DE2027683A1 - Druckbetätigtes Ventil - Google Patents

Description

Druckbetätigtes Ventil

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden Anmeldung in den Vereinigten Staaten Serial Nr. 831,393 vom 9. Juni 1969 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein druckbetätigtes Ventil mit einem fest am Ventilkörper angeordneten Ventilsitz, mit dessen Sitzfläche ein Teil eines axial beweglichen, zum Schließen bzw. öffnen des Ventils dienenden Ventilgliedes zusammenwirken kann, das, insbesondere in Verbindung mit einer Membran, einen Wandungsteil einer Druckkammer innerhalb des Ventilkörpers bildet. Ein bekanntes Ventil dieser Art ist in der U.S. Patentschrift 3,367,621 beschrieben. (Bei der Abfassung der Unterlagen der vorliegenden Anmeldung lag diese U.S. Patentschrift nicht vor.)

Der vorliegenden Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, das bereits bekannte Ventil in. der Hinsicht zu verbessern, daß es möglich wird, praktisch das gesamte, mittels des Ventils abzusperrende oder zu regelnde Medium, beispielsweise Wasser, abfließen zu lassen, sobald der

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Differenzdruck am Ventil bis unter einen vorbestimmten Betrag vermindert wird. Ein solcher Fall tritt beispielsweise auf, wenn das Ventil in einem Bewässerungssystem angewendet wird, das Temperaturen in der Nähe oder unterhalb des Gefrierpunktes ausgesetzt ist. Hier kommt es darauf an, das System entleeren zu können, wenn dies erforderlich ist, um Prostschäden zu verhüten. Die Notwendigkeit,·ein Bewässerungssystem zu entleeren, tritt nicht nur jedesmal vor Beginn der winterlichen Jahreszeit ein, sondern die Entleerung kann auch sonst häufiger bei Witterungsgrenzbedingungen auftreten, wenn zum Beispiel eine Bewässerung nach Prostperioden benötigt wird und auch dann, wenn anschließend wieder Prosttemperaturen während der gleichen, nicht winterlichen Jahreszeit auftreten können.

Es ist üblich, das Wasser aus den Sprenklerköpfen aufgrund der Schwerkraft durch die seitlichen Rohre und anschließend durch die Hauptleitungen des Bewässerungssystems zu einem niedrigen Punkt zurücklaufen zu lassen, wo Vorkehrungen getroffen sind, um die Hauptleitungen in einen Sumpf oder in einen anderen Abfluß zu entleeren. Normalerweise ist nur der von der Schwerkraft herrührende Saugdruck verfügbar, um die Entleerung des Systems zu bewirken. In manchen Fällen ist aber auch eine Pumpe vorgesehen, die in der Lage ist, einen negativen Saugzug zu erzeugen, um die Entleerung zu fördern. Wegen dieses Zustandes mit niedrigem Druckunterschied ist es erwünscht, ein Ventil zu haben, das eine Entleerung in jeder von beiden Richtungen ermöglicht, ohne hierzu einen positiven Druck zu erfordern.

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Um dieser Aufgabenstellung zu entsprechen, ist bei einem druckbetätigten Ventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Druckkammer mit Öffnungen für den Zutritt von unter Druck stehendem Medium zur Bewegung des Ventilgliedes in dessen Schließstellung auf dem Ventilsitz sowie für den Austritt des Mediums aus der Druckkammer versehen, so daß der Druck des Mediums auf der Zuströmseite des Ventilsitzes auf das Ventilglied im Sinne seiner Öffnungsbewegung einwirken kann; dabei ist ein elastisches Element zwischen dem Ventilsitz und dem beweglichen Ventilglied so angeordnet, daß es nach einem vorbestimmten Arbeitsweg des Ventilgliedes in Richtung auf seinen Sitz hin einer weiteren Portsetzung seiner Bewegung in die Schließstellung entgegenwirkt.

Dieses neue druckbetätigte Ventil ermöglicht bei normalen Arbeitsdrücken eine zwangsläufige Öffnung und Schließung, aber zugleich, wenn der Systemdruck in Wegfall kommt, zwangsläufig eine genügende Öffnung, um für die Entleerung zu sorgen. Ist das System einmal entleert worden, so verbleibt das Ventil in seiner Drainagestellung, so daß etwaiges neues Wasser, das in das System infolge intermittierenden Auftauens eintreten kann, durch das Ventil hindurch und bis zum tiefsten Punkt des Systems herabfließen kann. Wird der Systemdruck erneut angelegt,. so arbeitet das Ventil wieder in der erforderlichen Weise mit zwangsläufiger Öffnung und Schließung.

