DE2135005C3 - Dosierventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil für kleine Durchflußinengen mit einem Drosselstück und einem Ventilsitz.

Derartige Dosierventile werden dort benötigt, wo in einer bestimmten Zeiteinheit eine genau dosierte Durchflußmenge verlangt wird, insbesondere alierkleinste Durchflußmengen, die nach Verstellung der Ventilcinstellung an Hand einer Skala stets wieder auf die gewünschte Durchflußmenge einstellbar sein sollen.

Nachteil bekannter Dosierventile ist. daß beim öffnen des Ventils sofort ein kreisförmiger Querschnitt frei wir,!. Für Dosiermengen, die von der Bläschcnbildiirif: bis /u einer bestimmten Durchflußmenge reichen sollen, wird aber ein allerfcinster Dosierquerschnitt \ ei langt, der mit einem kreisförmigen Querschnitt bisher noch nicht in zufriedenstellendem Maße erreicht wurde.

Verbuche, diese feinste Dosierung durch Nadelventile, durch geschlitzte Düsennadeln, verquetschte Gummidüsen oder durch viele kleine Düsenbohrungen, die nacheinander freigegeben werden, zu erreichen, brachten noch nicht die gewünschten Ergebnisse, vor allem deshalb nicht, weil die dadurch erhaltenen Durchfluß-S mengen sich nicht im gewünschten feinsten Maße einregulieren und immer wieder auf die gleiche Ausgangsstellung zurückbringen ließen.

In den US-PS 22 30 093 und 24 52 956 wird jeweils ein Nadelventil vorgeschlagen, bei dem eine durch die ίο leicht konisch ausgebildete öffnung einer Ventilplatte ragende, ebenfalls leicht konisch ausgebildete Dosierspindel durch eine an ihrem Ende anliegende Einstellspindel gegen die Kraft einer Druckfeder in axialer Richtung bewegbar ist. Gemäß der US-PS 22 30 093 wird durch eine schräge Ausbildung der Anlagefläche der Einstellspindel an der Dosierspindel erreicht, daß diese immer einseitig an der Wand der konischen Ventilöffnung anliegt und sich in jeder Stellung der Dosierspindel durchgehend ein sichelförmiger Durchflußquerschnitt ergibt. Gemäß der US-PS 24 52 956 wird durch eine exzentrische Beaufschlagung der Dosierspindel durch die Druckfeder bewirkt, daß die Dosierspindei an diametral gegenüberliegenden Kanten am oberen und unteren Ende der Ventilöffnung anliegt, wodurch sich am oberen und unteren Ende der Ventilöffnung jeweils ein sichelförmiger Durchflußquerschnitt ergibt, während im mittleren Bereich der Ventilöffnung ein ringförmiger Durchflußquerschnitt erhalten bleibt. Die Sichelform des Durchflußquerschnitts ändert aber an der Feindosierung wenig; denn der freigegebene Querschnitt ergibt sich immer aus der Differenz der Querschnittsfläche der Ventilöffnung zu der der Dosierspindel, und die Form dieser Differenzfläche hat auf die Durchflußmenge nur geringen Einfluß. Insbesondere besteht aber auch der Nachteil, daß, wie bei anderen bekannten Nadelventilen, infolge der notwendigen axialen Bewegung der Dosierspindel in der Ventilöffnung, deren Ausmaß durch die schwach konische Ausbildung von Dosierspindel und Ventilöffnung bewußt groß gehalten ist. eine bestimmte Dosiermenge bei einer bestimmten Einstellung der Betätigungsmittel kaum reproduzierbar ist. Es muß also bei jeder Neueinstellung einer gewünschten Dosiermenge die Einstellung der Beiätigungsmittel neu gefunden werden. Das ist zeitraubend und führt auch zu Ungenauigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach aufgebautes Dosierventil für kleinste Mengen zu schaffen, dessen Einstellung zuverlässig reproduzierbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Drosselstück des Dosierventils kippbar, jedoch nicht abhebbar auf dem bzw. in dem Ventilsitz gelagert ist, wobei entweder der Ventilsitz düsenartig ausgebildet ist, eine konische, pyramidenmantelförmige oder zylindrische Außenkontur aufweist und von dem becherförmig mit zylindrischer, pyramidenmantelförmiger oder konischer Innenkontur ausgebildeten Drosseistück teilweise umgriffen ist oder aber das Drosselstück konisch ausgebildet ist und teilweise in den rohrartig ausgebildeten Ventilsitz ragt._

