DE1650351C3 - Druckentlastetes Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein druckentlastetes Ventil, bestehend aus einem Gehäuse mit Ein- und Auslaß für ein Druckmedium, aus einem beweglichen Verschlußstück, das mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenarbeitet, und aus einem Druckentlastungskolben, der mit dem Verschlußstück mechanisch gekoppelt ist.

Es sind bereits druckentlastete Ventile bekannt, bei denen zur Verringerung der öffhungskraft derselbe Druck, der sich der Öffnung des Ventils entgegengesetzt, zur Erzeugung einer in entgegengesetzter Richtung auf einen Ausgleichskolben einwirkende Kraft verwendet wird (siehe z. B. DE-AS 1199087). Hierbei ist jedoch die Zeit des Ansprechens auf die Öffnung des Ventils verhältnismäßig lang, da der Ausgleichskolben ein Teil des Ventilkörpers darstellt, dessen Gewicht somit erhöht wird. Es ist bekannt, daß die Ansprechzeit des Ventils mit der Trägheit des beweglichen Ventilteils ansteigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges druckentlastetes Ventil dahingehend zu verbessern, daß die Masse des Ausgleichs- oder Druckentlastungskolbens bei den Öffnungsbewegungen des Verschlußstücks keine Rolle mehr spielt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs gelöst.

Aus der GB-PS 905024 ist ein weiteres, weitgehend druckentlastetes Ventil bekannt, bei dem im Verschlußstück eine elastische Membran angeordnet ist, die über mechanische Koppelglieder auf den Ventilsitz im Sinne einer Druckentlastung einwirkt. Mit einem solchen Ventil ist das Ziel einer weitgehend vom Betriebsdruck unabhängigen Verschlußkraft nicht zu erreichen, da diese Kraft nach wie vor proportional, wenn auch mit einem reduzierten Proportionalitätsfaktor, zum Betriebsdruck ansteigt. Außerdem ist das Verschlußstück ein Bauteil großer Masse, da es als druckfestes Gehäuse mit einer stabilen Membran ausgebildet sein muß. Dies ist offenbar auch der Grund dafür, daß bei diesem Ventil Mittel zum vorübergehenden Druckaufbau auf der Sekundärseite während des Öffnungsvorgangs vorgesehen sind, die ein öffnen des Verschlußstücks bei großem anstehen

den Betriebsdruck ermöglichen sollen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert.

ί Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäße druckentlastete Ventil.

Das Ventil besitzt ein Gehäuse 1, in dem der Druck ρ des durch eine Öffnung 2 eingeführten Druckmediums herrscht. In dem Gehäuse befindet

ίο sich ein Schließorgan 3. das ein Verschlußstück 5, einen Betätigungsschaft 6 und einen zylindrischen Kopf 7 aufweist, sowie ein Entlastungselement 4. Dieses Entlastungselement ragt mit einem Druckent-'astungskolben 10 durch die Wand des Gehäuses 1

ι ί und besitzt im Inneren des Gehäuses einen Hohlzylinder 8, der oben durch eine Lochscheibe 9 abgedeckt ist. Das Entlastungselement 4 und das Schlieüorgan 3 sind je Drehkörper, die sich auf einer gemeinsamen Achse / befinden, zu der auch eine ringförmige Lippe 13 konzentrisch liegt, die die druckseitige Ventilöffnung 11 umgibt und mit einer in das Verschlußstück 5 eingesetzten Dichtung 12 zusammenwirkt. Der Querschnitt der Öffnung 11 sei mit S₁ bezeichnet, während die Querschnittsfläche der Öffnung 14, durch die der Kolben 10 aus dem Gehäuse ragt, mit S₂ bezeichnet sei. Der Kolben gleitet in einer in die Wand der Öffnung 14 eingesetzten Dichtung 15. Zwischen dem im Inneren des Hohlzylinders 8 des Entlastungselements 4 befindlichen Kopf 7 des Schließorgans 3 und

«ι der Lochscheibe 9 befindet sich eine Feder 16 und zwischen dieser Lochscheibe und dem Boden des Gehäuses befindet sich eine weitere Druckfeder 17. Die beiden Federn liegen konzentrisch zur Achse /.
Die vom Druckmedium mit einem Druck ρ auf das

ji Verschlußstück 5 ausgeübte Kraft, die in der Figur nach oben gerichtet ist, hat den Wert pS_x und die von dem Druckmedium mit dem Druck ρ auf das Entlastungselement 4 ausgeübte Kraft, as in der Figur nach unten gerichtet ist, hat den Wert pS_v

