DE2161260C3 - Thermostatisch gesteuertes Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein thermostatisch gesteuertes Regelventil mit druckentlastetem Ventilkegel.

Es sind thermostatisch gesteuerte Regelventile bekannt, deren Ventilkegel durch eine zweckentsprechende Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Meßfühlers bewegt wird und damit die das Ventil durchsetzende Strömungsmenge temperaturabhängig regelt, im einzelnen wird dabei so verfahren, daß das im Meßfühler befindliche Volumen einer Ausdehnungsflüssigkeit übe,- eine Kapillarleitung und einen Stellkolben eine Kraft gegen die Wirkung einer Rückstellfeder auf die Spindel des Ventilkegels übertrügt. Diese Rückstellfeder dient dabei lediglich zur Rückstellung des Stellkolbens; sie beeinflußt den Ventilkegel bzv. dessen Spindel nicht. Um innerhalb des kombinierten Systems Me^'ühler-Stellglied mit verhältnismäßig niedrigen Drücken arbeiten zu können, ist es gebräuchlich, am Ver.' ! eine sogenannte Druckentlastung vorzusehen. Zu diesem Zweck wird dafür gesorgt, daß der Ventilkegel, der in Öffnungsrich tung vom Druck des zu regelnden Mediums beaufschlagt wird, in Schließrichtung ebenfalls diesem Druck ausgesetzt ist. Die in Schließrichtung wirksame Flache wird dabei etwas kleiner als die Kegelfläche in Off nungsrichtung gewählt, um zu gewährleisten, daß der Ventilkegel slets eine (kleine) Kraft in Öffnungsrich tung erfährt. Das ist erforderlich, weil der Ventilkegel vom .Stellkolben nur in Schließrichtung bewegt werden kann, so daß eine Rückstellkraft durch die Kräflcbilan/ am Ventilkegel hergestellt werden muß. Fs ist das all gemeine Bestreben, die Rückstellkraft so gering »it möglich /u bemessen, um den Schwierigkeiten höherer Drucke im Meßsystem /u begegnen.

Bei allen derartigen Ventilen sind die Kräfteverhältnisse am Ventilkegel relativ verwickelt, weil /u den sin tischen Drucken während der Öffnungs- b/w. Schließ bewegung noch Stromungsdrücke treten, deren Größe und Richlung weitgehend von den geometrischen Gc gebenheitcn abhängen. I in allgemeiner Mangel ist je doch darin /u suchen, daß aus dynamischen Gründen /ti Beginn der Öffnungs b/w am Ende der Schließbcwe gung /wischen Ventilsitz und kegel eine Driiekvermin clerung wegen der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit eintritt. Damit wird aber die Ruekhtellkraft aufgehuben, weil es nicht ohne weiteres möglich ist, deri Druckausgleich für die Rückseite des Ventilkegels genau ah 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 befindet, Schwingungen ausführt, die zur alsbaldigen Zerstörung des gesamten Systems führen. Diese Erscheinung ist allgemein als hydrodynamisches Paradoxon bekannt; sie tritt bei Ventilen ohne Druckentlastung nicht auf oder wird von anderen Kräften überlagert.

Bei anderen als den hier beschriebenen Vertuen ist es bekannt, am Ventilkegel einen Staubund vorzusehen,

ία 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 Öffnungskraft in jedem Fall größer als die Schließkraft ist in einem solchen Maß, daß der Druck im Meßfühler nur unwesentlich zunimmt.

Erfindungsgemäß 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 Ventils 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 Mediums noch gering ist und dieses zudem infolge der Aus nehmungen 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 Stromungsgeschwindigkeit im Beseich ae. Ventilsit/es wieder geringer, so daß bei ständig zunehmender Stromstärke die Wirkung des Staubundes vernachlässigbar wird. Beim Schließvorgang läuft der Pro/eß in umgekehrter Reihenfolge analog ab. Eine derartige differenzierte Steuerung der Kräfte am Ventilkegel kann nut dem bekannten Staubund nicht er/iell werden. Ihre Verwirklichung hängt über die Erfindung hinaus in starkem Maße von der geometrischen Gestaltung der Ausnehmungen um¹ des Staubundes selbst ab; es hat sich aber gezeigt, daß bei richtiger Anordnung und Bemessung durch diese überraschend einfache Losung so wohl Schwingungen des Ventilkegels als auch unzulässige Drucksteigerungen im Meßsystem nut Sicherheit vermieden werden können, so daß darüber hinaus die gewünschte lineare Proportinahtät /wischen Tempern tiiranclerung am Meßfühler und dem Hub des Stellgliedes gewahrt wird, /ur Verdeutlichung der Erfindung wild an Hand der Zeichnung ein Ausfiihrungsbeispiel naher erläutert ils zeigt

F 1 g. 1 einen Schnitt durch ein erfindurigsgemäßcs

6e 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 besteht zunächst aus einem Eingangsstutzen 1 und einem Äusgangsstutzen 2, zwischen denen sich ein Ventilsitz 3 be> findet. In der Achse des Ventilsitzes 3 dient ein Gehäu-

seteil 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 Eingangsstutzen 1 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 Stellkolbe.i 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 Staubund 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 Fig.!; bei diesem Beispiel sind die Ausnehmungen 14 als zylindrische Bohrungen ausgeführt. Eine geringfügig veränderte Anordnung ist in F i g. 3 getroffen; hier ist der Staubund i2 eine ebene Fläche, deren Ausnehmungen 14 durch Kreisring-Se"-mente gebildet werden.

In F i g. 4 bis 6 ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventilkegels gezeigt. Das in Fig.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 öffnurig gemäß F i g. fa 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 die 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 eintritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 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.