DE2133422C3 - Mehrstufiges Druckreduzierventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Druckreduzierventil, dessen axial verschiebbare Ventilspindel im Abstand voneinander angeordnete Kolben aufweist, die mit der zylindrischen, durch axial hintereinander angeordnete Drosselkammern unterbrochenen Mantelfläche einer in das Ventilgehäuse eingesetzten, die Ventilspindel umschließende Buchse zusammenarbeiten, wobei die Kolben bei Offenstellung des Ventils im axialen Höhenbereich der Drosselkammer liegen.

Trotz verhältnismäßig einfach erscheinendem Aufbau ist bei einem bekannten Druckreduzierventil der genannten Art die Fertigung wegen der spezifischen Gestaltung seiner Funktionsteile insbesondere seines Ventilkörpers erheblich erschwert (DE-Gm 19 22 301).

Dies gilt auch für vergleichbare, bekannte mehrstufige Steuerventile (DE-PS 9 56 957, 9 25 477). Zumal bei diesen eine Vielzahl von Bauelementen zur Bildung des die Ventilspindel umschließenden Körpers erforderlich sind. Dieser Umstand fällt um so mehr ins Gewicht, als hierbei enge Fertigungstoleranzen notwendig sind, um eine qualitativ zufriedenstellende Montage sicherzustellen.

Bei einem anderen bekannten Reduzierventil sind die Drosseletagen jeweils durch radialsymmetrische Höhlungen gebildet. Hierbei ist die Fertigung insbesondere durch das komplexe Profil der Drosselkammern erschwert (CH-PS 3 71 934).

Einen ähnlichen Aufbau griff ein anderes, bekanntes Reduzierventil auf, bei welchem zusätzlich Schwierigkeiten in der Führung der Ventilspindel sowie bei deren Einjustierung auftreten können, da sie im Arbeiisbe reich nicht abgestützt ist(CH-PS4 00 703).

Es sind im übrigen auch bereits Druckreduzierventile der in Frage stehenden Gattung bekannt, bei denen die Ventilspindel ständig geführt ist (DE-AS 11 07 471),

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckreduzierventil der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß es bei kostensparender Fertigung und einfacher Montage ohne nennenswerten fertigungstechnischen Mehraufwand, nämlich djrch

Änderung der Anzahl und/oder Größe arbeitstechnisch einfacher Radialbohrungen in den Drosselstufen an spezifische Einsatzbedingungen (Druck-Aggregatszustand des Mediums) angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dalf die Drosselkammern durch senkrecht zur Ventilachse stehende, blinde Radialbohrungen von kreisförmigem Querschnitt (Drosselbohrungen) gebildet sind.

Das erfindungsgemäße Druckreduzierventil ist gleichermaßen gut verwendbar für Flüssigkeiten oder für Gase in gasförmigem oder flüssigem Aggregatzustand. Dies ist insbesondere begründet durch die durchgehende Führung der Ventilspindel an den Mantelflächen ihrer Kolben und an den inneren Mantelflächen der Buchse zwischen den Drosselbohrun-

gen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachstehena wird die Erfindung anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert

Es zeigt

F i g. 1 das Druckreduzierventil im axialen Schnitt,
F i g. 2 im Teilauschnitt die wesentlichen Bauteile des Druckreduzierventils gemäß F i g. 1 in perspektivischer Darstellung und

Fig.3a—3c Querschnitte durch das Bauteile-Aggregat gemäß F i g. 2.

Aus den F i g. 1 und 2 ist die Ventilspindel 1 ersichtlich, auf der sich radial erstreckende und kreisförmige Kolben 2 angebracht sind, die untereinander gleich und in axialer Richtung gleichmäßig im Abstand »e« verteilt sind. Ein kreisförmiger Ventilkörper 3, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Kolben 2 entspricht, ist am einen Ende des Schaftes angeordnet. Dieses Ende der Ventilspindel weist einen Kolben 2 auf, der mit dem Ventilkörper 3 kraftschlüssig verbunden ist.

