DE19602106C2

DE19602106C2 - Drehscheibenventil

Info

Publication number: DE19602106C2
Application number: DE1996102106
Authority: DE
Inventors: Latoschinski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2016-01-23
Also published as: DE19602106A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehscheibenventil zur Steuerung der Durchflußmenge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehscheibenventile weisen in einem druckfesten und dichten Gehäuse mit zwei Anschlußstutzen zwei dicht aufeinander liegende Scheiben mit Durchbrüchen auf. Die erste Scheibe ist im allgemeinen verdrehfest, die zweite verdrehbar gegenüber der festen Scheibe gelagert, und die Durchbrüche in beiden Scheiben sind so gestaltet, daß beim Verdrehen der zweiten Scheibe von einer Endlage in die andere der Durchflußquerschnitt sich ändert. Die Betätigung der verdrehbar gelagerten Scheibe erfolgt bei kleinen Drehscheibenventilen von Hand, bei größeren auch mit Hilfskraft.

Aus DE 38 21 351 C2 ist ein Drehscheiben-Segmentventil bekannt, bei dem die drehbare Scheibe von einer ringförmigen, federnden Vorrichtung gegen die feststehende Scheibe gedrückt wird und das Gehäuse zur Einsparung von Baulänge und Gewicht im wesentlichen die Form eines flachen Zylinders aufweist, dessen Grundflächen zum Anschluß an Dichtflächen ausgebildet sind. Wegen der axial wirkenden Abdichtung der drehbaren Scheibe ist das bekannte Drehscheiben-Segmentventil nur bei eindeutigen Druckverhältnissen verwendbar, d. h., das Ventil ist so einzubauen, daß die drehbare Scheibe zur Hochdruckseite hin zeigt, und Hoch- und Niederdruckseite dürfen nicht wechseln, wenn das Ventil dicht bleiben soll.

Aus DE 42 20 070 C2 ist ein weiteres Drehscheiben-Segmentventil bekannt, bei dem zur Überwindung dieses Nachteils die verdrehfest gelagerte Scheibe axial verschieblich in dem Gehäuse gehaltert ist, die verdrehbare zweite Scheibe durch eine ringförmige federnde Vorrichtung gegen die erste Scheibe unter Vorspannung anliegt und jede der Durchflußöffnungen in der ersten Scheibe auf der der zweiten Scheibe zugewandten Seite allseitig von einem gleichmäßig breiten Dichtrand umgeben ist, der gegenüber der umgebenden Scheibenfläche vorspringt.

Die Durchflußöffnungen in beiden Scheiben der bekannten Drehscheiben-Segmentventile sind jeweils paarweise geometrisch gleich gestaltet und bezüglich der Symmetrieachse gleich angeordnet, so daß beim Verdrehen der zweiten Scheibe von einer Endlage in die andere sich der Durchflußquerschnitt jeder Paarung in gleicher Weise ändert.

In der Fluidtechnik sind Einsatzgebiete bekannt, in denen ein Medium in unterschiedlicher Menge fein zerstäubt in ein anderes einzubringen ist. Dies ist zum Beispiel bei der Kühlung von Heißdampf durch Injektion von Kühlwasser der Fall, bei Feuerlöschanlagen, bei der Luftbefeuchtung in Klimaanlagen und auch bei der Brennstoffeindüsung. Die Zerstäubung in der gewünschten Art findet aber nur ab einem vorgegebenen Minimaldurchsatz durch jede Zerstäubungsdüse statt. Zur Erzielung einer großen Mengenspreizung ist es daher bekannt, mehrere Düsen vorzusehen und diese durch getrennte Ventile abhängig von dem angestrebten Gesamtdurchsatz registerartig anzusteuern, so daß dabei jede Zerstäubungsdüse in einem günstigen Durchsatzbereich betrieben wird. Die Anordnung und Ansteuerung einer Vielzahl getrennter Ventile sind jedoch aufwendig und daher teuer. Außerdem bereitet die Abstimmung der Öffnungsgrade der einzelnen Ventile erhebliche Schwierigkeiten.

Es ist ferner durch DE 81 07 540 U1 ein Mehrwegeventil mit einem Eingang und mindestens zwei Ausgängen bekanntgeworden, das im wesentlichen als Umschaltventil für den Sanitärbereich, beispielsweise zum Umschalten von einer Kopfbrause auf eine Seitenbrause oder eine Handbrause, vorgesehen ist. Dieses bekannte Mehrwegeventil ist daher nicht dazu eingerichtet, registerartig mehrere Teilströme anzusteuern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehscheibenventil der gattungsgemäßen Art anzugeben, das einen Fluidstrom in variable zuschaltbare Teilströme aufteilt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß mit nur einem Ventil mehrere Teilströme so steuerbar sind, daß ihre Volumenströme variabel sind.

