DE1550563B2 - Steuerventil mit einem massiven dichtglied aus einem elastomer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil mit einem massiven Dichtglied aus einem Elastomer, das in einer Leitung zwischen zwei in axialer Richtung relativ zueinander beweglichen Druckstücken zentrisch angeordnet ist und dessen Durchmesser sich durch Verändern des Abstands zwischen den beiden Druckstücken verändern läßt, so daß der zwischen dem Dichtglied und der Leitung verbleibende ringförmige Durchtrittsquerschnitt einstellbar ist.

Bei einem bekannten Steuerventil der beschriebenen Gattung (GB-PS 6 44 039) ist das Dichtglied ein massiver Ring, der zwischen entsprechend geformten Druckstücken mehr oder weniger zusammengequetscht wird, wobei er in Anlage an die Leitung gedruckt wird und den Durchtrittsquerschnitt verschließt. Mit zunehmender Quetschung wölbt sich das Dichtglied zunehmend nach außen, so daß der verbleibende Durchtrittsquerschnitt der Leitung sich in axialer Richtung stark ändert. Dies führt zu einer auf einer kurzen Strecke erfolgenden Einschnürung des Strömungsquerschnitts, die schon bei relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten Wirbelbildung verursacht. Diese Wirbelbildung wiederum beeinflußt den Strömungswiderstand, so daß eine kontinuierliche Strömungsregelung nur schwer möglich ist. Desweiteren entstehen bei der Wirbelbildung Geräusche, die im Betrieb nachteilig sind. Auch wird das Dichtglied am Rand der Druckstücke bei dem Zusammenquetschen geknickt, wodurch Überbeanspruchungen des elastomeren Materials hervorgerufen werden, die die Lebensdauer des Dichtglieds begrenzen.

Aus der DT-PS 10 60 205 und der GB-PS 6 43 991 sind Steuerventile mit jeweils einem hohlen Dichtglied bekannt, das zur Strömungsregelung auf seiner Innenseite mit Druck beaufschlagt wird, wodurch es sich lokal nach außen wölbt. Diese Auswölbung führt zu einer lokalen Einschnürung des zwischen dem Dichtgiied und der Leitung verbleibenden Durchtriusquerschnitts, wodurch Wirbelbildung gefördert und die Strömungsregelung nur schwer kontrollierbar wird. Desweiteren führt die Form des Dichtglieds insbesondere gemäß der DT-PS 10 60 205 zu einer starken Beanspruchung des Dichtglieds in dem ausgewölbten und zuerst in Anlage an die Leitung kommenden Bereich, wodurch seine

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zu schaffen, mit dem sich eine Strömung unter minimalem Auftreten von Turbulenzen regeln läßt.

Diese Aufgabe wird mit einem Steuerventil der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dichtglied becherförmige Stirnflächen - mit zu den Druckstücken hin konkav gewölbten Randbereichen aufweist, die an einem entsprechend konvex gewölbten Randbereich des jeweils zugehörigen Druckstücks anliegen.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil bleibt die Form der Umfangsfläche des Dichtglieds beim Zusammenpressen bzw. beim Verengen des Durchtriusquer-Schnitts weitgehend unverändert, so daß die zwischen der Leitung und dem Dichtglied ausgebildete Drosselstrecke über einen großen Teil der Breite des Dichtglieds konstanten Querschnitt hat. Dies führt zu weitgehender Vermeidung von Wirbelbildung und daher zu einer mit zunehmender Pressung des Dichtglieds kontinuierlich zunehmender Drosselung. Das Dichtglied wird zusätzlich weitgehend homogen verformt, ohne daß irgendwelche Knickstellen oder andere überbeanspruchten Stellen auftreten, so daß seine Haltbarkeit verlängert ist.

Vorteilhafterweise verhält sich der Durchmesser des entspannten Dichtglieds zu dessen axialer Dicke etwa wie 2 :1 und zum Innendurchmesser der Leitung etwa wie 0,875:1. Damit wird erreicht, daß der gesamte Regelbereich bei einer kleinen Abstandsänderung zwischen den Druckstücken durchfahren wird, so daß das Dichtglied geschont wird.

Mit einer Ausbildung des Steuerventils derart, daß die Umfangsfläche des Dichtglieds der der Leitung entsprechend geformt ist, wird der zusätzliche Vorteil erzielt, daß der zwischen dem Dichtglied und der Leitung verbleibende Durchtrittsquerschnitt längs des Dichtglieds besonders konstant bleibt, wodurch die Drosselwirkung in der. oben beschriebenen Weise nachhaltig gefördert wird.

