DE2026629B2 - Temperatur-regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einer Stellvorrichtung zum temperaturabhängigen Verstellen des Ventils.

Derartige Regelventile werden für verschiedene Zwecke benötigt, z. B. zur Regelung eines Wärmetauichers, zur Mischung von Flüssigkeiten oder Gasen und für viele andere Aufgaben. Bei diesen Regelventilen ist es bekannt, Bimetalle, Thermoelemente, Wachselemente oder mit einer Flüssigkeit gefüllte Wellrohrfederkörper zu ihrer Verstellung zu verwenden. Außer bei den Regelventilen mit Thermoelementen erfolgt die Verstellung der Ventile direkt durch eine temperaturabhängige Formänderung des jeweiligen Stellelements. Bei Thermoelementen wird dagegen eine von der Temperatur abhängige Spannung zur indirekten Steuerung der Ventile benutzt.

Alle erwähnten Regelventile haben gewisse Nachteile, die ihre Verwendung jeweils nur ajf ein bestimmtes Gebiet beschränken. So haben z. B. Regelventile mit Bimetallstellgliedern eine kleine Betätigungskraft, so daß damit ausgerüstete Ventile sehr oft schon bei geringen Druckunterschieden zwischen beiden Seiten des Ventils öffnen. Daher sind Regelventile mit Bimetallstellgliedern nur dort einsetzbar, wo geringe Drücke herrschen.

Bei Wachselementen die aus einem mit einer Wachsmasse gefüllten Zylinder bestehen, welche sich beim Erhitzen ausdehnt, ist es notwendig, die Wachsmasse gegen das zu regelnde Medium abzudichten. Diese Dichtung begrenzt aber die Lebensdauer der Wachselemente, deren Temperaturbeständigkeit durch den Dampfdruck des Wachses ebenfalls begrenzt ist Ein

ίο weiterer Nachteil ist die Tatsache, daß bei der Erreichung eines relativ hohen Dampfdruckes Leckgefahr besteht, so daß hierdurch eine bleibende Verschiebung bei einem Regelventil auftreten kann.

Regelventile mit Wellrohrfederkörpern als Stellvor-

richtung benötigen einen relativ großen Einbauraum, da sich der notwendige Hub nur mit einem relativ großen Wellrohrfederkörper erzielen läßt Diese Wellrohrfederkörper sind mit einer Flüssigkeit, deren Siedepunkt sehr niedrig liegt, gefüllt und müssen anschließend dicht verschlossen werden. Die Zuverlässigkeit derartiger Stellvo; richtungen ist aber sehr gering, da die Wellrohrfederkörper wegen der niedrigen Siedetemperatur der Flüssigkeit im kalten Zustand, z.B. durch Umbördeln verschlossen werden müssen, so daß sie oft undhht sind. Weiterhin können derartige Wellrohrfederkörper durch Korrosion schnell zersetzt werden, da ihre Wände aus sehr dünnem Material bestehen. Das bedeutet aber, daß die schon geringe Lebensdauer noch durch die Zahl der Biegewechsel begrenzt wird.

Der Nachteil von Regelventilen, bei denen Thermoelemente eine Spannung zu ihrer Verstellung liefern, ist die Tatsache, daß sie sehr kompliziert und aufwendig lind und für Aufgaben, bei denen Explosionsgefahr hesteht, nicht verwendbar sind. Insgesamt gesehen haben die erwähnten Regelventil·; mehr oder weniger starke Nachteile, die ihre Anwendung, wie bereits erwähnt, auf bestimmte Gebiete beschränken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ijeschüderten Nachteile zu vermeiden und ein Regel- /entil vorzusehen, das universell einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stellvorrichtung ein Hubelement 18 aus einer bestimmen Nickel-Titan-Legierung aufweift, die unterhalb ;iner bestimmten Umwandlungstemperatur ein monodines Gefüge besitzt, so daß das Hubelement 18 durch sine geeignete Kraft um einen entsprechend bemessenen Hub verformbar ist, und daß die Legierung oberhalb der Umwandlungstemperatur in ein kubisches Raumgitter umkippt, so daß das Hubelement 18 sich um den Hub gegen die zur Verformung aufgebrachte Kraft zurückformt.

Das erfindungsgemäße Regelventil benutzt die Eigenschaften eines seit kurzer Zeit bekannten Werkstoffes zu seiner temperaturabhängigen Verstellung.