Das andere Ende der Ventilspindel 1 hat die Gestalt eines zylindrischen Kolbens 4, der vom benachbarten Kolben 2 ebenfalls den Abstand »e« aufweist, den die anderen Kolben voneinander haben. Des weiteren entspricht der Durchmesser des zylindrischen Kolbens 4 demjenigen der Kolben 2, so daß er einen Endkolben bildet.

Eine Steuerstange 3 weist einen endseitigen Gewindeabschnitt auf, der in ein axiales Gewindeloch des Kolbens 4 eingeschraubt ist, um eine koaxiale Befestigung der Ventilspindel 1 an der Steuerstange 5 sicherzustellen.

Eine die axial verschiebbare Ventilspindel 1 umschließende Buchse 6 weist eine axiale, kreisförmige und

bo mechanisch bearbeitete Bohrung auf. Die Wandung dieser Buchse 6 weist an zahlreichen Stellen Radialbohrungen (Drosselbohrungen 7) auf; die radialen Achsen dieser Drosselbohrungen sind in senkrechter Ebene zur geometrischen Achse der Buchse 6 angeordnet. Die

t> zwischen zwei dieser Ebene liegenden Abstände entsprechen genau den Abständen »e« der Kolben 2 des Ventilschaftes I. Die Buchse 6 ist im Ausführungsbeispiel mit vier Gruppen von Drosselbohrungen 7

versehen, die in den vorgenannten senkrechten Ebenen liegen.

Die erste Gruppe der Drosselbohrungen, die in F i g, 1 dem Ventilkörper 3 benachbart sind, umfaßt nur 2 Durchbohrungen 7, die gleich sind und einander diametral gegenüberliegen (F i g. 3a),

Die zweite Gruppe besteht aus drei Drosselbohrungen 7, die ebenfalls untereinander gleich sind (F i g. 3b).

Die beiden anderen Gruppen umfassen je vier unter sich gleiche und in gleichmäßigen Winkelabständen angebrachte Drosselbohrungen 7, von denen je zwei einander diametral gegenüberliegen, koaxiale Achsen besitzen und eine Einheit bilden (Fig.3c); ihre koaxialen Achsen stehen senkrecht, aufeinander. Außerdem ist der Durchmesser der vier Drosselbohrungen 7 der letzten, dem Kolben 4 (Fig. 1) benachbarten Gruppe größer als derjenige der vier Drosselbohrungen 7 der anderen Gruppe.

Der Durchmesser der Bohrung der Buchse 6 ist derart, daß sich die Kolben 2 und der zylindrische Kolben 4 des Ventilschaftes 1 leicht axial verschieben lassen; sie passen in die Bohrung der Buchse 6.

Ein Ring 8 weist am einen Ende seines axialen Loches 8a einen Sitz auf, der zur Buchse 6 und demzufolge zum Ventilschaft 1 koaxial angeordnet ist; dieser Sitz ist in Form und Abmessungen dem Ventilkörper 3 des Ventilschaftes 1 angepaßt Die Buchse 6 ist unter Kraftanwendung montiert oder weich in ein Rohr 9 eingesetzt Das untere Ende der Buchse 6 liegt in der Querebene des Sitzes des Ringes 8, der ebenfalls mit Kraft oder weich im Endabschnitt des Rohres 9 eingepaßt ist Im Falle des weichen Einbüchsens können sich Ring 8 und die Buchse 6, die sich relativ zueinander verdrehen können, durch bekannte Einrichtungen, z. B. ein arretierendes Element, festgestellt werden.

Die axialen Abmessungen des Ventilkörpers sind so festgelegt, daß die ringförmige Scheibe jedes Kolbens 2 mit den unteren Basisrändern der Drosselbohrung 7, die ihr zugeordnet ist, zusammenfallen, wenn der Ventilkörper 3 auf den Sitz des Ringes 8 gedruckt ist.

Der Endabschnitt des Rohres 9 weist radiale Löcher auf, die den Drosselbohrungen 7 gegenüberliegen, welche in der Wandung des oberen Abschnittes der Buchse 6 angeordnet sind; diese Löcher haben erheblich größere Durchmesser als diejenigen der ihnen entsprechenden Dro£selbohningen 7.