Ferner ist vorteilhaft, daß auch bei Teillast die mit den Volumenströmen gespeisten Zumeßeinrichtungen stets im günstigsten Betriebsbereich arbeiten.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die beiden miteinander wirkenden Scheiben des erfindungsgemäßen Drehscheiben-Registerventils mit der Anordnung der Durchflußöffnungen für drei Zerstäubungsdüsen,

Fig. 2 das Ventilgehäuse in verkleinerter Darstellung,

Fig. 3 die Festscheibe aus Fig. 1 in drei Ansichten und

Fig. 4 die Losscheibe aus Fig. 1 in zwei Ansichten.

Gleiche Bauteile mit gleicher Funktion sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Aus der Darstellung der Fig. 1 ist das Prinzip der Gestaltung der Durchflußöffnungen in den beiden Scheiben des Ventils für die Beaufschlagung von drei Zerstäubungsdüsen zu entnehmen. Die in Fig. 1 gestrichelt gezeigte, im Segmentventil austrittseitig angeordnete Festscheibe 1 weist daher über den Umfang gleichmäßig verteilt drei sektorförmige Durchflußöffnungen 2 auf, von denen jede über Anschlußbohrungen 3 verfügt, die nicht dargestellte Rohrleitungen zur Verbindung mit jeweils einer nicht dargestellten Zerstäubungsdüse aufnehmen können. Ringnuten 3' (Fig. 3) sind für O-Ringe zur Abdichtung der Rohrleitungen vorgesehen.

Die Losscheibe 4 weist ebenfalls drei Durchflußöffnungen auf, die jedoch im Unterschied zu der Anordnung in der Festscheibe 1 als Sektoren unterschiedlicher Breite gestaltet und auch nicht symmetrisch zueinander oder zu den Durchflußöffnungen 2 der Festscheibe 1 angeordnet sind. Im folgenden werden Aufbau und Funktion des Ventils unter der Annahme beschrieben, daß die Losscheibe 4 in Öffnungsrichtung im Uhrzeigersinn und in Schließrichtung im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Daher ergeben sich für die Bewegung der Losscheibe 4 aus der dargestellten Schließstellung in Öffnungsrichtung für jede der Durchflußöffnungen in der Losscheibe 4 vorlaufende und nachlaufende sektorbegrenzende Kanten.

So ist für die Durchflußöffnung 5 die Kante 6 vorlaufend, die Kante 7 nachlaufend. Für die Durchflußöffnung 8 ist die Kante 9 vorlaufend, die Kante 10 nachlaufend und entsprechend für die Durchflußöffnung 11 die Kante 12 vorlaufend, die Kante 13 nachlaufend. Weiter ist vorgesehen, daß die sektorbegrenzenden Kanten einer jeden Durchflußöffnung in der Losscheibe 4 unterschiedliche Zentriwinkel einschließen, mithin die dadurch charakterisierten Durchflußöffnungen 5, 8 und 11 unterschiedlich breit sind.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Durchflußöffnungen 5, 8 und 11 so getroffen, daß der sektorbegrenzende Zentriwinkel α der Durchflußöffnung 5 um den Faktor "3" größer ist als der entsprechende Zentriwinkel γ der Durchflußöffnung 11, der Zentriwinkel β der Durchflußöffnung 8 um den Faktor "2". Dabei ist der Zentriwinkel γ der Durchflußöffnung 11 und damit deren Breite und deren Form im wesentlichen gleich mit der Breite und der Form jeder der Durchflußöffnungen 2 der Festscheibe 1. Gleichzeitig sind die in Schließrichtung nachlaufenden Kanten 7, 10 und 13 der Durchflußöffnungen 5, 8 und 11 bezüglich der Scheibendrehachse 15 in gleicher Weise winkelsymmetrisch angeordnet wie die (gedachten) Flächensymmetrielinien der Durchflußöffnungen 2 in der Festscheibe 1.

