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Ventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere Expansionsventil
für Kälteanlagen, in dessen Gehäuseinnenraum ein einen oder mehrere Ventilsitze
tragender hohler Einsatz eingeführt ist, der am Gehäuse befestigt ist und unter
Zwischenlage von Dichtungen anliegt, von denen die eine (Außendichtung) den Gehäuseinnenraum
nach außen und die andere (Trenndichtung) die Räume vor und hinter dem Ventilsitz
gegeneinander abdichtet.
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BeieinerbekanntenAusführungsformwarenAußendichtung und Trenndichtung
koaxial zueinander und zu der Mittelachse des Einsatzes angeordnet; sie wurden vom
Einsatz gegen parallele, gehäusefeste Flächen gedrückt. Dies ergibt aber eine sehr
unregelmäßige Ventilgehäuseform und einen sehr komplizierten Strömungsweg. Der Einsatz
ist nicht ohne weiteres austauschbar. Besonders schwerwiegend ist es, daß der Einsatz
sieh an zwei axial gegeneinander versetzten Stellen auf dem Gehäuse abstützt und
daher beim Festspannen oder bei Wärmedehnungen eine Stauchung erfahren kann, durch
die der Ab-
stand zwischen den beiden Ventilsitzen geändert wird, was zu schweren
'Betriebsstörungen führen kann. Zu- und Abflußkanal sind in der Höhe gegeneinander
versetzt. Einen ähnlichen Aufbau weisen auch verschiedene andere bekannte Ventile
oder Schieber auf.
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Bei einer anderen bekannten Ausführungsform wird die Trenndichtung
durch zwei axial gegeneinander versetzte O-Ringe am Einsatz gebildet, die gegen
die Umfangswand einer zylindrischen Bohrung anliegen. Die Bohrung befindet sich
in einer gehäusefesten Brücke, die dort, wo der Zu- bzw. Abflußkanal in den Gehäuseinnenraum
mündet, vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung ergibt sich wiederum eine sehr komplizierte,
nur durch Schmieden oder Gießen, aber nicht durch Drehen herstellbare Gehäuseform.
Außerdem können die Dichtungen beim Einschieben in die Bohrung zerschnitten werden.
Nicht zuletzt benötigt man statt eines Dichtungsringes zwei derartige Ringe.
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Es ist auch ein Rückschlag-Klappenventil bekannt, bei dem der Ventilsitz
an einem Einsatz ausgebildet ist, der an einer auch die Mündung der Zuleitung aufweisenden
Seitenwand des Gehäuses unter Zwischenlage einer diese Mündung umgebenden Ringdichtung
festgehalten ist. Das Gehäuse besitzt einen vom Einsatz unabhängigen Deckel, dessen
Abdichtebene senkrecht zur Ebene der erwähnten RingdichtunsZ steht.
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Iier Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs
beschriebenen Art anzugeben, das sehr viel einfacher aufgebaut und hergestellt werden
kann als die bekannten Ventile und bei dem die Wärmedehnung keine Schäden hervorrufen
kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Achsen
der beiden Ringdichtungen aufeinander senkrecht stehen und die eine Ringdichtung
im Bereich der einander zugekehrten Mündungen eines die Gehäuseseitenwand durchsetzenden
Zufluß-oder Abflußkanals und eines Durchbruchs in der Seitenwand des Einsatzes vor-esehen
ist, welche Kanal und Durchbruch gegenüber dem Gehäuseinnenraum abdichtet, wobei
eine der beiden Ringdichtungen Flächen gegeneinander abdichtet, die parallel zur
Achse des Einsatzes liegen, dessen Querschnitt kleiner ist als der des Gehäuseinnenraums.
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Bei dieser Konstruktion kommt man mit nur einer Ringdichtung als Außendichtung
und einer zweiten Dichtung als Trenndichtung aus. Da die Ringebenen senkrecht zueinander
stehen, kann man eine Relativbewegung zwischen den beiden Dichtungen zulassen, so
daß Wärmestauchungen keine Rolle spielen. Der Gehäuseinnenraum kann frei von gehäusefesten
Konstruktionsteilen sein, so daß sich ein einfacher Gehäuseaufbau und eine leichte
Herstellbarkeit ergibt. Insbesondere lassen sich sämtliche Hohlräume durch Dreharbeiten
herstellen, was die Produktion auf einem Automaten erleichtert. Der kleine Querschnitt
des Einsatzes führt nicht nur dazu, daß sich ein genügend großer Verteilerraum außerhalb
des Einsatzes ergibt; vielmehr kann man den Einsatz auch innerhalb des Gehäuseinnenraums
frei bewegen und ihn insbesondere durch eine Bewegung quer zu seiner Achse gegen
die die Mündung aufweisende Gehäuseseitenwand pressen.