Das Rohr 9, das die Buchse 6 umschließt, ist in üblicher und zweckmäßiger Weise in einer zylindrischen Kammer eines Ventilgehäuses 10 untergebracht. Am unteren Ende des Gehäuses befindet sich eine zylindrische, kreisförmige öffnung 10a, die koaxial zum Loch 8a des Ringes 8 liegt und das Einströmen eines Fluidiums ermöglicht, das wie später noch weiter ausgeführt, durch die ringförmige Kammer 106 entweichen kann, weiche das Rohr 9 umschließt Dieser Abfluß kann durch eine Öffnung 10c erfolgen, die im mittleren Teil der Seitenwand des Gehäuses 10 angebracht und zu der Kammer 106 hin offen ist.

Ein Deckel 11 ist am oberen Ende des Gehäuses 10 mit Hilfe eines Flansches Wa befestigt, um die rohrfömige Baugruppe, die sich aus dem Zusammenbau der Buchse 6 und des Rohres 9 in der Kammer des Gehäuses 10 ergibt, vollkommen einzuschließen. Die mit der Ventilspindel 1 kraftschlüssig verbundene Steuerstange 5, die »erschiebbar in diesem mit einer üblichen (nicht dargestellten) Vorrichtung ausgerüsteten Deckel 11 montiert ist, r?möglicht die Steuerung der Stellung der Ventilspindel 1 in der Buchse 6.

Es ist hervorzuheben, daß diese Vorrichtung empfindlich auf den pneumatischen Druck oder den elektrischen Impuls einec »Signals« reagiert, das die Veränderung der Stellung der Kolben 2 zu den Drosselbohrungen 7 ermöglicht.

Ein übliches System von Anschlägen (nicht dargestellt) begrenzt den Hub der Ventilspindel 1 zwischen der Stützlage des Ventilkörpers 3 auf seinem Sitz im Ring8 und einer Position maximalen Durchflusses eines Fluidums in jeder Drosselbohrung 7 um den Kolben 2 herum, welcher dieser Drosselbohrung 7 benachbart ist Auf der Steuerstange 5 und dem Kolben 4 sind

Ringdichtungen 12 angeordnet Ebenso sind weitere Dichtungen 13 und 13 auf den unteren und oberen Stirnkanten des Rohres 9 vorgesehen, um die Dichtigkeit des Ventils zu gewährleisten. Diese Dichtungen eignen sich für Drücke, die Werte von 300 Bar eines Gases erreichen können, das durch die Öffnung 10a eingelassen werden kann, um sich im Labyrinth der zahlreichen Kolben 2 und ihrer zugeordneten Drosselbohrungen 7 ausdehnen zu können.

Die vorhergehende Beschreibung macht verständlich, daß mit Hilfe der Steuervorrichtung der Steuerstange 5, der Ventilkörper 3 von seinem Sitz angehoben werden

kann, um durch die Öffnung 10a und das Loch 8a ein Fluidium unter Druck einzulassen. Dieses Fluidium strömt in die Bohrung der Buchse 6 und in die durch die Drosselbohrungen 7 gebildeten Drosselkammem, um die gegenüber diesen Drosselkammem angeordneten Kolben 2 zu umgehen. Dieses Durchfließen vollzieht sich fortschreitend im Zickzack jeder Stufe, die durch einen Kolben 2 und die entsprechenden Drosselbohrungen 7 gebildet wird, bis das Fluidium durch die Löcher des Rohres 9 in die Sammelkammer 10£» entweicht, um durch die öffnung 10c abzufließen.

Bei jeder Stufe der Kolben 2 und der Drosselbohrungen 7 vollzieht sich durch Strömungsvorgänge ein Druckabfall des Fluidums. Von einer Stufe zur anderen Stufe findet das Fluidum in Flußrichtung einen immer größeren Durchgangsquerschnitt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß eine derartige Einrichtung von Strömungsstufen sich für sehr große Druckabfälle verschiedener Gase einwandfrei eignet, selbst für Gase, die unter derartigen Anfangsdrücken in flüssigem Zustand auftreten. In einem solchen Falle wird ein Medium in flüssigem Zustand in das Ventil eingelassen, und die abgestufte Ausdehnung führt zu einem Gas ohne die Nachteile von Geräuschen und Verschleiß der Strömungselemente.