Die beschriebene Anordnung und Gestalt der Durchflußöffnungen in beiden Ventilscheiben ergibt bei einer angenommenen Öffnungsbewegung der Losscheibe 4 im Uhrzeigersinn, ausgehend von der Schließstellung des mit diesen Scheiben bestückten Ventils, daß bei Beginn der Öffnungsbewegung zunächst nur die vorlaufende Kante 6 der Durchflußöffnung 5 in den Lichtraum der zugehörigen Durchflußöffnung 2 auf der Festscheibe 1 gelangt und der Fluidstrom zu der mit dieser Durchflußöffnung verbundenen Zerstäuberdüse zunächst in geringer Menge gelangt. Bei Fortsetzung der Öffnungsbewegung wird schließlich die volle Öffnung dieser einen Durchflußöffnungspaarung erreicht, so daß die damit verbundene Zerstäuberdüse mit maximalem Durchsatz arbeitet, die beiden anderen Durchflußöffnungspaarungen sind vorerst noch geschlossen.

Mit Fortsetzung der Öffnungsbewegung tritt nun auch die vorlaufende Kante 9 der Durchflußöffnung 8 in den Lichtraum der zugehörigen Durchflußöffnung 2, der Durchfluß durch diese Durchflußöffnungspaarung beginnt, während wegen der oben beschriebenen Zuordnung der Zentriwinkel die erstgenannte Durchflußöffnungspaarung weiter offen bleibt. Wenn auch für die zweite Paarung 8, 2 die volle Öffnung erreicht ist, erfolgt mit der weiteren Drehbewegung der Losscheibe in Öffnungsrichtung der Beginn der Öffnung für die Durchflußöffnungspaarung 11, 2 und am Ende der Öffnungsbewegung deren volle Öffnung. In dieser Endstellung sind dann alle drei Durchflußöffnungspaarungen voll geöffnet, der maximale Durchsatz des mit diesem Ventil gesteuerten Fluidstroms erreicht.

Bei Beginn der Schließbewegung der Losscheibe 4 im Gegenuhrzeigersinn wird entsprechend der zuletzt geöffnete Durchfluß 11, 2 zuerst geschlossen, während die beiden übrigen Durchlässe 8, 2 und 5, 2 vollgeöffnet bleiben, um eine optimale Zerstäubung auch bei Teillast zu erzielen. Danach wird auch die Durchflußöffnungspaarung 8, 2 nach und nach geschlossen, die verbleibende Durchflußöffnungspaarung 5, 2 steuert allein den zwischen Null und Drittellast liegenden Durchsatz.

Die sektorförmigen Durchlässe nach dem Ausführungsbeispiel ergeben den größtmöglichen Durchflußquerschnitt für einen vorgegebenen Verdrehwinkel der Losscheibe 4. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch die Wahl anderer Formen der Durchflußöffnungen möglich, beispielsweise, um einen vorgegebenen Verlauf der Kennlinie zwischen dem Drehwinkel der Losscheibe 4 und dem Durchfluß zu erzielen.

Ferner kann die Verteilung der Durchflußöffnungen auf den Scheiben nach besonderen Gesichtspunkten bestimmt sein, zum Beispiel kann es erwünscht sein, daß während des Öffnungsvorgangs die folgende Durchflußöffnungspaarung bereits durchlässig wird, wenn die vorher geöffnete noch nicht ihren vollen Öffnungsquerschnitt erreicht hat. In diesem Falle sind die Multiplikationsfaktoren der die Kanten begrenzenden Zentriwinkel der sektorförmigen Durchflußöffnungen in der Losscheibe größer als im beschriebenen Ausführungsbeispiel gewählt.

Ferner ist bei der Wahl der Durchflußöffnungen zu beachten, daß die Überdeckung ausreichend ist, d. h., daß in der Schließstellung des Ventils zwischen den Rändern der dann zueinander versetzten Durchflußöffnungen 5 und 2, 8 und 2 und 11 und 2 genügend breite Dichtflächen verbleiben.

Das in Fig. 2 dargestellte Gehäuse 21 des Ventils weist im wesentlichen die Form eines flachen Zylinders auf mit einem zentralen Durchfluß 22. Die Grundfläche 23 dient als Dichtfläche für einen Anschlußflansch. An der gegenüberliegenden Grundfläche 24 wird ein Halteflansch installiert, der mit Hilfe von Schrauben mit dem Anschlußflansch verspannt wird. Der Durchfluß 22 weist eine durchbrochene Stirnwand 25 zur Anlage der Festscheibe 1 auf. Die Durchbrüche 26 in der Stirnwand 25 entsprechen in der Größe und der Anordnung den Anschlußbohrungen 3 in der Festscheibe 1 und dienen zur Aufnahme der Rohre, die in die Durchbrüche 26 eingeschweißt oder eingelötet werden können. Es ist somit ein Auswechseln beider Scheiben ohne eine Demontage der Rohre möglich.