Dieser Werkstoff hat, wie bereits erwähnt, im kalten Zustand ein monoklines Gefüge von geringer Festigkeit, so daß ein aus diesem Werkstoff bestehendes Werkstück sich hierbei mit geringer Kraft und ohne Schaden zu erleiden beliebig oft bis zu etwa 10% verformen, z. B. dehnen, biegen, stauchen oder verdrehen läßt. Wird dieser Werkstoff bis oberhalb einer bestimmten Umwandlungstemperatur erwärmt, dann kippt das monokline Gefüge in ein kubisches Raumgitter um und die Verformung bildet sich bei großer Kraftentwicklung zurück. Der Werkstoff hat hierbei eine relativ hohe Festigkeit. Wird der Werkstoff anschließend wieder unter der Umwandlungstemperatur abgekühlt, dann kippt das Raumgitter wieder in das

'f

monokline Gefüge zurück, so daß ein Werkstück wieder die für eine leichte Verformung geringe Festigkeit besitzt

Da das Verformen bzw. Zurückformen bei verschiedenem Gitteraufbau des Werkstoffes erfolgt, kann dieser Vorgang beliebig oft wiederholt werden, ohne daß eine Ermüdung des Werkstoffes auftritt. Weiterhin ist dieser Werkstoff in einem weiten Bereich sehr temperaturunempfindlich, so daß er direkt von dem zu regelnden Medium umspült werden kann. Ein erfindungsgemäßes Regelventil läßt sich daher sehr einfach, leicht und billig hersteilen und arbeitet sehr zuverlässig.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Regelventils in Schließstellung,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Regel ventils mit verdoppeltem Hub und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Regelventils, das für verschiedene Temperaturbereiche einstellbar ist

In Fig. 1 ist ein temperaturabhängiges Regelventil in Schließstellung dargestellt, das aus einer Hülse 12 besteht, die in eine Bohrung 11 einer Schraubbuchse 10 eingesteckt ist und mit einer in die Hülse 12 eingreifenden Schraube 14 an der Schraubbuchse 10 befestigt ist. Die Schraubbuchse 10 ist in eine Bohrung 9 einer Gehäusewand 8 eingeschraubt. Auf die Hülse 12, die an ihrem freien Ende einen Flansch 13 aufweist, ist vor der Befestigung an der Schraubbuchse 10 eine y. Druckfeder 15 und eine Buchse 16, die einen scheibenförmigen Ansatz 17 aufweist, aufgesteckt. Der Flansch 13 der Hülse 12 und der Ansatz 17 der Buchse 16 sind durch vier symmetrisch angeordnete Speichen 18 miteinander verbunden. Diese Speichen 18, die an dem Flansch 13, bzw. an dem Ansatz 17 befestigt sind, stellen jeweils ein Hubelement dar.

Der Hub der Speichen wird auf eine Spindel 20 übertragen, die in der Bohrung 19 der Hülse 12 eingeführt ist Diese Spindel 20 ist mit einem Stift 21. der in eine in ihrem Endbereich vorgesehene Bohrung eingreift, an der Buchse 16 befestigt. Der Stift 21 greift dabei durch Längsschlitze 22, die in der Müise 12 an entsprechender Stellung vorgesehen sind. Die Spindel 20 besitzt in ihrem aus der Hülse 12 hervorstehenden 4s Teil eine Ringnut 23, in die eine Sicherungsscheibe 24 eingelegt ist. Über den aus der Hülse 12 hervorstehenden Teil der Spindel 20 ist danach eine Scheibe 25 eine Druckfeder 26 und ein mit einer entsprechenden Bohrung versehener Ventilteller 27 gestreift. Diese se Bauteile sind anschließend mit einer Schraube 28, die in eine axiale Gewindebohrung 29 der Spindel 20 eingreift, an der Spindel 20 befestigt. Der Ventilteller 27 ί <:gt in der Schließstellung an einem Ventilsitz 6 und versperrt hierbei den Durchflußkanal 7.