Die Freiheit
des Gehäuseinnenraums von stören. den Einbauten ermöglicht auch eine Ausführungs.
form, bei der am Einsatz eine Druckvorrichtung angreift, die die beim Einführen
des Einsatzes im Ab-
stand von der Kanalmündungsstimfläche stehendt Durchbruchsmündungsstirnfläche
in Richtung aui die erstgenannte Stimfläche drückt. Man kann dahei den Einsatz zunächst
ungefähr an Ort und Stelk bringen, ohne daß die Dichtung mit irgendwelchen Bauteilen,
durch die sie beschädigt werden könnte. in Berührung gebracht worden ist. Erst dann
schiebi die Druckvorrichtung die beiden Stirnflächen gegeneinander und erzeugt den
Dichtungsdruck. Verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung dieses Drucks werden weiter
unten beschrieben.
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Vorteilhafterweise besteht die Ringdichtung aus elastischem Material.
Eine solche Dichtung kann Toleranzunterschiede, die nicht zu vermeiden sind, ausgleichen.
Sie vermag auch Druckunterschiede, wie sie beim Einführen des Einsatzes durch Kippen
unvermeidbar sind, aufzunehmen.
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Insbesondere kann ein O-Ring in eine Ringnut in einer der Mündungsstimflächen
eingesetzt sein. Die Dichtung kann auch durch Vergießen eines elastischen Kunststoffs
in eine Nut erzeugt werden.
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Vorzugsweise mündet der Zufluß- oder Abflußkanal in einem zylindrischen
Gehäuseinnenraum, und die Mündung des Durchbruchs liegt auf einer Zylinderfläche.
Auf diese Weise erhält der Einsatz eine exzentrische Form, welche besonders strömungsgünstig
ist. Der Gehäuseinnenraum benötigt keine andereBearbeitung als einen einfachenBohrvorgang.
Wenn die Ringnut-Seitenwände etwa senkrecht zur zylindrischen Mündungsstirnfläche
des Durchbruchs stehen, ergibt sich eine Halterung für einen O-Ring, die diesen
mit großer Sicherheit an Ort und Stelle hält.
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. Andererseits können die Mündungsstirnflächen auch eben ausgeführt
sein. Bei einem besonders vorteilhaften Beispiel dieser Art verläuft der Zufluß-oder
Abflußkanal in einem die Gehäuseseitenwand durchsetzenden und in den Gehäuseinnenraum
hineinragenden Rohr. Die Stirnfläche dieses Rohres kann vor dem Einsetzen bearbeitet
worden sein. Durch genaue Bemessung der Einschublänge in den Gehäuseinnenraum läßt
sich jede gewünschte Toleranz einstellen. Wenn das Rohr axial verschiebbar im Gehäuse
gehalten ist, kann man es auch als Teil der Druckvorrichtung benutzen.
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Bei den bekannten Ventilkonstruktionen hat man im allgemeinen nur
in der Höhe versetzte oder winklig zueinander stehende Anschlußstutzen anbringen
können. Beim erfindungsgemäßen Ventil dagegen ist es ohne Schwierigkeiten möglich,
den Zuflußkanal und den Abflußkanal koaxial in den Gehäuseinnenraum münden zu lassen.
Dies erleichtert wesentlich die, Montage, da Zufluß- und Abflußleitung in der gleichen
Höhe verlegt werden können. Außerdem erleichtert es die Herstellung, weil beide
Kanäle von einer Seite her gebohrt werden können. Diese Bohrung kann durchgeführt
werden, um zwei koaxiale Anschlußstutzen zu erhalten. Sie kann auch als Sackbohrung
enden und von einer Bohrung eines winklig dazu stehenden Anschlußstutzens geschnitten
werden.
