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Stopfbüchsloses Feinregulier- und Absperrventil für Hochdruck Es ist
bekannt, die Ventilstopfbüchse durch Membranen oder besser durch Faltenbälge zu
ersetzen, wobei letztere für kaum mehr als 100 atü benutzbar sind. Weiterhin sind
stopfbüchslose Ventile bekannt, deren in einem unmagnetischen Gehäuse befindliches
längsbewegliches Abschlußorgan durch die magnetische Wirkung eines Solenoides, geöffnet
wird und durch sein Gewicht schließt (deutsche Patentschrift 660 750, schweizerische
Patentschrift 214 .682) oder wobei die abschließende kleine Schwerkraft durch Kniehebelwirkung
verstärkt wird (USA.-Patentschrift 2 037 844). Ein durch Keilwirkung verstärkter
Ventilabschluß, wobei der Keil im geschlossenen Gehäuse durch Solenoide betätigt
wird, wurde auch schon benutzt (britische Patentschrift 578 779). Für ein Vakuumventil
mit geschlossenem Glasgehäuse wurde vorgeschlagen, das Abschlußorgan an einem sich
auf und abschraubenden WirbeIstromanker zu befestigen, der durch ein außerhalb des
Gehäuses angeordnetes Drehfeld betrieben wird (deutsche Patentschrift
831179). Ein Ersatz des Glasgehäuses durch ein unmagnetisches Metallgehäuse
für höhere Drücke wäre hierbei wegen der erfahrungsgemäßen starken Erhitzung durch
Wirbelströme nicht möglich. Schließlich wurden auch schon Dauermagnete benutzt,
die durch eine geschlossene unmagnetische Wandung das mit einem zweiten Dauermagneten
ausgerüstete längsbewegliche Abschlußorgan durch jeweils eine halbe Umdrehung des
äußeren Magneten anziehen und öffnen oder. abstoßen und schließen (deutsche Auslegeschrift
1041755) oder in anderen Fällen durch Annähern und Entfernen der ungleichnamigen
Pole des äußeren Magneten den inneren Magneten aus seiner labilen Lage bringen und
das Ventil steuern (britische Patentschrift 653 747).
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Alle derartigen Ventilbauarten vermögen nur geringe Abschlußkräfte
aufzubringen" bei durch Schwerkraft betätigtem Abschlußorgan ist nur eine Einbaustellung
möglich, bei Solenoidbetätigung ist elektrischer Strom erforderlich, und bei direkter
Betätigung durch Dauermagnete reicht die Abschlußkraft nur für geringe Drücke aus.
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Aufgabe der Erfindung -ist es, an einem bisher in beliebiger Einbaustellung
bewährten Feinregulier-und Absperrventil für hohe Drücke z. B.. um 1000 atü bei
Vermeidung der Stopfbüchse die. VentiiIspindel stromlos indirekt von Hand in etwa
dem gleichen Zeitraum zu betätigen, wobei die Einstellung der VentilspindeI beim
öffnen und Schließen des Ventils und gegebenenfalls ihre Drehrichtung äußerlich
erkannbar sein soll.
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Die Lösung der Aufgabe bei einem stopfbüchslosen Feinregulier- und
Absperrventil für Hochdruck, dessen indirekte Betätigung von Hand mittels dauermagnetischer
Drehkraftübertragung durch eine geschlossene unmagnetischeWandung erfolgt, ist dadurch
gekennzeichnet, daß die mit Gewinde versehene drehbare Ventilspindel durch eine
Konuskupplung wechselweise sowohl mit einem im Druckgehäuse untergebrachten mechanischen
mehrgIiedrigen Kraftverstärker, bestehend aus an sich bekannten Einzelgliedern Wie
z. B. Schneckentrieben, Zahnradtrieben u. dgl., als auch mit einem ebenfalls im
Druckgehäuse. angeordneten, aus an sich bekannten Gewindeelementen mit größerer
Steigung bestehenden Eilgang selbsttätig mechanisch gekuppelt wird derart, daß der
langsam arbeitende Kraftverstärker nur während des restlichen Schließens und anfänglichen
öffnens. des VentiIs eingeschaltet bleibt und wobei die jeweilige Einstellung der
Ventilspindel und ihre Drehrichtung durch eine dauermagnetisch betätigte mechanische
Anzeigeein.richtung am Ventil äußerlich sichtbar gemacht wird.