Das dargestellte Regelventil arbeitet folgendermaßen. Im warmen Zustand ist der Durchlaßkanal 7 wie dargestellt gesperrt. Die Temperatur der Speichen 18 liegt dabei durch das sie umgebende Medium oberhalb der Umwandlungstemperatur, so daß die Speichen 18 eine hohe Festigkeit haben und durch die Feder 15 nicht gedehnt werden können. Sinkt die Temperatur des Mediums und damit auch die Temperatur der Speichen 18 bis unter die Umwandlungstemperatur, dann kippt das kubische Raumgitter in ein monoklines Gefüge um, fts und die Speichen 18 haben nur noch eine geringe Festigkeit. Jetzt ist die Feder 15 in der Lage, die Sneichen 18 zu denen, so daß hierdurch die Buchse 16 und damit die Spindel 20 vom Ventilsitz 6 fortbewegt werden. Dadurch hebt aber der Ventilteller 27 vom Ventilsitz 6 ab und öffnet den Durchlaßkanal 7. Der Hub der Speichen 18 ist hierbei durch die Längsschlitze 22, gegen deren Enden der Stift 22 auflaufen kann, begrenzt.

Steigt die Temperatur der Speichen 18 durch das jetzt durchfließende Medium wieder an und überschreitet sie dabei die Umwandlungstemperatur, dann kippt das monokline Gefüge wieder in ein kubisches Raumgitter um, und die Speichen 18 habei. wieder ihre hohe Festigkeit Deshalb bildet sich die Dehnung der Speichen 18 gegen die Kraft der Druckfeder 15 wieder zurück, so daß der Ventilteller 27 gegen den Ventilsitz 6 bewegt wird und dagegen aufläuft Der Ventilteller 27 ist aber verschiebbar an der Spindel 20 befestigt, so daß er beim Auflaufen auf den Ventilsitz 6 durch Spannen der Druckfeder nachgeben kann. Damit wird eine Überdruckfunktion für das Regelventil erzielt und gleichzeitig eine Überbelastung der Sitzfläche vermieden.

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. dab in der Öffnungsstellung dargestellt ist, unterscheidet sich von dem nach F i g. 1 dadurch, daß der Hub für das Regelventil durch ein Übersetzungsglied auf den doppelten Hub einer Speiche erhöht ist. Dieses L'bersetzungsglied besteht aus einer Überset/ungshülse 35, die an ihren beiden Enden je einen Flansch 36 und 37 und in der Mitte der Hülsenbohrung ein die Bohrung einengenden Ringsteg 38 aufweist. In den Flanschen 36 un.i 37 sind an entsprechender Stelle Bohrungen /ur Befestigung bzw. zum Durchführen der Speichen 18 vorgesehen.

Die Übersetzungshülse 35 ist vor dem Überstreifen der Buchse 16 über die Hülse 12 und die Druckfeder 15 gestreift, so daß sich die Druckfeder 15 an dem Flansch 13 der Hülse 12 und an dem Ringsteg 38 der Übersetzungehülse 35 abstützt. Anschließend ist auf der anderen Seite in die Bohrung der Übersetzungshülse 35 eine zweite Druckfeder 39 eingesteckt und danach die Buchse 16 über die Hülse 12 geschoben und mit dem Stift 21 an der Spindel 20 befestigt. Die Anzahl der Speichen 18, die hierbei ebenfalls symmetrisch angeordnet sind, beträgt sechs. Es können aber auch vier oder acht Speichen verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbinden die Speichen 18 jedoch nicht den Flansch 13 mit dem Ansatz 17 der Buchse Ib. Zur Verdoppelung des Hubs verbindet eine Hälfte der Speichen 18 den Flansch 13 der Hülse 12 mit dem dem Ansatz 17 der Buchse 16 gegenüberliegenden Flansch 37. Die andere Hälfte der Speichen 18 verbindet dagegen den Ansatz 17 der Buchse 16 mit dem Flansch 36 der Übersetzungshülse 35. Die Speieben 18 sind dabei durch Bohrungen in den Flanschen 36 und 37 der Übersetzungshülse durchgeführt.

Die Funktion dieses Regelventils unterscheidet sich nur durch die Hubverdoppelung von dem Ausführungsl.ispiel nach Fig. 1. Im dargestellten Beispiel befindet sich das Regelventil kur/ nach der Öffnung des Duu-hfliiiikanals 7. Die Temperatur der Speichen 18 liegt daher unterhalb der I imwandlungstcmperatur. so daß die Festigkeit der Speichen den zur Dehnung geringen Wert aufweist. Wird durch das jei/.t durchfließende Medium die Temperatur der Speichen bis oberhalb der Umwandlungstemperatur erhöht, dann kippt das monokline Gefüge in ein kubisches Raumgitter um, und die Speichen 18 haben eine hohe Festigkeit. Sie bilden dadurch ihre Dehnung gegen die Kraft der