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Für die Druckvorrichtungen gibt es eine große Zahl verschiedener Möglichkeiten,
die je nach den gewünschten Anwendungszwecken Vorteile bieten. Bei einer
Ausführungsform greift die Druckvorrichtung auf der der öffnung gegenüberliegenden
Seite des Einsatzes an. Sie kann beispielsweise durch den Anschlußkanal bedient
worden, der dem mit dem Einsatz verbundenen Anschlußkanal gegenüberliegt. Vorzugsweise
wird der Einsatz zunächst lose eingeführt, dann die Druckvorrichtung angezogen und
schließlich der Einsatz am Gehäuse befestigt.
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Bei einer anderen Ausführungsform kippt die Druckvorrichtung den Einsatz.
Er wird also zunächst etwas schräg derart eingeführt, daß die Dichtung an der Mündungsstirnseite
nicht beschädigt wird, und erst zum Schluß in die Betriebslage gekippt.
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Hierbei kann der Einsatz an einem Ende über ein-Kippgelenk am Gehäuse
abgestützt und am anderen Ende durch eine Zentrierfassung gehalten werden.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Einsatz an dem gleichen
Ende mit einem Flansch -, der gegen eine entsprechende Sitzfläche des Gehäuses drückbar
ist, und mit einer Zentrierfläche versehen ist, die in eine entsprechende Zentrierfläche
des Gehäuses derart paßt, daß beim Andrücken des Flansches ein leichtes Kippen des
Einsatzes möglich ist. Damit das Kippen im Bereich der Zentrierflächen möglich ist,
genügt bereits - wenn die Zentrierfläche keine allzu große Höhe besitzt
- eine normale Herstellungstoleranz, beispielsweise im Sinne eines leichten
Laufsitzes (H 1 I/C 11). Man kann auch mindestens eine der Zentrierflächen
ballig ausführen. So kann eine Einsatz-Zentrierfläche in Form eines Kugelabschnitts
ohne Schwierigkeiten in einer zylindrischen Gehäuse-Zentrierfläche gekippt werden.
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Zur weiteren Vereinfachung beim Zusammenbau empfiehlt es sich, außerhalb
des Gehäuses am Einsatz eine Nase, z. B. einen Stift, vorzusehen, der zur Winkellagenarretierung
des Einsatzes in eine Gehäuseausnehmung greift. Vorteilhafterweise ist die Nase
auf der gleichen Seite des Einsatzes wie der Durchbruch in seiner Seitenwand angebracht.
Man kann die Nase zur Führung und als Kippunkt beim Einführen des Einsatzes benutzen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 in einem
Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht
auf das Gehäuse der Fig. 1, wobei der Einsatz in Höhe der Linie A-A geschnitten
ist, F i g. 3 einen Teillängsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung, F i g. 4 einen Teillängsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung und F i g. 5 einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 ist ein Ventilgehäuse
1 mit einem zylindrischen Innenraum 2 sowie zwei koaxialen, in den Innenraum
mündenden Kanälen 3 und 4 versehen. Ein zum Kanal 3
führendes Rohrstück
5 bildet den Eintrittsstutzen, ein zum Kanal 4 führendes Rohrstück
6 bildet den Austrittsstutzen. Im Innenraum 2 befindet sich ein hohler Einsatz
7, der die beiden Ventilsitze 8 und 9
trägt. Der Einsatz
7 ist zwischen den beiden Sitzen 9
geschlossen bis auf einen seitlichen
Durchbruch 10,
der mit seiner Mündungsstirnfläche 11 unter Zwischenlage
einer O-Ringdichtung 12 gegen die Mündungsstimfläche 13 des Kanals
3 - anliegt. Die Stirnfläche
11 ist, wie aus F i
g. 2 hervorgeht, Teil einer Zylinderfläche, die dem Innendurchmesser des
Innenraums 2 entspricht. Die Ringdichtung 12 ist in einer Ringnut 14 an der zylindrischen
Stirnfläche 11 untergebracht. Die Seitenwände der Ringnut 14 stehen überall
etwa senkrecht zur zylindrischen Oberfläche, so daß sich, wie ebenfalls F i
g. 2 zeigt, eine den Ring 12 in die Nut hineinziehende Halterung ergibt.
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Ein Flansch 15 schließt den Einsatz oben ab. Er ruht unter
Zwischenlage einer Dichtung 16 auf einer Sitzfläche 17 des Gehäuses.