Mit anderen Worten: In einem Bewässerungssystem, das die neuen, für Selbstentleerung ausgebildeten druckbetätigten Ventile enthält, sprechen die einzelnen Ventile direkt auf

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Steuersignale an, die sie dazu bringen, sich zu öffnen oder geschlossen zu bleiben, wenn immer positive Systemdrücke für die Zwecke der Bewässerung verfügbar sind, und die Öffnungsund Schließbewegungen treten in Abhängigkeit von dem. erwünschten Bewässerungsplan auf. Wenn dagegen kein Systemdruck mehr vorhanden ist, sobald der Wasserzufluß abgesperrt wird, um das System bei einem niedrigen Druckbereich zu entleeren, so bewegen sich alle die neuen Ventile selbsttätig in die Drainagestellung und verbleiben in dieser, bis erneut positive Systemdrücke angelegt werden, worauf die Betriebsbedingungen der Ventile wieder normal sind. Im folgenden sind die Erfindung und ihre Vorteile anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines druc.kbe tat igten Ventils gemäß der Erfindung von oben gesehen,

Fig. 2 einen Senkrechtschnitt eines solchen Ventils mit Blickrichtung auf die Ebene 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 einen Senkrechtschnitt mit Blickrichtung auf die Ebene 3-3 von Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 3, wobei sich die Ventilteile in der voll geöffneten Stellung befinden,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2, wobei die Ventilteile sich in der voll geschlossenen Stellung befinden,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 4 und Fig. 5* wobei die Ventilteile sich in der Dralnage-Zwischenstellung befinden.

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Zu der insgesamt mit 10 bezeichneten Anordnung des Ventils gehören ein Ventilkörper-11 mit zwei Einlaßöffnungen 12, die in eine Einlaßkammer 13 führen. Eine Auslaßöffnung 14 steht in Verbindung mit der Auslaßkammer 15 in dem Ventilkörper 11. Die Einlaßkammer 13 ist von der Auslaßkammer 15 durch eine feste Trennwand ΐβ getrennt, und ein Ventilsitz 17 ist durch Schrauben l8 auf dieser Wand ΐβ befestigt. Der Ventilsitz 17 hat eine waagerechte, ringförmige Ventilsitzfläche 19* die von einer Dichtungsscheibe 20 berührt werden kann, welche von dem beweglichen Ventilglied 21 getragen wird. Das Ventilglied 21 weist einen Scheibenhalter 22 und einen als SitzfUhrung 23 dienenden Portsatz auf, mit dem die ringförmige Dichtungsscheibe 20 in ihrer vorgeschriebenen Lage gehalten wird. An dem Führungsteil 23 ist eine Hülse 24 mit Schrauben 25 befestigt, die eine Schulter aufweist, welche die freiliegende Fläche der Mitnehmerplatte 2β berührt.

Der innere Umfang einer beweglichen Membran 27 ist mit Hilfe eines O-Ringes 28 zwischen der Mitnehmerplatte 26 und dem Scheibenhalter 22 festgeklemmt. Der äußere Umfang der Membran 27 ist zwischen dem unteren Teil des Ventilkörpers 11 und seinem oberen Teil oder Deckel 29 festgeklemmt. Diese beiden Teile des Ventilkörpers werden durch Befestigungsschrauben 30 zusammenge-* halten. Wenn die Teile des Ventils sich in der voll geschlossenen Stellung befinden, wie sie in Fig. 2 und 5 gezeigt ist, berührt die Dichtungsscheibe 20 die waagerechte Ventilsitzfläche 19 und verhindert dadurch eine Strömung aus der Einlaßkammer 13 in die Auslaökammer l'-j. Befinden sich die Teile des Ventils in der voll