Eine Ausführungsform des Steuerventils zeichnet sich dadurch aus, daß in der Leitung gegenüber dem Dichtglied zur Veränderung des Durchtriusquerschnitts auswechselbar ein Auskleidungsteil angeordnet ist.

Diese Ausbildung ermöglicht eine Anpassung an verschiedene Druckmittel und Drucke, so daß mit geringstmöglicher Verformung des Druckglieds gearbeitet werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit vorteilhaften Einzelheiten näher erläutert.
Es stellt dar

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Steuerventil,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1,
F i g. 3 das Dichtglied im Vergleich zu der Leitung,
F i g. 4 einen Teilschnitt durch das Dichtglied, wenn dieses axial zusammengepreßt wird,

Fig. 5 das Dichtglied in seinem die Leitung vollständig verschließenden Zustand,

Fig.6 ein Dichtglied bekannter Bauart in axial zusammengedrücktem Zustand und

Fig. 7 das Dichtglied gemäß Fig.6 in seinem die Leitung vollständig verschließenden Zustand.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Steuerventil ein eine Leitung 10 bildendes rohrförmiges Gehäuse, in dem ein Dichtglied 11 aus Elastomer und eine hydraulische Vorrichtung 12 zum Betätigen des Dichtglieds 11 untergebracht sind. Eine pneumatische Betätigungsvorrichtung 13 dient als Druckmittelquelle für die hydraulische Vorrichtung 12.

Das Gehäuse umfaßt einen Einlaß 14 und einen Auslaß 15, und gemäß Fig. 1 strömt das zu regelnde Strömungsmittel vom Einlaß zum Auslaß. An beiden Enden des Gehäuses sind Flansche zum Anschluß von Rohrleitungen vorgesehen.

Die Zusammensetzung des Gehäuses aus den Bauteilen 16 und 17 ermöglicht den Einbau eines Auskleidungsteils 18, welches das Dichtglied 11 umschließt. Die einander benachbarten Enden der Gehäuseteile 16 und 17 tragen einen Flansch 19 bzw. 20 mit Öffnungen zum Aufnehmen von Befestigungsmitteln 21 zum Verbinden der Gehäuseteile. Wenn man die Gehäuseteile 16 und 17 voneinander trennt, läßt sich das Auskleidungsteil 18 leicht aus dem Gehäuseteil 16 entfernen und durch ein anderes Auskleidungsteil mit den gleichen Abmessungen oder aber durch ein anderes Auskleidungsteil ersetzen, das einen anderen Innendurchmesser besitzt, so daß es möglich ist, den Querschnitt einer Strömungsregelungsöffnung 22 zu variieren, die durch die Umfangsfläche des Dichtglieds 11 und die Innenfläche des Auskleidungsteils 18 abgegrenzt wird. Das Auskleidungsteil 18 stützt sich an einer Schulter 23 sowie an der inneren Wandfläche des Gehäuseteils 16 ab und wird durch das benachbarte Ende des Gehäuseteils 17 in seiner Lage gehalten. Die einander benachbarten Enden des Auskleidungsteils 18 und der Gehäuseteile 16 und 17 haben den gleichen Durchmesser, um das Auftreten von Turbulenz an diesen Stellen möglichst zu vermeiden. Zwischen den Gehäuseteilen 16 und 17 auf der Außenseite des Auskleidungsteils 18 ist ein Dichtungsring 24 angeordnet, der das Entweichen von Strömungsmittel an dieser Stelle verhindert. Zwar zeigt F i g. 1, daß das Dichtglied 11 im wesentlichen zylindrisch ist und daß das Auskleidungsteil 18 auf seiner Innenseite ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Form hat, so daß diese Teile die ringförmige Strömungsregelungsöffnung 22 abgrenzen, doch sei bemerkt, daß man diesen Bauteilen gegebenenfalls auch eine andere geometrische Form geben könnte.

