DE2258787C3 - DurchfluBregelventi - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußregelventil, das einen feststehenden Hülsenmantel mit einer öffnung und ein axial darin verschiebbares, unter Einwirkung einer Rückstellfeder stehendes napfförmiges Element aufweist, in dessen Seitenwandung zur Steuerung des Durchflußquerschnitts in Abhängigkeit von der Stellung des napfförmigen Elements längs seines wirksamen Arbeitsweges gegenüber der öffnung des Hülsenmantels dienende Durchlaßöffnungen vorgesehan cinH

Bei bereits bekannten, in den Druckschriften der US-Patente 31 31 716 und 32 56 905 der Erfinderung beschriebenen Durchflußregelventilen dieser Gattung weist das napfförmige Element auf der zylindrischen Außenfläche seiner Seitenwandung längs seines gesamten Arbeitsweges den gleichen Durchmesser auf. Es kann jedoch vorkommen, daß die erfoiderliche Änderung des Durchlaßquerschnitts kleiner ist als sie mit Hilfe einer einzigen Durchlaßöffnung oder eines einzigen Durchlaßsegments, dessen Mindestbreite aus praktischen Gründen nur innerhalb eines begrenzten Bereichs wählbar ist, erreichbar wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Durchflußregelventilen der zur Rede stehenden Gattung eine zusätzliche Möglichkeit zur Feindosierung der Steuerbarkeit des gesamten Durchflußquerschnitts zu schaffen, ohne daß dazu extrem schmale Durchlaßöffnungen oder -segmente in der zylindrischen Seitenwand des napfförmigen Elements benötigt würden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seitenwandung des napfförmigen F.lements längs seines wirksamen Arbeitsweges zur zusätzlichen Steuerung der Gesamtdurchflußquerschnittsfläche dienende unterschiedliche Außendurchmesser aufweist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das neue Durchflußregelventil aus einem feststehenden Mantel mit einer kreisrunden öffnung und einem Durchflußöffnungen aufweisenden, innerhalb der öffnung axial verschiebbaren, napfförmigen Element mit einer allgemein zylindrischen Seitenwand und einer Endwand, wobei die Außenfläche der Seitenwand des napfförmigen Elements aus einer nahe der Endwand angeordneten ersten Zylinderfläche und einer konzentrisch zu dieser in einem Axialabstand angeordneten zweiten Zylinderfläche kleineren Durchmessers besteht, die beiden Zylinderflächen durch eine sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandfläche miteinander verbunden und in der Seitenwand durch wenigstens eine Zylinderfläche durchgehende Durchlaßöffnungen ausgebildet sind.

Bei dieser Anordnung bewirkt die sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandfläche in Verbindung mit den Durchlaßöffnungen bzw. -Segmenten, daß ein konstanter Durchsatz aufrechterhalten bleibt.

Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbcispiele näher erläutert. In den Figuren ist

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 ein Längsschnitt durch einen Teil des Durchflußregelventils von F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Abwicklung des zylindrischen Teils des napfförmigen Elements von F i g. 2,

Fig.4 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des napfförmigen Elements und

Fig.5 ein Teilquerschnitt durch das Element der F i g. 4 in einem größeren Maßstab.

Das in den Zeichnungen dargestellte Durchflußregelventil ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und weist einen feststehenden Rohrmantel Il mit einem vorderen Flansch 12 und einem hinteren Flansch 13 auf. Eine feststehende Öffnungsplatte 14 ist innerhalb des Flansches 12 in dem Mantel U befestigt und weist eine mittige, zylindrische öffnung 15 auf. Ein napfförmiges Element 17 mit einer allgemein zylindri-

e;hen Seitenwand 18 und einer in einem Stück mit diener ausgebildeten Endwand 19 ist vermittels seiner zyindrischen Schwand 18 gleitend verschiebbar innerhalb der öffnung 15 geführt und wem einen verbreiteren Flansch 21 auf, gegen den sich das eine Ende einer fcnerhalb des Mantels 11 angeordneten, schraubenförmig gewendelten Druckfeder 22 abstützt. Das andere Ende der Druckfeder 22 liegt gegen eine von mehreren ringförmigen Unterlegscheiben 23 an und drückt diese Unterk-gscheiben gegen den hinteren Flansch 13.