In der Stirnwand 25 ist auf einem Teilkreis ein Drehsicherungsstift 27 befestigt, dessen freies Ende in eine entsprechende Bohrung 28 der Festscheibe 1 eingreift und diese gegen Verdrehen sichert. In einer Ringnut 29 des Gehäuses 21 ist ein Rundschnurring einlegbar, der am Außenumfang der Scheibe 1 dichtend anliegt. Bei größeren Ansprüchen an die Druckfestigkeit und Dichtheit des Ventils ist auch die Anordnung mehrerer Rundschnurringe in entsprechend nebeneinander liegenden Ringnuten möglich.

Tangential zum Durchfluß 22 ist in dem Gehäuse 21 eine Bohrung 30 zur Aufnahme einer Zahnstange (nicht dargestellt) eingebracht. Die Zahnstange ist in der Bohrung längsverschieblich gelagert und steht mit einer Verzahnung 35 am Umfang der Losscheibe 4 im Eingriff (Fig. 4). Die Betätigung des Ventils erfolgt, indem die Zahnstange in der Bohrung 30 längs bewegt wird und dabei über die Verzahnung 35 am Umfang der Losscheibe 4 diese verdreht. Die Bohrung 30 ist bei 31 mit einer geeigneten Scheibe und mit Schrauben verschließbar. Eine Aufweitung 32 dient zur Aufnahme einer Dichtung, durch die die Zahnstange hundurchtritt.

Die Festscheibe 1 und die Losscheibe 4 des Ventils weisen jeweils zentrisch eine Aufnahmebohrung 36, 37 für einen Zentrierstift (nicht dargestellt) auf, der die Drehachse für die Losscheibe 4 bildet. Die Losscheibe 4 ist auf diesem Zentrierstift drehbar und axial verschiebbar gelagert.

Das Drehscheibenventil wird in die abzusperrende bzw. im Durchfluß zu regelnde Rohrleitung vorzugsweise so eingebaut, daß die Stirnwand 25 stromab liegt und die Druckdifferenz bei geschlossenem Ventil die vor der Festscheibe 1 angeordnete Losscheibe 4 dichtend an die Festscheibe 1 anpreßt.

Im Hinblick auf das wichtigste Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Drehscheibenventils, nämlich dem der industriellen Anlagen, sind die Scheiben 1, 4 aus einem korrosionsfesten Material, im besonderen aus einer rostfreien Stahllegierung, gefertigt. Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Erosion durch das strömende Medium sind die Scheiben 1, 4 vorzugsweise gehärtet. Zur Gewährleistung der Dichtwirkung sind die Scheiben 1, 4 sorgfältig plangeschliffen. Dabei sind die Durchflußöffnungen 2 auf der Festscheibe 1 auf der der Losscheibe 4 zugewandten Seite allseitig von einem gleichmäßig breiten Dichtrand 38 umgeben. Dieser Dichtrand springt jeweils gegenüber der umgebenden Scheibenfläche 39 vor. Der Planschliff beschränkt sich auf die Stirnseiten der Dichtränder 38.

Es hat sich gezeigt, daß damit in bestimmten Fällen abhängig von der Art, Beschaffenheit und/oder Temperatur des strömenden Mediums und/oder von der Druckdifferenz bei gesperrtem Ventil die Betätigungskräfte in erwünschter Weise gering gehalten werden können. Außerdem lassen sich unerwünschte Verzögerungen in der Dichtwirkung beim Übergang vom durchlässigen in den abgesperrten Zustand vermeiden.

Es hat sich gezeigt, daß bei Druckumkehr, also beim Anstehen des höheren Druckes von der Seite der Festscheibe 1 her, die angestrebte Dichtwirkung schnell und zuverlässig eintritt. Es wird angenommen, daß der letztgenannte Effekt darauf beruht, daß bei der angegebenen Ausbildung der Dichtflächen als Dichtränder 38 erheblich weniger Flüssigkeitsvolumen bei einer Axialbewegung der Scheibe 1 verdrängt werden muß, bis die Scheibe 1 zur Anlage an die Scheibe 4 kommt.

