DE1941055B2 - Federbelastetes Sicherheits- und/ oder Regelventil - Google Patents

Description

mehreren Federn das Federpaket weicher wird. Bei sen Form nicht Gegesstand vorliegender Erfindung Federanordnungen der bekannten Art dagegen müs- ist. Durch diesen Ventilteller ragt in seiner Mitte die sen für jeden Druckbereich Einzelfedern unterschied- Ventilspindel 2. Exzentrisch und parallel zu dieser licher Abmessungen entsprechend abgestuft zur Ver- ist in dem Ventilteller ein Hohn 3 befestigt Auf Venfügung stehen. g. tilspindel und Hohn sind Scheiben 4 gleitfähig ge-

Durch die erfindungsgemTtße Unterteilung in Feder- führt, zwischen die, in einer Anordnung, wie sie aus paketteile können für die Einzelfedera Federlängen den nachfolgenden Figuren im einzelnen ersichtlich gewählt werden, die unanfällig gegenüber Ausknik- ist Schraubenfedern 5 eingesetzt sind. Der Ventilken sind. Spezielle Einrichtungen, wie Rohre oder teller 1 tritt an die Sielle einer letzten Scheibe 4.
zentrierende Stangen zum Verhindern des Ausknik- io Zur Fixierung der Federenden besitzen die Scheikens der Feder können damit entfallen. Die Vorteile ben 4 wie auch der Ventilteller 1, vorzugsweise in großer Federlängen in bezug auf den Verlauf der sternförmiger Anordnung, wie aus den Fig. 2 bis 5 Ventilöffnungskurve bleiben dabei erhalten. ersichtlich, auf ihrer Oberfläche kreisrunde Ansätze 6

Darüber hinaus ist es möglich, die Federpaketteile und/oder Vertiefungen. Die Scheiben selbst sind

hinsichtlich ihrer Federanzahl unterschiedlich zu be- 15 gegenüber dem Ventilteller 1 durch den zusätzlichen

setzen. So wird in einem solchen Falle ein mit nur Holm 3 an einer Verdrehung gehindert, wodurch die

wenigen Federn bestücktes Federpaketteil nach einem Federn 5 gegen Ausknicken gesichert sind,

gewissen Ventilhub soweit zusammengedrückt sein, Da mehrere Einzelfedern an Stelle einer einzigen

daß es als starrer Block wirkt und der weitere Hub entsprechend starken Feder bei gleicher Länge natur-

nur noch von den mit einer größeren Federzahl be- ao gemäß einen größeren Schlankheitsgrad aufweisen

stückten Federpaketteilen bestimmt wird. Dadurch und damit leichter ausknicken, ist es notwendig, die

kann die Federkennlinie progressiv gestaltet werden. Federn kürzer zu halten. Andererseits aber setzt eine

Gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel verhältnismäßig flache Ventilkennlinie eine weiche weist jedes Federpaketteil eine zentrale Feder sowie und damit lange Feder voraus. Dieses Problem ist ereine gerade Anzahl äußerer Federn auf, die diese 35 findungsgemäß, wie gezeigt durch die Hintereinanzentrale Feder in regelmäßiger Sternform umgeben. derschaltung mehrerer Etagen I, Π und III von Ein-Diese Anordnung hat den Vorteil, daß praktisch jede zelfedern 5 gelöst.

— auch ungerade — Federanzahl zwischen zwei Die Gesamtfederhärte von beispielsweise vier par-

Scheiben angeordnet werden kann, ohne daß dabei allelgeschalteten Einzelfedern 5 einer jeden Etage ist

die Gefahr besteht daß ein unsymmetrischer Feder- 30 _r_^__r _ c a- c A-C A-C

druck auf den Federteller einwirkt ^Cl ~ ^C" ~ ^Cl" ~ ^{Cl + C}* ^{+ C}» ^{+ 4}

Vorteilhaft ist es ferner, den Ventilteller und die Hieraus berechnet sich die Federhärte der gesam-

Scheiben mit Vertiefungen bzw. Ansätzen zur Fixie- ten Anordnung gemäß
rung der Federenden auszustatten.