Das Durchflußregelventil 10 ist entsprechend F i g. 1 innerhalb des Gehäuses 26 befestigt. Eine im Inneren des Gehäuses 26 befindliche Trennwand 27 ist mit einer Durchbrechung 28 zur Aufnahme eines Abschnitts des Mantels 11 versehen. Passend zueinander ausgebildete Schultern 29 an dem Gehäuse 26 und an dem Rohrmantel 11 werden vermittels eines Keilrings 30 in gegenseitigem Eingriff gehalten, welcher den Mantel 11 gegen die Trennwand 27 verkeilt. Das napfförmige Element 17 weist mehrere Durchlaßöffnungen auf, durch welche am Einlaßstutzen 31 in die Gehäusekammer 32 zugeführtes Medium hindurch in das Innere des Mantels 11 und von diesem in den Gehäuseraum 33 eintreten und das Gehäuse durch den Auslaßstutzen 34 wieder verlassen kann. Auf Grund eines in der Gehäusekammer 32 herrschenden Drucks wird das napfförmige Element 17 in Axialrichtung gegen die durch die Feder 22 ausgeübte Druckkraft in den Rohrmantel 11 hinein verschoben.

Die Außenfläche der Seitenwand 18 des napfförmigen Elements 17 setzt sich aus einer ersten Zylinderfläche 37 nahe der Endwand 19, einer konzentrisch zu dieser in einem Axialabstand angeordneten zweiten Zylinderfläche 38 kleineren Durchmessers und einer die Zylinderflächen 37 und 38 miteinander verbindenden, sich kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 39 zusammen. Der ringförmige Zwischenraum 41 zwischen der Seitenwand des napfförmigen Elements und der öffnung 15 hat den größten Wert, wenn sich die Teile in der in F i g. 2 dargestellten Stellung befinden, und hat den kleinsten Wert, wenn sich das napfförmige Element 17 gegen die durch die Feder 22 ausgeübte Druckkraft so weit in den Mantel 11 hinein verstellt hat, daß die Zylinderfläche 37 innerhalb der öffnung 15 liegt. Ein Anschlagbund 42a ist auf einen Abschnitt der Seitenwand 18 des napfförmigen Elements 17 aufgesetzt und ist einerseits von dem verbreiterten Flansch 21 des napfförmigen Elements begrenzt und kommt andererseits zur Anlage gegen die Öffnungsplatte 14. Der Anschlagbund 42a begrenzt die Verstellung des napfförmigen Elements 17 unter Einwirkung der durch die Feder 22 ausgeübten Druckkraft.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Seitenwand 18 des napfförmigen Elements 17 mit einer Gruppe in Umfangsrichtung ver- ss setzt zueinander angeordneter, einzelner Durchlaßsegmente 42, 43 und 44 versehen (F i g. 3), welche durch die Zylinderfläche 38 durchgeführt sind. Die Durchlaßsegmente 42, 43 und 44 bilden eine Gruppe. Das napfförmige Element 17 kann je nach der gewünschten fco Durchsatzleistung eine oder mehrere Gruppen derartiger Durchlaßsegmente aufweisen. Das hier dargestelle Ausführungsbeispiei weist zwei Durchlaßsegmentgruppen auf. Die Breite in Umfangsrichtung der Durchlaßsegmente in jeder Gruppe nimmt gegen die Endwand <^ 19 des napfförmigen Elements 17 ab. Die Endränder 42a und 43a der einander benachbarten Durchlaßsegmente 42 und 43 liegen im wesentlichen in ein und derselben Querebene senkrecht zur Achse des napfförmigen Elements. In entsprechender Weise sind die Endränder 43b und 44a der einander benachbarten Du-chlaßsegmente 43 und 44 im wesentlichen in ein und derselben weiteren Querebene angeordnet, während der Endrand 446 des Durchlaßsegments 44 im wesentlichen zusammenfällt mit der Grenzlinie 46 zwischen der Zylinderfläche 38 und der sich kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 39. Die bevorzugte Formgebung der einzelnen Durchlaßsegmente sowie deren gegenseitige Lage sind im einzelnen in der gleichzeitig eingereichten weiteren Patentanmeldung beschrieben. Der Gesamtdurchsatz durch sämtliche Durchlaßsegmente bleibt für jede Axialstellung des verstellbaren napfförmigen Elements 17 im wesentlichen gleich, wenn sich die Zylinderfläche 38 oder die sich verjüngende Wandfläche 39 innerhalb der öffnung 15 befindet.