Gleich darunter befindet sich eine zylindrische Zentrierfläche 18 am Einsatz,
die mit einer ebenfalls zylindrischen Zentrierfläche 19 des Gehäuses zusammenwirkt.
Die beiden Zentrierflächen haben eine Toleranz im Sinne einer leichten Laufsitzpassung.
Des weiteren ist ein Stift 20 am Einsatz vorgesehen, der in eine Radialnut 21 des
Gehäuses einzugreifen vermag und die richtige Lage des Einsatzes sichert.
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Ein Ventilschaft 22 trägt die beiden Verschlußkörper 23 und
24. Er wird einerseits durch eine Sollwertfeder 25 und andererseits durch
den Druck in einer Membrandose 26 betätigt. Die zuletzt genannten Teile befinden
sich in einem Regelaufsatz 27,
dessen unteres Ende 28 auf dem Einsatz
7 aufsitzt. Der Aufsatz 27 wird mit Hilfe von Schrauben
29 am Gehäuse 1 befestigt und drückt dabei den Flansch 15 des
Einsatzes auf die zugehörige Sitzfläche 17 des Gehäuses. Alle übrigen Teile
des Regelaufsatzes sind für das Verständnis der Erfindung von untergeordneter Bedeutung
und werden daher nicht näher erläutert.
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Im Betrieb strömt das zu regelnde Medium, z. B. Kältemittel, über
das Rohrstück 5 zu, tritt durch den Durchbruch 10 in den Einsatz
7 zwischen den beiden Ventilsitzen 8, 9, gelangt bei geöffnetem Ventil
durch den Sitz 8 direkt und durch den Sitz 9 über Querbohrungen
30 in den außerhalb des Einsatzes 7
liegenden Teil des Innenraums 2
und kann von dort durch den Austrittsstutzen 6 abströmen.
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Zum Zusammenbau wird der mit dem Ventilschaft versehene Einsatz
7 von oben in den Innenraum 2 derart eingeführt, daß der Stift 20 in die
Radialnut21 eingreift und die Mittelachse des Einsatzes 7 etwas schräg zum
Abflußkanal 4 hin geneigt ist.
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Die beiden Mündungsstirnflächen 11 und 13 befinden sich
dann in einem geringen axialen Abstand voneinander. Alsdann wird der Einsatz um
den Stift 20 bzw. um den ihm zugewandten Punkt der Zentrierfläche 18 des
Einsatzes gekippt, bis der Dichtring 12 an der Stirnfläche 13 anliegt. Nunmehr
wird der Aufsatz 27 mittels der Schrauben 29 festgezogen. Hierdurch
wird auch der erforderliche Druck zum Anpressen der Dichtung 12 an die Mündungsstirnfläche
13 erzielt. Die Zentrierfläche 18 kann auch durch den Äquatorabschnitt
einer Kugel mit dem Durchmesser dieser Zentrierfläche gebildet werden, was in der
zeichnerischen Darstellung keinen erkennbaren Unterschied ergäbe.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 ist in dem Gehäuse
31 zwar der als Rohrstück ausgebildete Austrittsstutzen 32 ähnlich
gestaltet, das den Eintrittsstutzen bildende Rohrstück 33 ist jedoch bis
in den Innenraum 34 geführt und bildet somit selbst den die Gehäuseseitenwand durchsetzenden
Kanal 35
und dessen Mündungsstirnfläche 36, an die sich die Mündungsstirnfläche
37 des Durchbruchs 38 im Einsatz 39 anlegt. Die Ringdichtung
40 ist diesmal in der Stirnfläche 36 gehalten. Außerdem besitzt diese Stimfläche
einen Ringflansch 41, in welchen ein den Durchbruch 38 umgebender Stutzen
42 eingreift, so daß an dieser Stelle eine axiale Arretierung erzielt wird.
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Der Einsatz 39 trägt an seinem unteren Ende einen kugelförmigen
Lagerpunkt 43, der in einer entsprechenden Bohrung 44 des Gehäuses 31 ruht.
Am oberen Ende ist der Einsatz mit einem Flansch 45 versehen, der mit einer Ringdichtung
46 axial in einer Zentrierbohrung 47 des Regelaufsatzes 48 gehalten ist. Dieser
Regelaufsatz ist unter Zwischenlage einer Dichtung 49 am Gehäuse 31 abgestützt
und mit seiner Umfangsfläche 50 in diesem zentriert.