Bei Auskleidung der Durchflußöffnungen mit keramischen Stoffen läßt sich die Lage und Länge der Keramikbuchsen so wählen, daß diese gegenüber dem Scheibenwerkstoff vorstehen und die Dichtflächen bilden. Schließlich können durch die Verwendung von Sinterkeramik die Durchflußquerschnitte in einfacher Weise an die jeweils gewünschten Formen angepaßt werden.

Claims

1. Drehscheibenventil zur Steuerung eines Fluidstroms mit einer in einem Gehäuse verdrehfest gelagerten mit Durchflußöffnungen versehenen ersten Scheibe und einer in dem Gehäuse verdrehbar gelagerten, an der ersten Scheibe anliegenden und mit Durchflußöffnungen zur Aufteilung des Fluidstroms in mehrere Teilströme versehenen zweiten Scheibe, wobei die Durchflußöffnungen beider Scheiben sich in einer ersten Stellung, der Durchflußstellung, gegenüberstehen und den Fluidstrom freigeben, und in einer zweiten Stellung, der Schließstellung, gegeneinander versetzt sind und den Fluidstrom sperren und wobei die verdrehfest gelagerte Scheibe stromab im Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (5, 8, 11) einer Scheibe (4) derart gestaffelt hintereinander angeordnet sind, daß die in Öffnungsrichtung vorlaufenden Kanten (6, 9, 12) der Durchflußöffnungen (5, 8, 11) nacheinander die vorlaufenden Kanten der Durchflußöffnungen (2) der anderen Scheibe (1) zur Öffnung des jeweiligen Durchflusses überstreichen.

2. Drehscheibenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils in Öffnungsrichtung nachlaufenden Kanten aller Durchflußöffnungen (2, 5, 8, 11) beider Scheiben (1, 4) in Umfangsrichtung ungestaffelt angeordnet sind.

3. Drehscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (2, 5, 8, 11) beider Scheiben (1, 4) sektorförmig ausgebildet sind.

4. Drehscheibenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sektorbegrenzenden Kanten der Durchflußöffnungen (2) in der ersten Scheibe (1) gleiche Zentriwinkel einschließen und die sektorbegrenzenden Kanten einer jeden Durchflußöffnung (5, 8, 11) in der zweiten Scheibe (4) unterschiedliche Zentriwinkel einschließen.

5. Drehscheibenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sektorbegrenzende Zentriwinkel (α) der ersten Durchflußöffnung (5) um den Faktor "3", der Zentriwinkel (β) der zweiten Durchflußöffnung (8) um den Faktor "2" größer ist als der entsprechende Zentriwinkel (γ) der dritten Durchflußöffnung (11).

6. Drehscheibenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentriwinkel (γ) der dritten Durchflußöffnung (11) in der zweiten Scheibe (4) und damit deren Breite und deren Form im wesentlichen gleich der Breite und der Form jeder der Durchflußöffnungen (2) der ersten Scheibe (1) ist.

7. Drehscheibenventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Öffnungsrichtung nachlaufenden Kanten (7, 10, 13) der Durchflußöffnungen (5, 8, 11) der zweiten Scheibe (4) bezüglich der Scheibendrehachse (15) in gleicher Weise winkelsymmetrisch angeordnet sind wie die (gedachten) Flächensymmetrielinien der Durchflußöffnungen (2) in der ersten Scheibe (1).

8. Drehscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (1, 4) aus keramischem Werkstoff bestehen.

9. Drehscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (2, 5, 8, 11) beider Scheiben (1, 4) mit verschleißfesten Buchsen ausgekleidet sind.

10. Drehscheibenventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen aus keramischen Stoffen bestehen.

11. Drehscheibenventil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und Länge der für die Auskleidung verwendeten Buchsen so gewählt sind, daß diese bei der ersten Scheibe (1) auf der der zweiten Scheibe (4) zugewandten Seite gegenüber dem Scheibenwerkstoff vorstehen und die Dichtflächen bilden.

12. Drehscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (21) mit den Durchflußöffnungen (2) der verdrehfest gelagerten Scheibe (1) fluchtende Öffnungen (26) vorgesehen sind, in welchen die Teilströme weiterleitende Rohre gehalten sind, und daß die Rohre in Anschlußbohrungen (3) in der drehfest gelagerten Scheibe (1), die ebenfalls mit den Durchflußöffnungen (2) fluchten, hineinragen und zu den Wandungen der Anschlußbohrungen (3) abgedichtet sind.

13. Drehscheibenventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in den Anschlußbohrungen (3) mit O-Ringen abgedichtet sind.