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β -

geöffneten Stellung, so steht das Ventilglied 21 in einem Abstand oberhalb der Ventilsitzfläche 19> so daß eine Strömung in Pfeilrichtung aus der Einlaßkammer 13 in die Auslaßkammer 15 erfolgen kann. Die Membran 27 dient zur Schließung des Ventils, wenn der Betätigungsdruck in der Druckkammer 31 einen vorbestimmten Betrag gegenüber den Drücken auf der Zuström- und Abströmseite erreicht. Die Ventilfeder 32 ist eine Druckfeder in Wendelform, die sich mit ihrem einen Ende an einer Schulter im Deckel 29 und mit dem anderen Ende an der freiliegenden Fläche der Mitnehmerplatte 26 abstützt. Die Ventilfeder 32 bewirkt die Bewegung des Ventils in die volle Schließstellung. Das elektromagnetische Zweiwegsteuerventil 35 ist durch Befestigungsschrauben 36 an dem Deckel 29 festgehalten. Sein beweglicher Anker 37 trägt einen Ventilkopf 38, der dicht gegen einen Sitz 39 anliegen kann, um eine Strömung durch die Abflußöffnung 40 der Kammer 31 zu verhindern. Wenn das Steuerventil offen ist, kann ein Strom des Mediums aus der Druckkammer 3I durch die Abflußöffnung 40 und das Abflußrohr 31 in die Auslaßkammer 15 strömen. Ein Strom durch eine zweite Abflußöffnung 42 im Deckel 29 wird durqh die Verschlußschraube 43 verhindert. Durch eine Entfernung dieser läßt sich eine öffnung des Hauptventils erreichen.

Der Ventilsitz 17 ist mit einer zentralen Nabe 44 versehen, die von radialen Stegen 46 getragen wird. Ein Bolzen 48 steht von hier aus bis über die Ventilsitzfläche 19 nach oben. Die äußere zylindrische Fläche 49 des Bolzens 48 ist verschiebbar in der zentralen zylindrischen öffnung 50 der Sitzführung 30 gelagert. Diese öffnung dient als Führung für das bewegliche

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Ventilglied, bei dessen Relativbewegung gegenüber der Sitzfläche 19-

In der senkrechten Bohrung in dem oberen Teil des Bolzens 48 ist ein Meß- oder Einstellstift 53 verschiebbar gelagert. Dieser reicht durch eine senkrechte Bohrung 55 in. dem oberen Teil der Klemmhülse 24 hindurch. Dieser Meßstift weist einen drosselnd wirkenden Abschnitt 57 auf, der mit einer Schraubenrille versehen ist, und hat außerdem einen zylindrisch ausgebildeten Endabschnitt 59· Der drosselnd wirkende Abschnitt. 57 ist mit relativ engem Gleitsitz in der Bohrung 55 verschiebbar, aber der zylindrische Abschnitt 59 hat einen kleineren Durchmesser und ein verhältnismäßig großes Spiel innerhalb der Bohrung 55* wie dies in Fig. 3 zu sehen ist.·

Das freie Spiel zwischen den Zylinderflächen 49, 50, dem Hohlraum der Hülse 24 und der Bohrung 55 bildet einen axial durch das bewegliche Ventilglied 21 hindurchgehenden Zuflußkanal. Wenn der zylindrische Teil 59 des Meßstifts 53 sich in der Bohrung 55 befindet, wie dies Fig. 3 zeigt, ist die Drosselwirkung stark herabgesetzt und es findet eine verhältnismäßig starke Strömung in die Kammer 31 statt. Diese Strömung ist stärker, als es dem Durchlaßvermögen der Ausflußöffnung mit der öffnung 34 des Steuerventils entspricht, was zur Folge hat, daß eine Druckzunahme in der Kammer 31 eine Bewegung des Ventilglieds 21 in Richtung auf den Ventilsitz hin bewirkt. Dies wiederum hat zur Folge, daß der obere Teil der Drossel 57 in das untere Ende der Bohrung 55 eindringt und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit durch die Bohrung 55

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herabsetzt. Wenn die Strömung in die Kammer 31 durch die Bohrung 55 gleich der Strömung nach außen durch die Öffnung ,34 des Magnetventils ist, so erreicht das bewegliche Ventilglied gewissermaßen einen "hydraulischen Anschlag". Es "schwimmt" dann in einer geöffneten Stellung mit Druckausgleich.

Das Ausmaß der Öffnung des Ventils, bei der dieses den "hydraulischen Anschlag" erreicht, läßt sich mit Hilfe des einstellbaren Teils 6θ am Deckel 29 regeln. Das untere Ende dieses Teils βθ tritt in die Druckkammer 31 ein und berührt das obere Ende des Meßstiftes 53· Die ineinandergreifenden Gewindegänge 6l an dem einstellbaren Teil 60 und dem Ventildeckel 29 bewirken eine Bewegung des Teils 60 in axialer Richtung, wenn die Handhabe 62 von Hand gedreht wird. Die Feder 6l drückt den Stift 53 nach oben.