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Die Gestaltung und Arbeitsweise eines derartigen Ventils, wird nachstehend
an Hand der A b b.1 bis 4 erläutert.
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_ Das in A b b.1 dargestellte Ventil hat eine Ventilspindel 1, deren
unteres Ende entweder für den Sitz eines Absperrventils im Gehäuse 2,. wie, linksseitig
gezeichnet,, oder für den Sitz eines Feinregulierventils im Gehäuse 3, wie rechtsseitig
gezeichnet,, ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 oder 3 ist mit einem entsprechend
ausgebildeten Gehäuseteil 4 dicht verschraubt, und dieser ist in ein Gehäuse 5 eisigeschraubt
und durch die Dichtung 6 abgedichtet.
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Die Ventilspindel 1 ist mit dem verhältnismäßig feinen Gewinde 7 im
Teil 8 des Eilganges drehbar gelagert
und durch den Konus 9 über
den .Gegenkonus 10 mit dem Eilgang gekuppelt, wobei die Feder 11 ein vorzeitiges
Lösen der Kupplung infolge Gewindereibung im Eilgang verhindert. Die starre Verbindung
der Teile 8 und 10 kann durch Kopfstifte 12, die.von einem Spannring 13 gehalten
werden, erfolgen. Zum Eilgang gehört -noch die Gewindemutter 14, in die der Teil
8 eingeschraubt ist und die durch einen Stift 15 gleichzeitig mit der Scheibe 16
gegen .ein Verdrehen gesichert ist. Eine Längsbewegung der Mutter 14 wird durch
einen übergreifenden Ring 17 und Sprengring 18 verhindert. Ein Stift 19 verhindert
eine Drehung des Ringes 17 ebenso wie der Stift 15 bezüglich der Scheibe 16, damit
das Druckmedium durch Kanäle 20, 20' alle Innenräume des Ventils mit jeweils gleichmäßigem
Druck versorgen kann. Dem gleichen Zweck dient auch die Bohrung 21 im Teil B. Das
Gewinde zur Erzielung eines Eilganges von Teil 8 und damit der Ventilspindel 1 ist
als Trapezgewinde dargestellt, aber statt dessen kann jede andere Gewindeart, wie
Sagengewinde, Rundgewinde oder ein Spitzgewinde und auch ein mehrgängiges Gewinde,
brauchbar sein. Wesentlich ist,-daß erfindungsgemäß das Eilganggewinde- Selbsthemmung
hat, d. h., die Ganghöhe bzw. Gewindesteigung muß in Abhängigkeit vom größten Druck
auf die Ventilspindel beim Schließen des Ventils bemessen und ein selbsttätiger
Rücklauf des Eilganggewindes verhindert werden. Die Hubhöhe des - Eilganges wird
kurz vor Ventilschluß durch Anschlag an die Scheibe 16 und beim öffnen des Ventils
durch Anschlag an die Scheibe 222 begrenzt. Letztere wird durch einen Sprengring
23 im Gehäuse 4 gehalten und hat Druckausgleichslöcher.
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Als Kraftverstärker ist hier- ein Schneckengetriebe gewählt, das aus
dem Schneckenrad 24 und der Schnecke 25 besteht. Die Ventilspindel 1 ist mittels
eines Vierkants 26 längsbeweglich im Schneckenrad 24 gelagert, und das Schneckenrad
wird im Gehäuse 5 durch eine wegen des Druckausgleichs gelochte Scheibe 27 und durch
einen Sprengring 28 gehalten.
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Die Schnecke 25 ist auf dem Ende einer Welle 29 befestigt (A b b.