Das Drosselstück kann vorteilhaft exzentrisch von einer Feder beaufschlagt und mit einem diametral zum Angriffspunkt der Feder angeordneten Stößel versehen sein, wobei Feder und Stößel mit dem Boden einer becherförmig ausgebildeten, koaxial zum Ventilsitz verschiebbaren Betätigungsvorrichtung zusammenwirken. In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann das Drosselstück ebenfalls exzentrisch von einer Feder beaufschlagt sein, wobei die Feder und der Um-

des als Bauelement konstanter Höhe ausgebilde-Drosselstücks mit dem Boden einer becherförmig Gebildeten, koaxial zum Ventilsitz verschiebbaren Betätigungsvorrichtung zusammenwirken.

in einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der 5 crfindung «Ι das exzentrisch von einer Feder beauf-Ataete Drosselstück mit einem mittig angeordneten «rißel versehen, wobei der stirnseitige Umfang des c.stels mit einer konischen Wirkfläche des mit einer

frischen in -ter Schließstellung durch die Stirnfläche ίο ? Stößels verschließbaren ZuP.ußöffnung versehenen Suseteils, an dem sich die Feder abstützt zusampnwirkt zu dem der Ventilsitz mittels e.nes als Betäubungsvorrichtung dienenden Gehäuseteils koaxial ver- ^

^rchdie besondere Ausbildung des erfindungsgeäßpr, Dosierventils und die Art seiner Betätigung sind Mrinste Mengen dosierbai, wobei die Einstellungen insbesondere mit Hilfe einer an der Betätigungsvorr.chlune angebrachten Skala zuverlässig reproduzierbar 20

nrf Dadurch daß das Drosselstück kippbar in oder auf dem Ventilsitz gelagert ist, ergibt sich der Durchflußnuerschnitt aus der Differenz zwischen einer Kre.sfla-S und emem im geschlossenen Zustand des Ventils ebenfalls eine Kreisfläche gleicher Größe bildenden Kegelschnitt, der bei Betätigung in eine Ellipse überseht Diese Flächendifferenz kann so winzig klein werden'daß kleinste Dosiermengen bis zur Blaschenb.ldune einstellbar sind. Da das Drosselstück sich von seinem Sitz nicht abhebt, sondern immer zwischen diesem und der Betätigungsvorrichtung kippbar gehalten wird, ist iede seiner Stellungen stabil, und es nimmt bei einer bestimmten Einstellung der Betätigungsvorrichtung ste, d.eselbe Stellung in oder auf seinem Ventilsitz ein, so daß der Durchflußquerschnitt und damit die Dosiermenge zuverlässig reproduzierbar ist.

Diese Vorteile werden durch überraschend einfache Mittel erzielt. Das Ventil besteht nur aus einer genngen Anzahl von Teilen, und nur wenige Teile müssen bei der Betätigung bewegt werden, wodurch Verschleißen scheinungen entgegengewirkt wird. D.e E.nze teile sind vergleichsweise einfach herstellbar und ,m Vergleich mit bestimmten Einzelteilen herkömmlicher Ventile. z.B. der feinen Dosierspindel eines Nadelventils, beschädißungsunempfindlich. . ^4S

Außerdem ist das erfindungsgemäße Dosierventil in vorteilhafter Weise hinsichtlich seiner Dos.erkennl.nie variabel, indem der Neigungswinkel des konisch ausgebildeten Teils verändert wird. Hierzu eignet sichbesor. ders eine Ausführungsform der Erfindung bei der das 5<> Drosselstück die konische Form aufweist Um ejr.Ventil mil veränderter Oosierkennl.nie zu erhalten braucht S sem Falle nur mit wenigen Handgriffen ein neues Drosselstück mit entsprechend ausgebildetem Konus eingesetzt zu werden. Die veränderte Skalene.nteilung ist dabei selbstverständlich zu berücksichtigen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.