4Ii In Schließstellung befinden sich die beweglichen Teile 3 und 4 im Gleichgewicht. Das Schließorgan 3 unterliegt drei parallelen Kräften, und zwar der erwähnten Kraft pS_v der Reaktion r des Gehäuses auf diese Kraft und einer Entlastungskraft F₁, die von der

4-, Feder 6 auf den Kopf 7 übertragen wird und die nach unten gerichtet ist. Es ergibt sich die Gleichung.

PS_x = r+ F₁

Das Entlastungselement 4 befindet sich ebenfalls

-,ο durch Einwirkung von drei Kräften im Gleichgewicht, und zwar der erwähnten Kraft pS₂, die nach unten gerichtet ist, der Kraft F₂ der Feder 17, die nach oben

gerichtet ist, und der Reaktionskraft der Feder 16, die in diesem Fall ebenfalls nach oben gerichtet ist.

-,-, Hier ergibt sich folgende Gleichung:

F₁ = PS₁ - F₁

Bei einem gegebenen Wert ρ des Drucks des Druckmediums erhält man durch entsprechende Wahl mi der Feder i7 den gewünschten Wert der Entlastungskraft F₁.

Wenn das Schließorgan 3 plötzlich geöffnet wird, fällt die Reaktion r weg und für die Kraft F_n, die sich der Öffnung widersetzt, erhält man

F_n=PS₁- F₁ +m-γ

wobei m ■ γ die Trägheitskraft ist, die überwunden werden muß, um dem Schließorgan 3 mit der Masse m

eine Anfangsbeschleunigung γ zu geben.

Setzt man in diese Gleichung den Ausdruck für
ein, so erhält man

_{0 1}- S₂) + F₁ +my

Durch entsprechende Wahl der Werte für S
d k di S d bid

p ₁, S₂

und F₂ kann die Summe der beiden ersten Glieder dieser Gleichi'ng einen beliebig kleinen Wert erreichen, so daß man praktisch erhält:

Es sei nochmals betont, daß m ausschließlich die Masse des Schließorgans 3 ist, da das Entlastungselement 4 zum Ausgangszeitpunkt nicht mitbewegt wird. Diese Bewegung unterliegt also auch nicht der bei Bewegung des Entlastungselements auftretenden Reibung.

Somit kann mit einer Anfangskraft F₀, die wie erwähnt niedrig ist, eine hohe Beschleunigung des Ventilverschlußstücks und eine geringe Ansprechzeit des Ventils erreicht werden, wobei der Querschnitt S₁ verhältnismäßig groß ist und ggfs. noch größer gewählt werden kann, indem gleichzeitig S₂ vergrößert wird, so daß die Differenz S₁ — S₂ konstant bleibt.

Es ist günstig, das Entlastungselement möglichst reibungsarm in das Gehäuse einzusetzen, was durch die Wahl geeigneter Dichtungen 15 erreicht werden kann. Dadurch wird die Ausgleichskraft weitgehend von der Reibung unabhängig.

Derartige druckentlastete Schnellventile finden ihre Anwendung bei der hydraulischen oder pneumatischen Schnellsteuerung von Abschaltern oder können als schnelle Steuerventile verwendet werden. Ihre Betätigung erfolgt entweder elektromagnetisch, hydraulisch, mechanisch oder thermisch (Bimetallstreifen).

Hbrzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckentlastetes Ventil, bestehend aus einem Gehäuse mit Ein- und Auslaß für ein Druckmedium, aus einem beweglichen Verschlußstück, das mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenarbeitet, und aus einem Druckentlastungskolben, der mit dem Verschlußstück mechanisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (5) und der Druckentlastungskolben (10) in Bewegungsrichtung des Verschlußstücks über ein elastisches Verbindungsglied (16) miteinander gekoppelt sind und daß der Entlastungskolben (10) über ein weiteres elastisches, der Entlastung des Ventils entgegenwirkendes Verbindungsglied (17) mit dem Gehäuse (1) gekoppelt ist.