2) und in den beiden Lagern 30 und 31 drehbar im Gehäuse 5 gelagert. Das andere
Ende der Welle 29 trägt die Innenteile 32 und 33 von zwei dauermagnetischen Drehkraftübertragungen
und ist nochmals in dem geschlossenen Ende des ummagnetischen Gehäuse 34 gelagert,
das. druckdicht mit dem Gehäuse 5 verschraubt ist. Den Innenteilen 32 und 33 der
Drehkraftübertragungen gegenüber sind die durch die drucktragende Wandung. des urmagnetischen
Gehäuse 34 getrennten Außenteile 35 und 36 der dauermagnetischen Drehkraftübertragungen
in einem Gehäuse 37 angeordnet. Das Gehäuse 37 ist mittels eines Laufringes 38 und
auf dem Endzapfen des ummagnetischen Gehäuses 34 drehbar gelagert und durch einen
mit Stift gesicherten Ring 39 gehalten. Beim Drehen des Gehäuses 37 von Hand kann
durch eine Kurbel 40 eine gleichmäßigere Bewegung erzielt werden.
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Der Einstellzustand und die Bewegung der Ventilspindel l kann durch
eine weitere dauermagnetische Drehkraftübertragung, deren Innenteil 41 am Spindelende
angebracht ist und durch das ummagnetische, in das Gehäuse 5 eingeschraubte Gehäuse
42 den äußeren Teil 43 mitnimmt, -angezeigt werden. Der Drehkraftübertragungsteil
43 sitzt in einer mit einem Zeiger 44 versehenen Büchse 45, die sich gemeinsam mit
einer auf der Spitze 46 gelagerten Glocke 47 dreht, sobald die Ventilspindel l gedreht
wird. Die Büchse 45 mit dem Teil 43 wird von einer nachgiebigen Feder 48 getragen,
damit auch eine Längsbewegung der Ventilspinden durch: .die -dauermagnetischen Drehkraftübertragungsteile
41 und 43 auf die Büchse 45 übertragen und "am Heben und Senken dieser Büchse-
und des Zeigers 44 sichtbar wird. Eine Lagerung 49 mit Druckausgleichskanal 50 dient
als zusätzliche Spindelführung. Eine durchsichtige Kunststoffhaube 51 schützt die
Anzeigeeinrichtung gegen störende Einflüsse.
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Die Arbeitsweise des Ventils ist folgende: Um das in A b b. 1 und
2 im voll geöffneten Zustand dargestellte Ventil zu schließen, wird das Gehäuse
37 bzw. die damit verbundene Kurbel 40 im Uhrzeigersinn gedreht. Dadurch werden
über.die dauermagnetischen Drehkraftübertragungsteile 35-32 und 36-33 die
im unmagnetischen Gehäuse 34 befindliche Welle 29 und die rechtsgängige Schnecke
25 im gleichen Sinne in Drehung versetzt und ebenso, aber mit entsprechend verringerter
Drehzahl, das Schneckenrad 24. Dieses versetzt mittels des Vierkants 26 dann über
die Teile 9 und 10 einer Konuskupplung den Teil 8 des Eilganges in Drehung, bis-
er nach beispielsweise einer teilweisen oder vollen Umdrehung an der Scheibe 16
zum Stillstand kommt. Damit hat aber auch die Ventilspindel 1 den größten Teil ihres
Hubes zurückgelegt und steht kurz vor dem endgültigen Schließen, wofür, dann die
volle Kraft benötigt wird. Bei einer weiteren Teilumdrehung des Schneckenrades 24
werden die geringen Reibungskräfte, die zur Mitnahme des Eilganges durch den =Konus
9 erforderlich waren, überwunden, und die Ventilspindel wird vom Schnekkenrad 24
nunmehr mit ihrem feinen Gewinde 7 mit einer dem Druck entsprechend steigenden Kraft
auf den Ventilsitz in einem Gehäuse 2 oder 3 geschraubt. Währenddessen hat sich
der Konus 9 entsprechend etwas weiter vom Gegenkonus 10 abgehoben, ein selbsttätiges
Rückdrehen der Ventilspindel ist bei deren feinem Gewinde 7 und durch die Selbsthemmung
im Eilganggewinde ausgeschlossen.
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Gegen Zerstörung durch zu starkes Zuschrauben, wie es bei Hochdruckventilen
mit Stopfbüchsen vorkommt, weil mitunter das Gefühl für die Schließkraft durch die
große Stopfbüchsenreibung verlorengeht, bietet eine dauermagnetische Drehkraftübertragung
einen sicheren Schutz.