Fig 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausfuhrungsform des Dosierventils in geschlossenem Zustand Fi R 2 zeigt einen Schnitt durch eine zwe.te Ausfuhrungsform des Dosierventil ebenfalls in geschlossenem

der Erfindung;

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform von

Drosselstück und Ventilsitz;

F i g. & zeigt eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierventils in gestreckter Form.

Gemäß F i g. 1 mündet der Zuflußkanal des Dosierventils (der auch der Abflußkanal sein kann) in einem kegelförmigen Ventilsitz 1 als Ventildüse. Ein zylindrisch ausgebildetes Drosselstück 2 umfaßt mit einer mittigen, kreisrunden Ausnehmung den Ventilsitz 1 und liegt mit der durch die Ausnehmung entstehenden Kante auf der kegeligen Mantelfläche des Ventilsitzes 1 auf. Das Ventilgehäuse 11 weist einen hohlzylindrischen Fortsatz auf, der die Mündung des Zuflußkanals des Ventils mit Ventilsitz 1 und Drosselstück 2 sowie die Mündung des Abflußkanais des Ventils umschließt. Der Gehäusefortsutz ist mit einem Außengewinde 14 versehen, über das eine becherförmig ausgebildete Betätigungsvorrichtung 12 aufschraubbar ist. Die Innenwand der becherförmigen Betätigungsvorrichtung 12 ist gegen die Außenwand des Gehäusefortsatzes durch einen O-Ring 13 abgedichtet.

Das zylindrische Drosselstück 2 liegt mit einem an seiner vom Ventilsitz 1 abgewandten Fläche exzentrisch, vorzugsweise im Umfangsbereich angearbeiteten, sich i.i axialer Richtung erstreckenden Stößel 24 am Boden der becherförmigen Betätigungsvorrichtung 12 an, während zwischen einer diametral zum Stößel 24 vorgesehenen Ausnehmung 23 und dem Boden der Betätigungsvorrichtung 12 eine Feder 15 angeordnet ist, die das Drosselstück 2 immer in Berührung mit dem Ventilsitz 1 und den Stößel 24 über den Ventilsitz 1 als Drehpunkt in Anlage an dem Boden der Betätigungsvorrichtung 12 hält.

In geschlossenem Zustand des Dosierventils fallen die Achsen des Ventilsitzes 1 und des Drosselstücks zusammen. Das Drosselstück 2 liegt mit der kreisförmigen Kante seiner mittigen Ausnehmung auf einer Kreislinie der kegeligen Mantelfläche des Ventilsitzes auf, so daß, da die beiden Kreislinien sich decken, das Ventil geschlossen ist.

Durch Verdrehen der Betätigungsvorrichtung über das Gewinde 14 verschiebt sich dieselbe koaxial zum Ventilsitz 1, und das Drosselstuck 2 wird durch das Zusammenwirken der Feder 15 und des Stößels 24 mit dem Boden der becherförmigen Betätigungsvorrichtung 12 auf dem Ventilsitz 1 gekippt, so daß die Achse des Drosselstücks 2 und die Achse 8 des Ventilsitzes je nach Grad der Drehung der Betätigungsvorrichtung 12 einen entsprechenden Winkel bilden (vgl. Fig.3). Dadurch geht der durch die Kante des Drosselstücks bestimmte Kegelschnitt am Ventilsitz 1 von einer Kreisfläche in eine Ellipse über. Gemäß F i g. 4 entsteht dadurch eine der Differenzfläche zwischen der durch k 2 btimten Kreisfläche und der am