Das Dichtglied 11 hat becherförmige Stirnflächen 25 und 26, während seine Außenform im wesentlichen zylindrisch ist bzw. der Innenform des Gehäuseteils oder Auskleidungsteils entspricht, mit der das Dichtglied 11 zusammenarbeitet. Die becherförmigen Stirnflächen 25 und 26 sind in ihren Randbereichen zu Druckstücken 27 und 28 hin gewölbt, die entsprechend geformte, in ihren Randbereichen zu dem Dichtglied 11 hin konvex gewölbte Stirnflächen 29 und 30 haben. Das Druckstück 27 weist eine kegelstumpfförmige Fläche 31 auf, deren Ende mit größerem Durchmesser an die Stirnfläche 29 anschließt, während sich ihr Ende mit kleinerem Durchmesser an eine ebene querliegende Fläche 32 anschließt, die mit einem Tragstück 33 in Form eines Armsterns oder dergleichen zusammenarbeiten kann. Das Tragstück 33 ist gegenüber dem Einlaß 14 um eine kleine Strecke nach innen versetzt und bildet eine ortsfeste Abstützung, über die sich das benachbarte Ende des Dichtglieds 11 am Gehäuse abstützen kann. Das Tragstück 33 umfaßt einen sich in axialer Richtung erstreckenden Hauptkörper 34 mit mehreren radial nach außen ragenden Stegen 35, durch die mehrere Strömungskanäle abgegrenzt werden. Eine Befestigungsschraube 36 ragt durch eine Bohrung des Hauptkörpers 34 und ist mit dem Druckstück 27 verschraubt. Die Druckstücke 27 und 28 sind an den benachbarten Enden des Dichtglieds 11 befestigt, z. B. mit ihm verklebt.

Die hydraulische Betätigungsvorrichtung 12 umfaßt einen Kolben 37, der an einem in der Strömungsrichtung weiter hinten angeordneten Tragstück 38 befestigt ist, sowie einen Zylinder 39, der sich an dem Druckstück 28 abstützt. Das Tragstück 38 umfaßt einen Hauptkörper 40, der gleichachsig mit dem Gehäuseteil 17 angeordnet ist und mehrere radial nach außen ragende Stege 41 trägt, die ähnlich wie bei dem Tragstück 33 mehrere Strömungskanäle abgrenzen. Der Kolben 37 trägt gemäß Fig. 1 links einen mit Außengewinde versehenen Abschnitt 42 von kleinerem Durchmesser, der in eine Gewindebohrung des Hauptkörpers 40 des Tragstücks 38 eingeschraubt ist; zwischen dem Kolben und dem Hauptkörper liegt ein Dichtungsring 43, damit Undichtigkeiten an dieser Stelle vermieden werden. Der Zylinder 39 ist auf dem Kolben 37 verschiebbar und begrenzt zusammen mit dem Kolbenboden eine Druckkammer 44. Um das Auftreten von Undichtigkeiten zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu verhindern, ist der Kolben mit zwei Ringnuten versehen, wobei die eine Nut zwei Stützringe 45 und einen Dichtungsring 46 enthält, während in der anderen Nut ein Abstreifring 47 angeordnet ist. Das der Strömung zugewandte Ende des Zylinders 39 trägt einen zentral angeordneten Führungszapfen 48, der von einer öffnung 49 des Befestigungsteils 28 aufgenommen wird, um das in die Strömungsrichtung weisende Ende des Dichtglieds 11 in der richtigen axialen Lage gegenüber dem Gehäuse zu halten.

Längs der Achse des Kolbens 37 erstreckt sich ein Strömungskanal 50 der mit einem in dem Tragstück 38 ausgebildeten Strömungskanal 51 verbunden ist und sich durch einen der Stege des Tragstücks nach oben zu einer Pumpenkammer 52 in einem an dem Gehäuseteil 17 befestigten Gehäuse 53 erstreckt. In der Pumpenkammer 52 ist ein Pumpenkolben 54 verschiebbar; dieser Kolben ist mit einem Membranstützteil 55 verbunden, das an der Unterseite einer Membran 56 anliegt, welche in einem Gehäuse 57 eines pneumatischen Betätigungsmotors 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 57 besitzt einen Einlaß 58 zum Anschließen einer pneumatischen Druckquelle zum Betätigen der Vorrichtung 13.

In F i g. 1 ist die Betätigungsvorrichtung in der Stellung gezeigt, die sie einnimmt, wenn kein Druck auf die Membran 56 wirkt und die Membran daher mit ihrer Oberseite an einem Stützteil 59 anliegt. Die Druckkammer 52 und die miteinander verbundenen zu der Druckkammer 44 führenden Kanäle sind mit einem hydraulischen Medium gefüllt; wird die Vorrichtung 13 pneumatisch betätigt, so daß sich der Kolben 54 nach unten bewegt, wird das hydraulische Druckmittel in die Kammer 44 gedrückt, so daß sich der Zylinder 39 entgegen der Strömungsrichtung längs des ortsfesten Kolbens 37 bewegt, um das Dichtglied 11 in deni die

Leitung 10 bildenden Gehäuse zusammenzudrücken, so daß es sich in radialer Richtung ausdehnt. Wird die Membran 56 von dem pneumatischen Druck entlastet, ist das Dichtglied 11 bestrebt, wieder seine ursprüngliche Gestalt anzunehmen; daher drückt es den Zylinder 39 gegen den Boden des Kolbens 37, um das Druckmittel in die Kammer 52 zurückzufordern und außerdem den Kolben 54 mit der Membran 56 wieder in die obere Stellung nach Fig. 1 zu bringen. Mit dem Membranstützteil 55 ist eine Anzeigestange 60 verbunden, die sich zusammen mit dem Stützteil bewegt und daher die jeweilige Stellung der Membran und den Grad der Ausdehnung des Dichtglieds 11 anzeigt.