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Zum Einführen wird der Einsatz 39 schräg von oben in den Hohlraum
34 geschoben, bis die Kugel 43 in der Lagerbohrung 44 gehalten ist. Dann wird der
Aufsatz 48 aufgeschoben und die gesamte Anordnung so weit geschwenkt, bis dieser
in das Gehäuse 31 eingreifen kann. In dieser Stellung liegt die Stirnfläche
37 des Einsatzes mit der erforderlichen Anpreßkraft an der Dichtung 40.
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In F i g. 4 besitzt das Ventilgehäuse 51 einen Innenraum
52, der über ein, den Zuflußkanal bildendes Rohrstück 53 und eine
den Abflußkanal bildende Bohrung 54 von außen zugänglich ist. Auf einen oberen Flansch
55 kann ein nicht veranschaulichter Regelaufsatz gesetzt werden, dessen Schaft
auf den Ventilschaft 56 einwirkt. Der Einsatz 57 wird diesmal von
unten eingeführt und greift mit seinem kugelförmigen, mit einer Dichtung
58 versehenen oberen Ende 59 in eine entsprechende Lagerbohrung
60 des Gehäuses. Ein sehr kurzer Stutzen 61. enthält den seitlichen
Durchbruch 62. In seiner Mündungsstirnfläche 63 sitzt eine Ringdichtung
64 in einer Ringnut 65 und liegt gegen die Mündungsstirnfläche
66 des Rohrstückes 53 an. Wenn der Einsatz von unten schräg eingeführt
und in die veranschaulichte Betriebsstellung geschwenkt ist, kann er durch einen
Stopfen 67 in dieser Lage zentriert werden. Der Stopfen nimmt hier außerdem
noch eine Rückstellfeder 68 auf.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 besitzt das Gehäuse
69 einen Innenraum 70 und zwei in diesen mündendeBohrungen71 und
72. DerEinsatz73, der nur schematisch veranschaulicht ist, weist im Bereich
seines Durchbruchs 74 einen länglichen Stutzen 75 auf, der in einer Ringnut
76 einen O-Ring 77 trägt, der mit dem erweiterten Teil der Umfangsfläche
der Bohrung 71 in Kontakt steht. Die Mündungsstirnfläche der Bohrung
71 ist in zwei Ab-
schnitte 78 und 79 unterteilt, wobei
letzterer als Anschlag für die Mündungsstirnfläche 80 des Durchbruchs 74
dient. In die Bohrung 72 ist ein speichenradartiger Einsatz 81 eingefügt,
dessen Nabe 82 ein Gewinde aufweist, in welches eine Schraube 83 geschraubt
ist. Letztere stößt gegen eine Druckfläche 84 auf der dem Durchbruch 74 gegenüberliegenden
Seite des Einsatzes 73 an. Im übrigen kann der Einsatz durch ein Kippgelenk
oder durch eine ebene Auflage an der Unterseite oder an einem Flansch geführt sein.
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Beim Einführen wird der Einsatz in den Hohlraum 70 auf der
der Bohrung 71 gegenüberliegenden Seite eingesetzt und dann mit Hilfe der
Schraube 83 in die veranschaulichte Stellung geschoben oder gekippt.
Von
den veranschaulichten Beispielen kann in vielerlei Richtung abgewichen werden, ohne
den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann bei dem Ausführungsbeispiel
der F i g. 3 das untere Kippgelenk durch eine Warze besorgt werden, die ein
mantelförmiger Einsatz übergreift. Als Kippgelenke kommen beispielsweise auch Drehzapfen
am Einsatz oder Scheiben mit dem Durchmesser des Innenraums und leicht gewölbten
Umfangsflächen in Frage. Die Erfindung eignet sich besonders gut für Doppelsitzventile.
Bei Verwendung als Einfachventil genügt es, die öffnungen 30
in Fig.
1 fortzulassen oder den Einsatz unten zu schließen.
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Sodann kann man die Kugel 43 in F i g. 3 seitlich mit einer
Abplattung oder Nut versehen und durch eine in Höhe der Kugel quer durch eine Wand
des Gehäuses 31 gehende Schraube sichern.