F?g3 zeigt Drosselstück und Ventilsitz einer Ausführungsform nach F i g. 1 in einer Öffnungsstellung;

Fig 4 veranschaulicht das Zustandekommen eines rwhflußauerschnitts bei einem Dosierventil gemäß rch eine der Differenzfläche zwische das Drosselstück 2 bestimmten Kreisfläche und der am Ventilsitz 1 bestimmten Ellipsenfläche entsprechende Durchflußöffnung, die über die Neigung der beiden Achsen 7,8 nahezu beliebig klein eingestellt werden kann. Zur Eichung des Dosierventils kann auf der Betätigungsvorrichtung eine Skala vorgesehen werden.

Durch Ausbildung des kegelförmigen Ventilsitzes in einer mehr oder weniger stumpfen Kegelform lassen sich bei gleicher Neigung des Drosselstücks 2 die maximalen Durchflußmengen variieren. Natürlich kann das Drosselstück 2 in seiner Schließfläche auch einer Ellipse entsprechen, doch wird dann die Abstimmung der beiden Schnittflächen im Bereich des Nullabschlusses schwieriger.

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Ebenso könnte man eine Pyramide als Ventilsitz und ein Viereck als Drosselstück wählen. Bei der Neigung der beiden Achsen für die Veränderung des Dosierquerschnitts entstehen dann aber keine so feinen Querschnittsveränderungen wie bei der Verschiebung einer runden Fläche zu einer elliptischen Fläche. Außerdem verlangt die Herstellung dieser Teile mehr Aufwand.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die sich von der gemäß F i g. 1 nur in der Ausbildung von Ventilsitz 6 und Drosselstück 5 unterscheidet. Der Ventilsitz 6 ist durch eine den Zuflußkanal bildende Bohrung im Ventilgehäuse 11 rohrartig ausgebildet, und an dem in seiner Grundform zylindrischen Drosselstück 5 ist in der Verlängerung der Achse ein Kegel ausgebildet, der in den rohrartigen Ventilsitz 6 hineinragt und je nach Neigung der Achse des Drosselstücks 5 zur Achse des Ventilsitzes 6 mit einer kreisförmigen oder elliptischen Linie seiner Mantelfläche auf der kreisförmigen Kante des Ventilsitzes 6 aufliegt. In der vom Ventilsitz 6 abgewandten Stirnfläche des Drosselstücks 5 ist eine Ausnehmung vorgesehen, die eine schmale Umfangsfläche 3 stehen läßt, die auf dem Boden 4 der becherförmigen Betätigungsvorrichtung 12 anliegt. In einer außermittigen Ausnehmung des Drosselstücks 5 ist die Feder 15 angeordnet, die sich ebenfalls auf dem Boden 4 der Betätigungsvorrichtung

12 abstützt.