Bei der in den Fig.4 und 5 dargestellten weiteren Ausführungsform ist das napfförmige Element 17a identisch zu dem Eleniem 17, mit der Ausnahme, daß die Gruppe von Durchlaßsegmenten 42, 43 und 44 durch eine oder mehrere, sich kontinuierlich symmetrisch verjüngende Durchlaßöffnungen 45 ersetzt sind. Die Durchlaßöffnungen 45 sind in der Zylinderflächt 38a ausgebildet, wobei die Schmalseite 47 jeder Durchlaßöffnung 45 im wesentlichen mit der Grenzlinie /wischen der Zylinderfläche 38a und der sich kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 39a zusammenfällt.

Zwecks Inbetriebnahme wird das Durchflußrcgelventil 10 vermittels des Keilrings 30 innerhalb des Gehäuses 26 befestigt und das Gehäuse an Rohrleitungen angeschlossen, so daß dem Einlaßstutzen 31 ein unter Druck stehendes Medium zugeführt werden kann, welches am Auslaßstutzen 34 wiederum austreten kann. Die in F i g. 2 dargestellte Stellung der Teile entspricht einem sehr niedrigen Druckdifferential zwischen der aufstromseitigen Gehäusekammer 32 und dem abstromseitigen Gehäuseraum 33. In dieser Stellung gibt das napfförmige Element 17 die größte wirksame Durchlaßquerschnittsfläche für den Durchfluß von Medium frei. Mit zunehmendem Druckdifferential zwischen Einlaßstutzen 31 und Auslaßstutzen 34 verlagert sich das napfförmige Element 17 gegen die Kraft der Feder 22 axial in den feststehenden Rohrmantel 11 hinein, wodurch der freie wirksame Durchlaßquerschnitt verringert wird, so daß der Durchsatz im wesentlichen konstant bleibt.

Bei weiterer Zunahme des Druckdifferentials verlagert sich die sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandfläche 39 in Axialrichtung in die öffnung 15 der feststehenden Öffnungsplatte 14 hinein, wodurch der ringförmige Zwischenraum 41 noch weiter verringert wird. Der ringförmige Zwischenraum 41 nimmt seinen kleinsten Wert an, wenn sich die sich verjüngende Wandfläche 39 innerhalb der öffnung 15 befindet.

In der Zylinderfläche 37 oder 37a können in Nähe der Endwand 19 oder 19a mehrere runde Löcher 50 oder 50a ausgebildet und in Anzahl und Größe unterschiedlich bemessen sein. Diese »Nebenstromlöcher« 50, 50a stellen den größten Teil der Mindestdurchlaßfläche dar, die im übrigen von dem ringförmigen Zwischenraum zwischen napfförmigem Element und öffnung 15 gebildet wird.

Vermittels Stopfen 48 und 49 sind Gewindeöffnungen in der Wand des Gehäuses 26 verschlossen. Nach Herausnahme dieser Stopfen lassen sich an diesen Stellen die Anschlüsse von (nicht dargestellten) Druckmeßgeräten anbringen, mit denen beispielsweise das zwi-

sehen Gehäusekammer 32 und Gehäuseraum 33 anliegende Druckdifferential gemessen wird.

