DE2161260B2 - Thermostatisch gesteuertes Regelventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein thermostatisch gesteuertes Regelventil mit druckentlastetem Ventilkegel.¹

Es sind thermostatisch gesteuerte Regelventile bekannt, deren Ventilkegel durch eine zweckentsprechende Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Meßfühlers bewegt wird und damn die das Ventil durchsetzende Strömungsmenge tempe raturabhängig regelt. Im einzelnen wird dabei so verfahren, daß das im Meßfühler befindliche Volumen einer Ausdehnungsflüssigkeit über eine Kapillarleitung und einen Stellkolben eine Kraft gegen die Wirkung •iner Rückstellfeder auf die Spindel des Ventilkegels iberträgt. Diese Rückstellfeder dient dabei lediglich tür Rückstellung des Stellkolbens; sie beeinflußt den Ventilkegel bzw. dessen Spindel nicht. Um innerhalb des kombinierten Systems Meßfühler-Stellglied mit verhältnismäßig niedrigen Drücken arbeiten zu kön ■en, ist es gebräuchlich, am Ventil eine sogenannte Druckentlastung vorzusehen. Zu diesem Zweck wird dafür gesorgt, daß der Ventilkegel, der in öffnungsrichlung vom Druck des zu regelnden Mediums beaufschlagt wird, in Schließrichtung ebenfalls diesem Druck ausgesetzt ist. Die in Schließrichtung wirksame Fläche Wird dabei etwas kleiner als die Kegelfläche in öff-Dungsrichtung gewählt, um zu gewährleisten, daß der Ventilkegel stets ;ine (kleine) Kraft in öffnungsrich lung erfährt. Das ist erforderlich, weil der Ventilkegel vom Stellkolben nur in Schließrichtung bewegt werden kann, so daß eine Rückstellkraft durch die Kräftebilan/ •m Ventilkegel hergestellt werden muß. Es ist das allgemeine Bestreben, die Rückstellkraft so gering wie möglich /u bemessen, um den Schwierigkeiten höherer Drücke im Meßsystem zu begegnen.

Bei allen derartigen Ventilen sind die Kräfteverhält-Hisse am Ventilkegel relativ verwickelt, weil zu den statischen Drücken während der öffnungs- bzw. Schließbewegung noch Strömungsdrücke treten, deren Größe Und Richtung weitgehend von den geometrischen Ge-Sebenheiten abhängen. Ein allgemeiner Mangel ist jeoch darin zu suchen, daß aus dynamischen Gründen zu Beginn der öffnungs- bzw. am Ende der Schließbewegung zwischen Ventilsitz und -kegel eine Druckverminderung wegen der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit eintritt. Damit wird aber die Rückstellkraft aufgehoben. weil es nicht ohne weiteres möglich ist, den Druckausgleich für die Rückseite des Ventilkegel genau an der Stelle einzuführen, an der Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit wahrgenommen werden. Es ist auch beobachtet worden, daß die Rückstellkraft nicht nur aufgehoben wird, daß vielmehr sogar eine Kraft in Schließrichtung auftreten kann. Die unsicheren Kräfteverhältnisse führen bei den bekannten Regelventilen dazu, daß der Ventilkegel, wenn er sich in der Nähe des Ventilsitzes befinde*. Schwingungen ausführt, die zur alsbaldigen Zerstörung¹ jijes gesaroten Systems führen. Diese Erscheinung^ aligemein als hydrodynamisches Paradoxon bekannt! sie tritt bei Ventilen ohne Druckentlastung nicht auf oder wird von anderen Kräften überlagert.

Bei anderen als den hier beschriebenen Ventilen ist es bekannt, am Ventilkegel einen Staubund vorzusehen, so daß bei geöffnetem Ventil die Öffnungskraft erheblich vergrößert wird. Ein derartiger Staubund ist aber bei druckentlasteten Ventilen nicht anwendbar, weil sonst eine unzulässige Erhöhung des Druckes im Meßfühlersystem aufträte.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein thermostatisch gesteuertes Regelventil mit druckentlastetem Ventilkegel so auszuführen, daß einerseits der Ventilkegel im gesamten Stellbereich druckentlastet ist, daß aber andererseits die öffnungsk^raf( in jedem Fall größer als die Schließkraft ist in einem solchen Maß, daß der Druck im Meßfühler nur unwesentlich zunimmt.

Erhndungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Ventilkegel ein bei geschlossenem Ventil in geringem Abstand vom Ventilsitz befindlicher Staubund vorgesehen ist. der mit Ausnehmungen versehen ist. derart, daß erst bei größeren Öffnungsgraden des VcntiU der Staubund durch einen merklichen Strömungsdruck beaufschlagt wird.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß beim Öffnungsvorgang zunächst in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes die Öffnungskraft nicht zunimmt, weil die Stromstärke des auszuregelnden Medi ums noch gering ist und dieses zudem infolge der Ausnehmungen des Staubundes ungehindert abfließen kann. Bei zunehmender öffnung wird schließlich der Staubund wirksam und verhindert eine Verminderung oder Umkehrung der Rückstellkraft. Schließlich wird bei weiterer Zunahme der Ventilöffnung die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Ventilsitzes wie der geringer, so daß bei ständig zunehmender Stromstärke die Wirkung des Staubundes vernachlässigbar wird. Beim Schließvorgang läuft der Prozeß in umgekehrter Reihenfolge analog ab. Eine derartige differenzierte Steuerung der Kräfte am Ventilkegel kann mit dem bekannten Staubund nich. erzielt werden. Ihre Verwirklichung hängt über die Erfindung hinaus in starkem Maße von der geometrischen Gestaltung der Ausnehmungen und des Staubundes selbst ab; es hat sich aber gezeigt, daß bei richtiger Anordnung und Bemessung durch diese überraschend einfache Lösung sowohl Schwingungen des Ventilkegels als auch unzulässige Drucksteigerungen im Meßsystem mit Sicherheit vermieden werden können, so daß darüber hinaus die gewünschte lineare Proportinalität zwischen Temperaturänderung am Meßfühler und dem Hub des Stellgliedes gewahrt wird. Zur Verdeutlichung der Erfindung wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Regelventil,

F i g. 2 und 3 je ein Beispiel für konstruktive Gestaltung des Staubundes in Draufsicht,

Fi g. 4 bis 6 die einzelnen Phasen der erfindungsgemäßen Wirkung beim Öffnen des Ventils.

Das thermostatisch gesteuerte Ventil besieht zunächst .aus einem Eingangsstutzen 1 und einem Ausgangsstutzen 2, zwischen denen sich ein Ventilsitz 3 befindet. In der Achse des Ventilsitzes 3 dient ein Gehäu-

seieil 4 zur Lagerung einer Spindel 5 eines Ventilkegels 6 und zur Aufnahme einer Druckentlastungsvorrichtung 7,8,9. Im einzelnen wird der Druck des zu regelnden Mediums aus dem Eingangsstutzeit ! über eine Bohrung 7 der Spindel 5 in einen Raum 8 übertragen, der z. B. durch eine Manschette 9 gegen das zu regelnde Medium abgedichtet ist. Die Spindel 5 wird in Schließrichtung durch einen thermostatisch gesteuerten Stellkolben 10 betätigt. Der Ventilkegel 6 ist mit einer Führung 11 versehen, die im Ventilsitz 3 gleitet. Am Ventilkegel 6 befindet sich weiterhin ein Staubund 12, dessen Wirkung durch eine Ringnut 13 gesteigert werden kann. Der Slaubund 12 soll sich bei geschlossenem Ventil nahe dem Ventilsitz 3 befinden. Schließlich ist der Staubund 12 noch mit Ausnehmungen 14 ausgestattet. F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Ventilkegel 6 entsprechend F i g. 1; bei diesem Beispiel sind die Ausnehmungen 14 als zylindrische Boh-ungen ausgeführt. Eine geringfügig veränderte Anordnung ist in F i g. 3 getroffen; hier ist der Staubund 12 eine ebene Fläche, deren Ausnehmungen 14 durch Kreisring-Segmente gebildet werden.

In F i g. 4 bis 6 ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventilkegels gezeigt Das in F i g. 4 noch geschlossene Ventil ist in F i g. 5 geringfügig geöffnet. Es ist zu erkennen, daß infolge der geringen Stromstärke und der relativ großen Ausnehmungen 14 eine nur geringe Turbulenz entsteht und wirksame Staudrücke auf den Staubund 12 nicht ausgeübt werden. Bei größerer öffnung gemäß F i g. 6 dagegen überwiegt die Wirkung des Staubundes 12 diejenige der Ausnehmungen 14, der Ventilkegel 6 erfährt eine zusätzliche Kraft in Öffnungsrichtung. Damit ist es offenbar möglich, die durch viie Innenfläche des Ventilsitzes 3 und die freie Stirnfläche der Manschette 9 bestimmte Rückstellkraft stets positiv zu halten, auch wenn infolge der Düsenwirkung an der Stelle 15 eine Druckminderung des zu regelnden Mediums einlritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 21 6!

   Patentanspruch:

   Thermostatisch gesteuertes Regelventil mit druckentlastetem Ventilkegel, "dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilkegel (6) ein bei geschlossenem Ventil in geringem Abstand vom Ventilsitz (3) befindlicher Staubund (12) vorgesehen ist, der mit Ausnehmungen (14) versehen ist. derart, daß erst bei größeren Öffnungsgraden des Ventils der Staubund (12) durch einen merklichen Strömungsdruck beaufschlagt wird,