Im geschlossenen Zustand des Ventils fallen wiederum die Achsen von Ventilsitze und Drosselstück 5 zusammen, und der durch die kreisförmige Kante des Ventilsitzes 6 bestimmte Kegelschnitt am Drosselstück 5 bildet eine deckungsgleiche Kreisfläche, so daß der Zuflußkanal abgedichtet ist. Bei Verdrehen der Betätigungsvorrichtung 12 wird das Drosselstück 5 durch das Zusammenwirken seiner Umfangsfläche 3 und der Feder 15 mit dem Boden 4 der Betätigungsvorrichtung 12 gegenüber dem Ventilsitz 6 gekippt, so daß die beiden Achsen einen Winkel bilden und der durch die gleichbleibend kreisförmige Kante des Ventilsitzes 6 am Drosselstück 5 bestimmte Kegelschnitt in eine Ellipse übergeht, wodurch sich auch hier ein der Flächendifferenz zwischen Kreis und Ellipse entsprechender Durchflußquerschnitt ergibt.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 eignet sich in vorteilhafter Weise besonders zur Herstellung von Dosierventilen mit veränderbarer Dosierkennlinie (Änderung der Durchflußmenge pro Zeiteinheit pro Grad Drehwinkel der Betätigungsvorrichtung) und mit veränderbarer maximaler Durchflußmenge pro Zeitein heit, indem Drosselstücke 5 mit verschieden stark aus gebildetem Konus hergestellt werden, die leicht auswechselbar sind.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform von Ven tilsitz 9 und Drosselstück 10. Der Ventilsitz 9 ist als Zylinder oder auch als schwacher Kegelstumpf ausgebildet und die mittige Ausnehmung im zylindrischen Drosselstück 10 hat die Form eines stärker ausgeprägten Kegelstumpfs. Auch hier liegt das Drosselstück im geschlossenen Zustand des Ventils entlang einer Kreislinie der Mantelfläche der kegelstumpfförmigen Ausnehmung auf der kreisförmigen Kante des Ventilsitzes 9 auf. Wird das Drosselstück. 10 zur Einstellung «iner bestimmten Dosiermenge in der bereits beschriebenen Weise auf dem Ventilsitz 9 gekippt, geht die Kreislinie an der Kegelmantelfläche in eine Ellipse übf>r. und es ergibt sich ein Durchflußquerschnitt gemäß F ig. 4.

F i g. 6 zeigt eine besondere Ausführungsform des er

findungsgemäßen Dosierventils in gestreckter Form.

In einem nach Art einer Hülse in lang gestreckter Becherform ausgebildeten Gehäuseteil 16 ist ein kegelstumpfförmiger Ventilsitz Γ angeordnet, dessen mittiger Abflußkanal rohrförmig durch eine Öffnung im Boden des Gehäuseteils 16 verläuft. In das offene Ende des Gehäuseteils 16 ist ein zweites zylindrisches Gehäuseteil 17 mit zentraler Zuflußbohrung 22 einschraubbar, wobei die Zuflußbohrung 22 im Gehäuseinnern in einen Innenkonus 20 ausläuft. Auf dem kegeligen Ventilsitz Γ aufsitzend ist ein zylindrisches Drosselstück 18 mit zylindrischer Ausnehmung angeordnet, das auf seiner von dem Ventilsitz Γ abgewandten Seite einen mittigen Stößel 21 aufweist, der dichtend in die Zuflußbohrung 22 paßt. Die durch die Ausbildung des Stößels 21 am Drosselstück 18 entstehende Ringfläche ist abgeschrägt bzw. ist ein einseitig abgeschrägter Ringkörper 26 auf den Stößel 21 bis zur Anlage an der Ringfläche des Drosselstücks 18 aufgeschoben. Eine Feder 19 stützt sich einerseits auf der schrägen Ringfläche des Drosselstücks 18 und andererseits an einer durch den Innenkonus 20 am Gehäuseteil 17 belassenen Ringfläche ab. wodurch sich eine exzentrische Beaufschlagung des Drosselstücks 18 ergibt. Das Gehäuseteil 17 ist um ein durch einen Anschlag bestimmtes Maß 25 in das Gehäuseteil 16 einschraubbar. Beide Gehäusetei-Ie 16,17 sind durch einen Dichtungsring gegeneinander abgedichtet.