Um ein Verdrehen des Ventütellers und der Schei- 35 1111

ben gegeneinander zu verhindern ist es zweckmäßig, — — —— I — 1 —

einen exzentrisch angeordneten Führungsholm vorzu- ^L»e«· ι π in
sehen, an dem die Scheiben hin und her verschiebbar sind. Die Federvorspannung kann durch eine oder ein

Weiterhin ist es zweckmäßig, den Ventilteller und/ 40 Paar von Schraubmuttem 7 auf der Ventilspindel 2 oder die Scheiben auf einer Ventilspindel zu lagern eingestellt werden. Weiterhin ist es denkbar, in be- bzw. zu führen. Die Ventilspindel kann im Bereich sonderen Fällen die Federkennlinie dadurch zu be» ihres einen Endes verschiebbar den Ventilteller und einflussen, daß man noch an weiteren Stellen auf der im Bereich ihres anderen Endes eine Schraubenmut- Ventilspindel 2 Muttern, Stifte oder ähnliche Anter zur Einstellung der Federspannung tragen. Sie 45 schlagelemente vorsieht auf denen die Scheiben 4 zu kann feiner an einer weiteren Stelle eine Schrauben- Beginn oder während des Ventilhubes zum Aufsitzen mutter, einen Stift od. dgl. aufweisen, worauf eine der kommen. In letzterem Falle wird sich für den nachScheiben im Verlaufe des Ventilhubes zum Aufsitzen folgenden Abschnitt des Hubes eine Versteifung der kommt. Federanordnung bemerkbar machen. Ähnliches er-

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus 50 reicht man, wenn man mindestens eine Feder mindeder nachfolgenden Beschreibung in den Figuren dar- stens einer Etage kurzer als die übrigen Federn ausgestellter Ausführungsbeispiele. bildet. Auch kann man zum gleichen Zweck eine oder

F i g. 1 zeigt die Federanordnung eines erfindungs- mehrere Einzelfedern so ausbilden bzw. anordnen,

gemäßen Ventils im Aufriß; die daß ihre Windungen aufeinander zum Aufsitzen

Fig. 2a bis 2e zeigen eine der in Fig. 1 zu er- 55 kommen.

kenenden Scheiben, durch welche die einzelnen hin- Eine solche Federverhärtung bietet, wie anschlietereinandergeschalteten Federpakete voneinander ge- ßend noch gezeigt insbesondere im Falle von Hochtrennt werden, bei verschiedener Bestückung mit Ein- hub-Sicherheitsventilen Vorteile,
zelfedern; die F i g. 2 stellt gewissermaßen einen zur Achse der

F i g. 3, 4 und 5 lassen weitere Möglichkeiten einer 60 Holme 2 und 3 normalen Schnitt durch die Anord-

sternförmigen Anordnung von Einzelfedern erkennen; nung nach Fig. 1 dar, wobei allerdings im ersten

F i g. 6 zeigt eine idealisierte öffnungskurve eines Falle nur eine, im zweiten Falle zwei, im dritten Falle

herkömmlichen federbelasteten Hochhubventils, und drei, im vierten vier und im fünften Falle fünf Einzel-

F i g. 7 zeigt eine Schar von tatsächlichen beobach- federn 5 dargestellt sind. Wie ohne weiteres ersicht-

teten Öffnungskurven solcher Ventile sowie eine er- 65 lieh, wirkt die resultierende Federkraft in jedem Falle

findungsgemäß erhaltene öffnungskurve. zentrisch auf die betreffende Scheibe 4.

In F i g. 1 ist am unteren Ende der Ventilteller 1 Mit entsprechend anders gestalteten Scheiben,

eines Hochhub-Sicherheitsventils zu erkennen, des- deren Grundriß etwa ein sechs- oder achtstrahliger

Stern zugrunde liegt, lassen sich weitere Variationsmögüchkeiten erzielen, wie sie in den F i g. 4 und Ξ dargestellt sind. Unter Umständen kann sich die Gestalt der Scheibe auch auf den Grundriß nach F i g. 3 beschränken, wobei sich immerhin die Möglichkeit bietet, wahlweise eine, zwei oder drei Federn 5 zu verwenden, ohne daß die resultierende Kraft exzentrisch auftritt

Selbstverständlich steht es frei, eine oder mehrere Etagen, wie sie mit I, II oder III bezeichnet sind, mit mehr oder weniger Federn zu bestücken als die übrigen. Hierdurch sind, ebenso wie etwa durch die weiterhin bereits erwähnte Anbringung zusätzlicher Schraubmuttern auf der Ventilspindel 2 als Anschläge für irgendwelche der Scheiben 4, besondere Vorteile bezüglich der öfinungskurve des Ventils zu erzielen, wie nachfolgend erläutert wird.

Fig. 6 zeigt eine Öffnungskurve 8, wie sie bei Sicherheitsventilen im allgemeinen angestrebt wird, innerhalb eines Koordinatensytems, an dessen Abszisse der Durchsatz Q und an dessen Ordinate ein kleiner Bereich Δ ρ des an dem Ventil auftretenden Druckes aufgetragen ist. Die öfinungskurve soll sich bis zur Einmündung in die gleichfalls eingezeichnete Drosselkurve 9 in den Grenzen von ±10% oder weniger des Nenn-ÖSnungsdruckes 10 halten. Diese Grenzen sind in Fig. 6 gestrichelt eingetragen und mit il bzw. 12 bezeichnet.