Die Führung des beweglichen Ventilglieds 21 wird durch den Bolzen 48 und die zu seiner Lagerung dienende Öffnung P ergänzt. Dadurch werden die Halteflächen 64 und 65 in zueinander konzentrischer Lage gehalten.

Für die Abhebebewegung des Ventilglieds 21 vom Ventilsitz 17 zwecks Entleerungsmöglichkeit in beiden Richtungen sind elastische Elemente vorgesehen. Als solches dient bei dem AusfUhrungsbeispiel eine Spiralwendelfeder 6j, die zwischen der Nabe 44 am Ventilsitz 17 und dem Führungsfortsatζ 23 an dem beweglichen Ventilglied eingelegt ist. Im freien* ungespannten Zustand, wie in Fig. 4 gezeigt, ist diese Feder 6j in ihren Umrissen kegelstumpfförmig. Die Feder 67 kann frei auf der

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Außenfläche 49 des Bolzens 48 gleiten. Die Feder 6j ist so ausgebildet, daß ihre Kraft, wenn sie voll zusammengedrückt ist, wie in Fig. 5 gezeigt, ausreicht, um die Kraft der Feder J52 sowie das Gewicht des Ventilglieds und der mit ihm verbundenen Teile zu überwinden, so daß, wenn der Differenzdruck am Ventil unter einen vorbestimmten Wert abfällt, die Kraft der Feder 6j das Ventilglied 21 aus der in Fig. 5 gezeigten voll geschlossenen Stellung in die in Fig. 6 gezeigte Drainagestellung führt. In dieser Stellung wird der untere Teil der zylindrischen Fläche 65 an dem Führungsfortsatz 23 von dem oberen Teil der zylindrischen Bohrung des Ventilsitzes

wie
ebenso/in den Zwischenstellungen zwischen der voll geschlossenen Stellung gemäß Fig. 5 und der Drainagestellung gemäß Fig. 6 umfaßt. Der Durchlaß zwischen den Zylinderflächen 64 und 65 stellt einen steuerbaren Durchlaß dar. Der veränderbare Strömungsquerschnitt dieses steuerbaren Durchlasses dient dazu, beim Wiederanlegen des Systemdrucks eine bestimmte Grenze für die Tendenz des Ventils zum Abbau des verfügbaren Systemdrucks festzulegen. Dadurch wird es möglich, einen positiven Systemdruck mit normalen Druckquellen wiederherzustellen. Der Durchlaß mit steuerbarem Strömungsquerschnitt in dem Spielraum zwischen den Flächen 64 und 65 macht einen relativ kleinen Prozentsatz des Strömungsquerschnitts des voll geöffneten Ventils aus, wie aus Fig. 4 zu ersehen. Es ist jedoch im Zusammenhang mit den Vorkehrungen für die Systementleerung nicht erforderlich, den gleichen Ventilsteuerbereich vorzusehen, wie er für den Bewässerungsbetrieb notwendig ist,

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Wenn das Ventil voll geöffnet ist, wie in Pig. 4 dargestellt, sucht die Geschwindigkeit der Strömung durch den Ventilsitz 17, wie sie durch Pfeile angedeutet ist, die Feder 67 gegen die untere Fläche des FUhrungsfortsatzes 23 zu halten, wo sie den geringsten Strömungswiderstand bildet.

Wenn das System zur Verhinderung von Frostschäden oder aus anderen Gründen entleert werden soll, wird der Zuflußdruck abgesperrt und das System am tiefsten Punkt zur Entleerung geöffnet. Falls der Restdruck in dem System auf der Abflußseite eines Ventils höher ist, so bewirkt dieser höhere Druck zusammen mit der Feder 6j die öffnung des Ventils, so daß der Druck in der Kammer Jl sich über den normalen Zuflußweg ausgleicht und das bewegliche Ventilglied sich Öffnet, um den. Abfluß aus dem Auslaß über den'Einlaß zu ermöglichen, und eine öffnung des elektromagnetischen Steuerventils ist nicht erforderlich. Wenn andererseits der Systemrestdruck am Einlaß eines Ventils höher ist, so kann durch Einschalten des elektromagnetischen Steuerventils der Druck in der Kammer 31 über den Durchgang 41 ausgeglichen werden, so daß wiederum der höhere Druck in Verbindung mit der Feder 6j die öffnung des Ventils bewirkt. Ist einmal der Druckunterschied ausgeglichen worden, so bewirkt die Feder 67 das Verbleiben des Ventils in der Drainagestellung, was die Entleerung in beiden Richtungen ermöglicht.