In geschlossenem Zustand des Ventils sind die Gehäuseteile 16, 17 bis zum Anschlag zusammengeschraubt; die gemeinsame Achse des Drosselstücks 18 und seines Stößels 21 fällt mit denen der Zuflußbohrung 22 und des Ventilsitzes Γ zusammen. Einerseits ragt der Stößel 21 dichtend in die Zuflußbohrung 22 hinein, und andererseits liegt die kreisförmige Kante der zylindrischen Ausnehmung des Drosselstücks 18 dichtend auf dem kegeligen Ventilsitz. 1' auf, so daß hier eine doppelte Verschlußwirkung des Ventils gegeben ist. Um eine bestimmte Dosierung einzustellen, wird das als Einstellhülse dienende Gehäuseteil 16 verdreht, d.h. die beiden Gehäuseteile 16. 17 werden auseinandergedreht. Dabei gleitet der Stößel 21 des Drosselstücks 18 zunächst aus der Zuflußbohrung 22 und dann infolge der exzentrischen Beaufschlagung des Drossel-Stücks 18 durch die Feder 19 an der konischen Wirkfläche 20 am Gehäuseteil 17, wodurch das Drosselstück auf dem Ventilsitz Γ gekippt wird und so in der bereits beschriebenen Weise ein Durchflußquerschnitt freigegeben wird, der der Differenzfläche zwischen dei gleichbleibenden Kreisfläche am Drosselstück 18 unc der sich entsprechend dem Neigungsgrad des Drossel Stücks 18 mehr oder weniger stark ausbildenden Ellip senfläche am Ventilsitz 1' entspricht. Der Neigungsgrac des Drosselstücks 18 kann hier auch durch mehren Umdrehungen des Gehäuseteils 16 bestimmt werder wobei zweckmäßig eine Skala am Abstand 25 zwischei dem Anschlag am Gehäuseteil 17 und dem Gehäusete 16 angebracht wird, so daß jede noch so feine Dosier einstellung reproduzierbar ist

Der Neigungsgrad des Drosselstücks 18 kann hie außer durch eine unterschiedliche Ausbildung des Kc nus am Ventilsitz Γ auch durch eine Veränderung d< Winkels an der konischen Wirkfläche 20 beeinflul werden.

65 Da nach den Gesetzen der Kegelschnitte der Übe gang der Kreisfläche am konisch ausgebildeten Venti verschlußteil in eine Ellipse stetig ist wird eine äußer feine, reproduzierbare Dosierung erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dosierventil für kleine Durchflußmengen mit einem Drosselstück und einem Ventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselstück (2, 5, 10. 18) kippbar, jedoch nicht abhebbar auf dem bzw. in dem Ventilsitz (1, 6, 9. V) gelagert ist, wobei entweder der Ventilsitz (1, 9, V) düsenartig ausgebildet ist, eine konische, pyramidenmantelförmige oder zylindrische Außenkontur aufweist und von dem becherförmig mit zylindrischer, pyramidenmantelförmiger oder konischer Innenkontur ausgebildeten Drosselstück (2, 10. 18) teilweise umgriffen ist oder aber das Drosselstück (5) konisch ausgebildet ist und teilweise in den rohrartig ausgebildeten Ventilsitz (6) ragt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselstück (2) exzentrisch von einer Feder (i5) beaufschlagt und mit einem diametral zum Angriffspunkt der Feder (15) angeordneten Stößel (24) versehen ist, wobei Feder (15) und Stößel (24) mit dem Boden (4) einer becherförmig ausgebildeten, koaxial zum Ventilsitz (1) verschiebbaren Betätigungsvorrichtung (12) zusammenwirken.

3. Ventil nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselstück (5) exzentrisch von einer Feder (15) beaufschlagt ist, wobei die Feder (15) und der Umfang (3) des als Bauelement konstanter Höhe ausgebildeten Drosselstücks (5) mit dem Boden (4) einer becherförmig ausgebildeten, koaxial zum Ventilsitz verschiebbaren Betätigungsvorrichtung (12) zusammenwirken.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselstück (18) exzentrisch von einer Feder (19) beaufschlagt und mit einem mittig angeordneten Stößel (21) versehen ist, wobei der stirnseitige Umfang des Stößels (21) mit einer konischen Wirkfläche (20) des mit einer zentrischen, in der Schließstellung durch die Stirnfläche des Stößels (21) verschließbaren Zuflußöffnung (22) versehenen Gehäuseteils (17), an dem sich die Feder (19) abstützt, zusammenwirkt, zu dem der Ventilsitz (Γ) mittels eines als Betätigungsvorrichtung dienenden Gehäuseteils (16) koaxial verschiebbar ist.