In Fig.6 und 7 ist ein Dichtglied 61 bekannter Art dargestellt. Dieses Dichtglied 61 ist zwischen einem ortsfesten Druckstück 62 und einem beweglichen Druckstück 63 innerhalb einer Leitung 64 so angeordnet, daß die beiden Teile einen Strömungskanal 65 abgrenzen. F i g. 7 zeigt das Dichtglied 61 im vollständig zusammengedrückten Zustand, wobei die scharfen Kanten 62a und 636 der Druckstücke 62 und 63 dazu neigen, in das Dichtglied 61 einzuschneiden, so daß die Gefahr einer Überbeanspruchung des Elastomermaterials besteht. F i g. 6 zeigt ein nur teilweise zusammengedrücktes Dichtglied, längs dessen ein Druckabfall zur Wirkung kommt, so daß das Elastomermaterial an der Kante 63a in der Strömungsrichtung umgefaltet wird, wodurch das Material so beansprucht wird, daß schließlich ein Abscheren oder Einschneiden erfolgt, und das Dichtglied 61 unbrauchbar wird.

In Fig.5 ist das erfindungsgemäße Dichtglied 11 im vollständig ausgedehnten Zustand dargestellt, bei dem es an der Innenwand der Leitung 10 anliegt, um den Strömungskanal vollständig zu verschließen; gemäß F i g. 5 ist das Dichtglied 11 an den Kanten 27a und 28a der zugehörigen Druckstücke nur in einem minimalen Ausmaß einer Faltwirkung und/oder einer Scherbeanspruchung ausgesetzt. Der große Krümmungsradius der abgerundeten Aussparungen der Druckstücke führt zusammen mit den entsprechenden Abrundungen des Dichtglieds zu einer Verringerung der Beanspruchung des Dichtglieds an den Kanten 27a und 28a. F i g. 4 zeigt das erfindungsgemäße Dichtglied 11 in einer Regelstellung, bei der längs des Dichtglieds ein Druckabfall erfolgt; außerdem erkennt man in F i g. 4 die allgemeine Form des Dichtglieds bei 28a auf der in die Strömungsrichtung weisenden Seite des Elastomerteils.

In F i g. 3 bezeichnet die Strecke 66 die axiale Dicke

des Dichtglieds 11, während die Strecke 67 seinen Durchmesser darstellt; die Strecke 68 bezeichnet den Innendurchmesser der Leitung 10. Die erfindungsgemäße Dimensionierung der Abmessungen 66,67 und 67,68 gegenüber der bekannten Konstruktion nach F ig. 6 und 7 führen zu einer längeren Lebensdauer des Dichtglieds und der übrigen Teile des geschlossenen hydraulischen Systems; dies ist eine Folge der Verkürzung der Hubstrecke, die erforderlich ist, um das Dichtglied 11 in der beschriebenen Weise zur Wirkung zur bringen. Der günstigste Wert für das Verhältnis zwischen den Abmessungen · 66 und 67 beträgt 0,5, während der günstigste Wert für das Verhältnis zwischen den Abmessungen 67 und 68 0,75 beträgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuerventil mit einem massiven Dichtglied aus einem Elastomer, das in einer Leitung zwischen zwei in axialer Richtung relativ zueinander beweglichen Druckstücken zentrisch angeordnet ist und dessen Durchmesser sich durch Verändern des Abstands zwischen den beiden Druckstücken verändern läßt, so daß der zwischen dem Dichtglied und der Leitung verbleibende ringförmige Durchtrittsquerschnitt einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied (11) becherförmige Stirnflächen mit zu den Druckstücken (27, 28) hin konkav gewölbten Randbereichen aufweist, die an einem entsprechend konvex gewölbten Randbereich des jeweils zugehörigen Druckstücks anliegen.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des entspannten Dichtgliedes (11) sich zu dessen axialer Dicke etwa wie 2 :1 und zum Innendurchmesser der Leitung (10) etwa wie 0,875 :1 verhält.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Dichtglieds (11) der Leitung (10) entsprechend geformt ist.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (10) gegenüber dem Dichtglied (11) zur Veränderung des Durchtrittsquerschnitts auswechselbar ein Auskleidungsteil (18) angeordnet ist.