Das Ventil ist hier in aufrechter Stellung beschrieben und dargestellt worden, bei der das Ventilglied 21 in senkrechter Richtung bewegbar ist. Das Ventil kann aber auch ganz normal

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arbeiten und die erwünschte Entleerungswirkung ermöglichen, wenn der Bolzen gegenüber der senkrechten Richtung um 90 ° geneigt wird. Bei Anordnung des Ventils in seitlicher Lage erfolgt seine Entleerung zum Innendurchmesser der (nicht dargestellten) an seinen Einlaß und Auslaß angeschlossenen Rohre.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   {1.) Druckbetätigtes Ventil mit einem fest am Ventilkörper angeordneten Ventilsitz, mit dessen Sitzfläche ein Teil eines axial beweglichen, zum Schließen bzw. öffnen des Ventils dienenden Ventilgliedes zusammenwirken kann, das, insbesondere in Verbindung mit einer Membrane, einen Wandungsteil einer Druckkammer innerhalb des Ventilkörpers bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer mit Öffnungen für den Zutritt von unter Druck stehendem Medium zum Bewegen des Ventilgliedes in dessen Schließstellung auf dem Sitz sowie für den Austritt des Mediums aus der Druckkammer, so daß der Druck des Mediums auf der Zuströmseite des Ventilsitzes auf das Ventilglied im Sinne seiner öffnungsbewirkung einwirken kann, versehen ist, wobei ein elastisches Element zwischen dem Ventilsitz und dem beweglichen Ventilglied so angeordnet ist, daß es nach einem vorbestimmten Arbeitsweg des Ventilglieds in Richtung auf seinen Sitz hin einer weiteren Fortsetzung dieser Bewegung in die Schließstellung entgegenwirkt«.

   2. Druckbetätigtes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz außer der Sitzfläche eine hohlzylindrische Fläche und das Ventilglied einen Ansatz mit einer ZyIindermantelflache aufweisen und die beiden Zylinderflächen sich in der Schließstellung gegenseitig umgreifen«

   ^. Druckbetätigtes Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element zwischen Ventilsitz und Ventilglied aus einer im ungespannten Zustand kegelstumpf-

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   förmigen Spiralwende!feder besteht.

   4ο Druckbetätigtes Ventil nacii Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnetj, daB die beiden Zylinderflächen sich bei der Drainagestellung des Ventils gegenseitig umgreifen= ·

   5° DruckTbetätigtes Ventil nach einem der Ansprüote i bis dadurch gekennzeichnet _s daß in'der Druckkammer ein© auf das Ventilglied im Sinne seiner Schließung einwirkende Feder angeordnet ist* welcher das elastische Element enfegege

   es das Ventilglied in die Drainagestellung zu führen suchte

   6. Druckbetätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 Ms 5* dadurch gekennzeichnet, daB der mit einem Zylindermantel versehene Ansatz an dem Ventilglied eine Führung in der zylindrischen Bohrung des Ventilsitzes bildete in die er in der Schließstellung hineinreicht, während er in der geöffneten Stellung des Yentils sich in einem Abstand oberhalb der Sitzfläche befindet»

   7- Druckbetätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6.-, dadurch gekennzeichnet, daß der als Führung dienende zylindrische Ansatz an dem Tenfeilglied bei der Drainagestellung teilweise in die zylindrische Bohrung hineinreicht ο

   8» Drwcklbetätigtes Ventil nach eiE@m der Aimgprtehe 1 bis K₈ dadurch gekennzeichnet^ daß die das elastische Element blMend® Feder einen ortsfesten^ mit dem ¥©atllsifez fest verbundenen Bolsen umgibt, der eine zentrale öffmng des als Fitamg d@g Ventilglieds dienenden zylindrischen Ansatzes^, d©^ daran ¥©r° schiebbar gelagert isfc_fi durchsetzt» ,

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