Es ist bekannt, daß solche Druckabfälle, die stufenweise vollzogen werden, ein lästiges Strömungsgeräusch und beschleunigte Verschleißerscheinungen der Strömungselemente durch Abnutzung oder Aushöhlung* verhindern können. Diesbezüglich kennt man Berechnungsweisen der Anzahl der Strömiingsstufsn und der Abmessungen der Durchgangsquerschnitte, die zwischen den Drosselkammem und den Kolben vorgesehen sind, unter Brücksichtigung desjenigen Wertes einer zu erz'elenden Strömungsleistung durch den Druckabfall, den man erhalten muß, um die obenerwähnten Geräuschauswirkungen Und Vefschleißerscheinungen auszuschalten.

Die Schließstellung des Ventilkörpers 3 entspricht einer Stellung jedes Kolbens 2, die in der Nähe der

h^r, unteren Basiskante du" zugehörigen Drosselbohrung 7 liegt. So geben die Kolben 2 durch eine kleine Verschiebung in Richtung der Öffnung des Ventilkörpers 3 kleine kreisförmige Segmente der Drosselboh-

rungen 7 frei, die sehr kleine Durchgangsquerschnitte für das Fluidum bilden. Dies gewährleistet eine sehr gute Ausdehnung kleiner Durchsatzmengen der Flüssigkeit.

Die erste Ausdehnungsstufe ist derart, daß die Geschwindigkeit im Bereich des Ventilsitzes verhältnismäßig niedrig ist, um den Verschleiß dieser Stufe zu vermindern und eine gute Abdichtung über die gesamte Lebensdauer des Ventils aufrechtzuerhalten. Ein solches Ventil kann der Ausdehnung eines nicht zusammendrückbaren Fluidums leicht angepaßt werden. In einem solchen Falle können die Drosselbohrungen 7 der Buchse β untereinander gleich sein, und die Anzahl der Drossclbohningen. die einem Kolben 2 gegenüberliegen, ist gleich derjenigen der Drosselbohningcn die den anderen Kolben gegenüberliegen.

Die oben beschriebenen Bauteile, nämlich die Ventilspindel I mit Kolben 2 und die Buchse 6 mit Drosselbohrungen 7, können leicht durch einfache, übliche Verfahren mechanischer Bearbeitung berge'S stellt werden. Ferner erlangt man auf einfache Weise radiale Drosselkammern durch die Drosselbohrungen 7 durch hartes Einbüchsen oder weiches Einsetzen der Buchse 6 im Rohr 9. Ein derartiges hartes Einbüchsen ergibt sich durch die Anwendung üblicher Dehnungsverfahren (Erwärmung oder Abkühlung) dieser beiden Bauteile 6 und 9. Die zylindrischen Formen der Ventilspindel 1 und der Buchse 6 eignen sich sehr gut für leichte Montage und Demontage durch einfaches axiales Zusammenstecken und Auseinandernehmen.

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiges Druckreduzierventil, dessen axial verschiebbare Ventilspindel im Abstand voneinander angeordnete Kolben aufweist, die mit der zylindrischen, durch axial hintereinander angeordnete Drosselkammern unterbrochenen Mantelfläche einer in das Ventilgehäuse eingesetzten, die Ventilspindel umschließenden Buchse zusammenarbeiten, wobei die Kolben bei Offenstellung des Ventils im axialen Höhenbereich der Drosselkammern liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselkammern durch senkrecht zur Ventilachse stehende blinde Radialbohrungen von kreisförmigem Querschnitt [Drosselbohrung (7)] gebildet sind.

Z. Reduzierventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrungen (7) gleichen Durchmesser und gleiche Länge aufweisen.

3. Reduzierventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Drosselbohrungen (7) in jeder in Strömungsrichtung nachfolgenden Drosselstufe größer _# ist als in der vorausgehenden.

4. Reduzierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Drosselstufe die gleiche Anzahl von Drosselbohrungen (7) vorgesehen ist

5. Reduzierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) in ein Rohr (9) eingepaßt ist, das die Drosselbohrung (7) außen abdeckt und radiale Durchbrüche für den Abfluudes Mediums aufweist.