Viele Hochhubventile zeigen jedoch eine Charakteristik nach Kurve 13 in F i g. 7. Der hohe Druckanstieg am Anfang der Kurve rührt daher, daß noch nicht genügend Menge durch das Ventil fließt, so daß der Staudruck an dem Ventilteller noch nicht voll zur Auswirkung kommen kann, um den Ventilteller zusätzlich anzuheben. Anders ausgedrückt: Für die kleine Durchflußmenge zu Beginn des öffnens ist die Feder zu hart. Eine weichere Feder würde zwar den anfänglichen Druckberg abbauen, dafür aber würde der Druck im Bereich größerer Durchflußmengen womöglich unzulässig weit absinken, wie dies in Gestalt der Kurve 14 in F i g. 7 dargestellt ist.

Eine wirksame Abhilfe kann etwa dadurch geschaffen werden, daß man die normale, bei kleinen

ίο Durchflußmengen zu harte Feder mit einer kürzeren, weicheren Feder hintereinanderschaltet. Diese letztere kann beispielsweise so beschaffen sein, daß sie bei etwa einem Viertel des Gesamthubes auf Block gedrückt wird, d. h., daß ihre Windungen aufeinander zum Aufsitzen kommen. Dann nämlich fließt bereits eine solche Menge durch das Ventil, daß an dem Ventilteller der Staudruck zusätzlich wirksam wird, um die Kraft der harten Feder ohne unzulässigen Druckanstieg zu überwinden. Eine so erhaltene Kurve

ao ist in F i g. 7 mit IS bezeichnet. 16 ist der Punkt, bei dem die Windungen der weicheren Feder aufeinander zum Aufsitzen kommen. Eine solche Hintereinanderschaltung einer härteren mit einer weicheren Feder läßt sich nun erfindungsgemäß etwa dadurch

»5 erreichen, daß eine Etage der Federanordnung mit einer geringeren Federzahl bestückt wird als die übrigen Etagen. Auch die Verkürzung einer oder mehrerer Federn einer oder mehrerer Etagen wird zu einer Federverhärtung führen, wenn diese verkürzten Fedem im Laufe des Hubes zur Wirkung kommen. Ebenso ist eine Federverhärtung durch die erwähnten Anschläge für die Scheiben 4 zu erzielen, indem dann die darauffolgenden Federn ausgeschaltet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

konstruktionen durch den Einsatz entsprechender Patentansprüche: unterschiedlicher Federn praktisch jeder nur denk bare Verlauf der Ventilöffnungskurve, also jede ge-

1. Federbelastetes Sicherheits- und/oder Regel- wünschte öffnungscharakteristik herstellen. Hierzu ventil mit mehreren, zwischen einem Ventilteller s muß aber eine Vielzahl von Federn unterschiedlicher und einer Scheibe eingesetzten, parallelgeschal- Abmessungen zur Verfugung stehen, die ·— sofern es teten, ein Federpaket bildenden Schraubenfedern, sich um Federn mit einer Federdrahtstärke übe* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 13 mm handelt — nur durch »Warmwickeln« mit dem Ventilteller (1) und der Scheibe (la) minde- anschließendem Härten hergestellt werden können, itens zwei Federpaketteile (I, Π) unterteilende io Darüber hinaus erschwert die Vielzahl der notwen-Scheibe (4) angeordnet ist und daß die die Feder- digerweise zur Auswahl stehenden Federn die Lagerpaketteile (I, Π, DI) bestückenden Schrauben- haltung ganz erheblich.

federn (S) gleich sind. Es sind auch Ventile bekannt (vergleiche z. B.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- GB-PS 1047 559), bei denen das Federpaket aus zeichnet, daß jedes FederpaketteU (L Π, ΠΙ) eine 15 einer Anzahl von gleichartigen Federn zusammenzentrale Feder sowie eine gerade Anzahl äußerer gesetzt ist Mit einer derartigen Anordnung läßt sich Federn aufweist, die diese zentrale Feder in regel- aber die Ventüoffnungslsirve nur in sehr beschränkmäßiger Sternform umgeben. ter Weise den jeweiligen Gegegebenheiten anpassen.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Darüber hinaus neigen die bei einer derartigen Anzeichnet, daß der Ventüteller (1) und die Scheiben ao Ordnung zum Zwecke eines günstigen Verlaufes der (la, 4) mit Vertiefungen bzw. Ansätzen (6) zur Öffnungskurve gewählten langen Federn leicht zum Fixierung der Federenden ausgestattet sind. Ausknicken, so daß sie in entsprechender Weise, bei-

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- spielsweiss durch eine zentrale Stange oder ein Rohr, zeichnet, daß der Ventilteller (1) und/oder die geführt werden müssen.