Vermittels der sich kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 39 läßt sich die Durchlaßquerschnittsfläche um Werte verändern, die unterhalb des Bereiches liegen, der sich vermittels der aus praktischen Gründen vorgegebenen Mindestbreite einer einzigen Durchlaßöffnung oder eines Durchlaßsegments einstellen läßt. Daher lassen sich sehr kleine Durchlaßquerschnittsänderungen und damit Durchsatzänderungen unabhängig von den aus praktischen Gründen vorgegebenen Mindestdurchlaßbreiten erzielen. Der gewünschte Einstellbereich für Durchsatzänderungen läßt sich durch genaue Bemessung von Innen- und Außendurchmessern vorgeben. Die Durchlaßflächen, mit denen ein-Mindestdurchsetz erhalten wird, werden durch die hin und her gerichtete Verschiebung des napfförmigen Elements 17 durch die öffnung 15 in der Öffnungsplatte 14 auf mechanische Weise durch Abstreifen sauber gehalten. Der ringförmige Zwischenraum wird etwas größer bemessen als für den Mindestsolldurchsatz erforderlich ist, damit im Betrieb ein ausreichender Zwischenraum zur Verfugung steht. Außerdem wird der erforderliche Mindestzwischenraum nur bei Anliegen höherer Druckdifferentiale benötigt, welche dazu beitragen, die mit engeren Zwischenräumen zu erwartenden Reibungskräfte zu überwinden. Auf Grund der aus praktischen Gründen zulässigen Mindestgrößen für die Zwischenräume können die ansonsten vorgesehenen ein oder mehreren Durchlaßöffnungen den größtmöglichen, unveränderlichen Mi.idestdurchlaßquerschniti aufweisen, so daß das Durchflußregelventil verhältnis mäßig unempfindlich gegenüber Verschmutzung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Durchflußregelventil, das einen feststehenden Hülsenmantel mit einer öffnung und ein axial darin verschiebbares, unter Einwirkung einer Rückstellfeder stehendes napfförmiges Element aufweist, in dessen Seitenwandung zur Steuerung des Durchflußquerschnitts in Abhängigkeit von der Stellung des napfförmigen Elements längs seines wirksamen Arbeitsweges gegenüber der öffnung des Hülsenmantels dienende Durchlaßöffnungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung (18) des napfförmigen Elements (17) längs seines wirksamen Arbeitsweges zur zusätzlichen Steuerung der Gesamtdurchflußquerschnirtsfläche dienende unterschiedliche Außendurchmesser aufweist

2. Durchflußregelventil nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Seitenwandung (18) des napfförmigen Elements (17) längs seines wirksamen Arbeitsweges aus einer in der Nachbarschaft seiner Endwand (19) angeordneten ersten Zylinderfläche (37), einer konzentrisch zu dieser in einem axialen Abstand angeordneten zweiten Zylinderfläche (38) und einer die beiden Zylinderflächen verbindenden, sich kegelstumpfförmig verjüngenden Übergangsfläche (39) besteht.

3. Durchflußregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (45) der Durchflußöffnungen in der Seitenwand des napfförmigen Elements im Bereich der zweiten, kleineren Durchmesser aufweisenden Zylinderfläche (38) liegt.

4. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen in der zweiten Zylinderfläche (38) kleineren Durchmessers der Seitenwand aus einer oder mehreren Gruppen in L'mfangsrichtung zueinander versetzt angeordneter, einzelner Durchlaßsegmente (42,43,44) bestehen, wobei die Endränder (41c, 42c, 43c, 44c) einander benachbarter Durchlaßsegmente jeweils einer Gruppe im wesentlichen in ein- und derselben Querebene senkrecht zur Achse des napfförmigen Elements liegen.

5. Durchflußregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Durchlaßsegmente, in Umfangsrichtung gemessen, zur Endwand (19) des napfförmigen Elements (17) hin abnimmt.

6. Durchflußregelventil nach einem der Ansprü ehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus Durchlaßsegmenten bestehende Durchlaßöffnungen der Seitenwand (18) im Bereich beider Zylinderflächen (37,38) ausgebildet sind.

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