsionsfeder aufgesetzten Hebel (75), einem mit der Ventilspindel (5) beweglichen Hebel (62, 65, 71) und einer die beiden Hebel verbindenden Stange (72) besteht.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 147 203, 686 164; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1702 495; USA.-Patentschriften Nr. 2 666 452, 2 826 215.
DES65385A 1959-10-03 1959-10-09 Ventil Pending DE1164181B (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE147203C (de) *
DE686164C (de) * 1935-08-10 1940-01-04 I G Farbenindustrie Akt Ges Gewichts- oder federbelastetes Ventil fuer hohen Druck
US2666452A (en) * 1951-12-29 1954-01-19 Gen Electric Valve actuating mechanism
DE1702495U (de) * 1955-04-20 1955-07-14 Kurt Ehmann Druckentlastetes ventil, insbesondere fuer kompressoranlagen.
US2826215A (en) * 1954-04-21 1958-03-11 Alco Valve Co Balanced pressure solenoid valve

Patent Citations (5)

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