Scheiben (la, 4) auf einer Ventilspindel (2) ge- 35 Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein federlagert bzw. geführt sind. belastetes Sicherheits- und/oder Regelventil zu schaf-

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn- fen, bei dem sich jeder gewünschte Verlauf der Venzeichnet, daß neben der zentralen Ventilspindel tilöffnungskurve, d. h. jede gewünschte öffnungs-(2) ein exzentrisch angeordneter Führungsholm charakteristik auf einfache Weise einstellen läßt, <3) vorgesehen ist, der ein Verdrehen des Ventil- 30 ohne daß hierzu eine aufwendige Herstellung und tellers (1) und/oder der Scheiben (la, 4) gegen- Lagerhaltung in bezug auf die Federn notwendig ist. einander verhindert. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn- daß zwischen dem Ventilteller und der Scheibe minzeichnet, daß die zentrale Ventilspindel (2) im destens eine weitere, das Federpaket in mindestens Bereich ihres einen Endes verschiebbar den Ven- 35 zwei FederpaketteUe unterteilende Scheibe angeordtilteller (1) und im Bereich ihres anderen Endes net ist und daß die Federpaketteile bestückenden eine Schraubenmutter (7) zur Einstellung der Schraubenfedern gleich sind. Federvorspannung trägt. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist ein

7. Ventil nach Anspruch 6, insbesondere als Ventil geschaffen, bei dem ausschließlich Schrauben-Hochschubventil, dadurch gekennzeichnet, daß 40 federn gleicher Art, d. h. mit gleichem Durchmesser, die zentrale Ventilspindel (2) an mindestens einer gleicher Länge und gleicher Drahtstärke verwendet weiteren Stelle eine Schraubenmutter, einen Stift werden. Diese untereinander gleichen Schraubenod. dgl. trägt, worauf eine der Scheiben (4) im federn sind in einer den jeweiligen Erfordernissen Verlaufe des Ventilhubes zum Aufsitzen kommt. entsprechenden Anzahl von Federpaketteilen unter-

8. Ventil nach einem der vorhergehenden An- 45 gebracht. Damit wird die Einstellung jedes beliebigen Sprüche, insbesondere als Hochschubventil, da- Druckes unterhalb eines bei der Auslegung der Fedurch gekennzeichnet, daß die Federpaketteile dem und deren Anordnung vorgegebenen Maximal-(I, II, III) eine unterschiedliche Anzahl von Fe- druckes möglich.

dem (5) tragen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die

50 meist bei bekannten Ventilkonstruktionen veroen-

______ dete, für den Maximaldruck ausgelegte große Einzel

feder, welche auf Grund ihrer Drahtstärke in Einzelanfertigung warmgeformt werden muß, durch mehrere kleinere parallelgeschaltete, untereinander abso-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein 55 lut gleiche, jeweüs in Federpaketteilen zusammenfederbelastetes Sicherheits- und/oder Regelventil mit gefaßte Federn ersetzt. Diese kleinen Federn können mehreren, zwischen einem Ventilteller und einer wiederum auf Grund ihrer kleinen Drahtstärke kalt-Scheibe eingesetzten, parallelgeschalteten, ein Feder- gewickelt werden. Da die kleinen Federn zudem in paket bildenden Schraubenfedern. großer Stückzahl benötigt werden, lohnt sich auch die

Derartige Ventile sind in den verschiedensten Aus- 60 Fertigung auf Automaten.

führungsformen seit langem bekannt. Die in den Die erfindungsgemäße Ventilanordnung hat weiter-

Federpaketen zusammengefaßten Einzelfedern korn- hin den Vorteil, daß durch Fortlassen einer oder men dabei entweder über den gesamten Hub des mehrerer parallelgeschalteter Federn unterhalb des Ventils gemeinsam (vergleiche z. B. deutsche Patent- obenerwähnten Maximaldruckes sich praktisch jeder schritten 7 54 938 und 8 99 887) oder hintereinander, 65 beliebige Druckbereich unter Beibehaltung der geil, h. abgestuft (vergleiche z. B. DT-AS 10 44 622 und forderten öffnungscharakteristik des Ventils herstellu 88 305) zum Einsatz. len läßt. Dies ist deshalb möglich, weil für den Zwar läßt sich bei derartigen bekannten Ventil- nächstniedrigen Bereich durch Weglassen einer oder