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Die in dem völlig geschlossenen Druckraum nicht sichtbaren Drehungen
und das gleichzeitige Senken der Ventilspindel l können von außen an einem mit den.
dauermagnetischen Drehkraftübertragungsteilen 41 und 43 sich drehenden und gleichzeitig
absinkenden Zeiger 44 beobachtet werden.
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Soll das Ventil: geöffnet werden, dann wird das Gehäuse 37 bzw. die
Kurbel 40 entgegen dem Uhrzeigersinn. gedreht und mittels des Schneckentriebes 25,
24 die Ventilspindel 1 aus ihrem Sitz im Gehäuse 2 .oder 3 geschraubt, bis die Teile
9- und 10 der Konuskupplung im Eingriff sind und dadurch über den Teil 8 der Eilgang
eingeschaltet ist. Erfahrunsggemäß kann die zum Öffnen anfänglich benötigte Kraft
größer sein als die zum Schließen erforderliche, was durch lange Ruhezeiten eines
geschlossenen Ventils und andere Umstände verursacht wird. Hierbei ergibt sich aus
dem bei Schneckentrieben und anderen Getrieben meist auftretenden toten Gang der
Vorteil, daß die Teile 32 *und 33 als Schwungmasse beim anfänglichen Leerlauf ein
Kraftmoment speichern,
das bei der dauermagnetischen Drehkraftübertragung
zusätzlich wirksam wird. In diesem Sinne kann auch noch eine weitere Schwungmasse
auf der Schneckenwelle 29 angebracht werden.
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Beim Öffnen des Ventils, z. B. im drucklosen Zustand, kann es gleichgültig
sein, ob sich die Ventilspindel 1 zunächst mit ihrem feinen Gewinde hochschraubt,
bis der Konus 9 im Gegenkonus 10 eingegriffen hat; und dann der Teil 8 des Eilganges
in die obere Endlage geschraubt wird, oder ob sie schon anfangs durch den Eilgang
nach oben geschraubt wird, bis der Gegenkonus 10 an die Scheibe 22 stößt, und dann
erst durch das Gewinde 7 sich nach oben windet, bis der Konus 9 in dem Gegenkonus
10 anliegt.
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Der CSffnungsvorgang des Ventils kann durch Vermittlung der dauermagnetischen
Drehkraftübertragungsteile 41 und 43 an den Drehungen des Zeigers 44 und dessen
gleichzeitiger Aufwärtsbewegung beobachtet werden.
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Durch die Anzeigeeinrichtung läßt sich jederzeit kontrollieren, ob
ein solches Ventil offen oder geschlossen ist oder ob es sich in einem Zwischenzustand
befindet.
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Die Anzeigeeinrichtung läßt sich dahingehend ausbilden, daß bei einer
Ventileinstellung zwischen »Offen« und »Zu« die vollzogene bzw. beabsichtigte Drehrichtung
an der Ventilspindel erkennbar ist, wie aus A b b. 3 und 4 hervorgeht. Die bisher
nach A b b. 1 beschriebenen Teile sind mit den gleichen Zahlen gekennzeichnet. Die
Drehrichtung wird von einem am Zeiger 44 mittels Kette oder Faden 52 befestigten
Schleppzeiger 53 angezeigt, der auf einer zweckmäßig konischen Scheibe 54 gleitet.
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Die dargestellte Ausführung eines solchen Ventils ist nur eine der
verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten. Durch Verwendung eines anderen Kraftverstärkers,
z. B. eines mehrfachen Planetengetriebes, lassen sich alle Bauteile auf einer gemeinsamen
Mittelachse anordnen. Die aufgezeigten Vorteile, wie Unabhängigkeit vom Stromnetz
bzw. vom Stromausfall, absoluter Explosionsschutz, Sicherung gegen Zerstörung des
Abschlußorgans durch überbeanspruchung mittels berührungsloser dauermagnetischer
Drehkraftübertragung, die Ersparnis mehrerer hundert bzw. tausend Umdrehungen durch
Eilgang und die indirekte Anzeige der Spindeleinstellung, sind auch bei abgeänderter
Bauweise zu erzielen.