Druckfedern 15 und 39 zurück, wobei der Hub der einen Hälfte der Speichen von der Hülse 12 auf die Übersetzungshülse 37 übertragen wird, die diesen und den Hub der zweiten Hälfte der Speichen 18 auf die Buchse 16 und damit auf die Spindel 20 überträgt. Dadurch wird der Ventilteller 27 gegen den Ventilsitz 6 bewegt bis er dagegen aufläuft. Unterschreitet nach dem Verschließen des Durchlaufkanals 7 die Temperatur der Speichen 18 wieder den Wert der Umwandlungstemperatur, dann kippt das kubische Raumgitter in ein monoklines Gefüge zurück und die Festigkeit der Speichen 18 ist wieder gering. Die Druckfedern 15 und 39 dehnen danach die Speichen 18, so daß der Ventilteller 27 wieder von seinem Ventilsitz 6 abhebt.

Das dritte Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zeigt ein Regelventil, das für drei Temperaturbereiche einstellbar ist. Dieses Regelventil unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dadurch, daß die Speichen 18 aus drei miteinander verbundenen Teilen 18', 18" und 18'" bestehen. Weiterhin ist die Hülse 12 in der Schraubbuchse 10 nicht starr befestigt, sondern axial verschiebbar. Der Teil der Hülse 12, der in die Bohrung 11 der Schraubbuchse 10 eingesteckt ist, weist hierbei zusätzlich eine Nase 40 auf, die in eine die Bohrung 11 erweiternde Längsnut 41 zur Drehsicherung eingreift. Die Hülse 12 ist darüber hinaus mit einer Gewindespindel 42 an der Schraubbuchse 10 befestigt. Diese Gewindespindel 42 besitzt in ihrem Mittelbereich eine Führungsscheibe 43, die in eine von oben zugängliche Aussparung 44 der Schraubbuchse 10 eingreift. Nach dem Einführen der Gewindespindel 42 ist die Aussparung 44 durch eine mit Außengewinde versehene Mutter 45 verschlossen. Die Gewindespindel 42 steht

ίο dabei durch eine Durchgangsbohrung 46 der Mutter 45 hervor und trägt auf ihrem hervorstehenden Teil ein Handrad 47.

Die Funktion dieses Regelventils ist praktisch die gleiche wie die beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 Der Unterschied liegt in der Möglichkeit, das Regelven til für drei verschiedene Temperaturbereiche einzustel len. Dies wird durch die Speichen 18 erreicht, die au; jeweils drei Teilstücken 18', 18" und 18'" mi verschiedenen Umwandlungstemperaturen bestehen Durch das Handrad 47 ist dabei der Hub einstellbar, j( nachdem ob das Regelventil bei der Umwandlungstem peratur eines Speichenteils zwei Speichenteile oder allf drei Speichenteile öffnen oder schließen soll.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regelventil mit einer Stellvorrichtung zum temperaturabhängigen Verstellen des Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung ein Hubelement (18) aus einer bestimmten Nickel-Titan-Legierung aufweist, die unterhalb einer bestimmten Umwandlungstemperatur ein monoklines Gefüge besitzt, so daß das Hubelement (18) durch eine geeignete Kraft um einen entsprechend bemessenen Hub verformbar ist und daß die Legierung oberhalb der Umwandlungstemperatur in ein kubisches Raumgitter umkippt, so daß das Hubelement (18) sich um den Hub gegen die zur Verformung aufgebrachte Kraft zurückformt.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hubelement unterhalb der Umwandlungstemperatur durch eine geeignete Kraft um den Ventilhub gestaucht ist

3. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement die Form einer Speiche (18) aufweist und unterhalb der Umwandlungstemperatur durch eine geeignete Kraft um den Ventilhub gedehnt ist.

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (18) aus mehreren Teilen (18', 18", 18'") mit verschiedenen Umwandlungstemperaturen besteht, so daß das Regelventil für verschiedene Temperaturbereiche einstellbar ist.

5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nebeneinander angeordnete und durch ein Übersetzungsglied (35) derart miteinander verbundene Hubelemente (18) vorgesehen sind, daß sich für den Hub des Ventils der doppelte Betrag eines Hubelememes (18) ergibt.

6. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Federelemente (15, 39) die Kraft zur Verformung der Hubelemente erzeugen.