DE2308333A1 - Regelventil - Google Patents

Description

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Giuseppe Teatini, Casalecchio di Reno (Bologna), Via della

Bastia 20 (Italien)

"Regelventil"

Priorität vom 29. Februar 1972 aus der italienischen Patentanmeldung Nr. 46832 A/72

Die Erfindung betrifft ein Regelventil für flüssige oder gasförmige Medien wie z.B. Treibstoffe, mit Servo-Betätigung durch das geregelte Medium, bestehend aus einem becherförmigen Ventilteller, der in einer in dem Ventilkörper befindlichen Kammer teleskopartig geführt ist und mit dem Medium einlaßseitig des Ventilsitzes über eine erste Bohrung im Ventilkörper und mit dem Medium auslaßseitig des Ventilsitzes über eine zweite Bohrung in dem Ventilteller in Verbindung steht, wobei der Querschnitt der zweiten Bohrung größer als derjenige der ersten Bohrung ist und die zweite Bohrung durch eine Ventilnadel absperrbar oder drosselbar ist, die etwa in der Längsachse des Einlasses und des damit fluchtenden Auslasses für das Medium liegt und axial durch von außen einstellbare elastische Einrichtungen verschiebbar ist.

Die Leitungsnetze für die Verteilung und Verarbeitung vieler flüssiger und gasförmiger Medien wie etwa Petroleum, Kohlenwasserstoffe im allgemeinen, Wasser oder Kohlenwasserst off dämpfe und andere Gase und Flüssigkeiten, einerlei, ob mit niedriger oder hoher Viskosität, müssen so beschaffen sein,

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daß die Durchflußmengen und Drücke des Mediums nur innerhalb eines sehr kleinen Bereiches schwanken.

Dies 1st sowohl wegen der besonderen Eigenschaften mancher Medien wie etwa verflüssigtem Petroleumgas, das im flüssigen Zustand unter Druck gehalten werden muß, als auch wegen der Eigenschaften irgendwelcher im Leitungszug liegender Instrumente wie etwa Durchflußmesser, Filter u. dergl. notwendig, deren Genauigkeit, Wirksamkeit oder Zuverlässigkeit nur dann garantiert ist, wenn sie unter genau definierten Bedingungen arbeiten.

Insbesondere in den Zapfstellen für Treibstoffe od. dergl. in den Füllstationen für Tankwagen sind vor den Meßinstrumenten besondere Ventile angeordnet, die mit einer Servo-Betätigung durch das Medium, das sie regeln oder durch ein anderes passendes Medium arbeiten und die in Einheiten eines bestimmten Öffnungsquerschnittes kalibriert werden können, jedoch nicht die Aufrechterhaltung einer benötigten Durchflußmenge sicherstellen und bei denen daher auf die nachgeschalteten Meßinstrumente in bestimmten Fällen eine Durchflußmenge an Medium gelangen kann, bei der· die Meßgenauigkeit und die Sicherheit gegen Beschädigungen des Instrumentes nicht mehr gewährleistet 1st.

Aue diesem Grund ist es erforderlich, diesen Ventilen andere Ventilanordnungen zur Durchflußregelung nachzuschalten, die mit den ersteren Ventilen derart zusammenwirken, daß die Einhaltung der gewünschten Bedingungen sichergestellt ist.

Diese zusätzlichen Durchflußregelventile verursachen wegen ihres komplizierten Aufbaue hohe Installations- und Wartungskosten und bedingen außerdem einen sehr großen Platzbedarf der Zapfstellen.

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Es sind bereits Durchflußventile bekannt, die durch das geregelte Medium selbsttätig geregelt werden und auf den Druck des Mediums ansprechen, das auch die eigentlichen Regelorgane des Ventils sowohl vor wie hinter dem Ventilsitz durchströmt. Dies wird ermöglicht durch eine passende Beeinflussung des Steuerdruckes eines im Kräftegleichgewicht befindlichen Ventiltellers. Außerdem sind Ventile bekannt, in denen die benötigte öffnungsweite des Ventiltellers durch Einstellung einer Nadel im Inneren des Ventils erreicht werden kann, welche Nadel so angeordnet ist, daß sie eine Auslaßbohrung in dem Ventiltellerglied verschließt und durch äußere Steuervorrichtungen in ihrer Führung bzw. gegenüber ihrem Sitz verschieblich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil dieser - einleitend bereits angegebenen - Gattung zu schaffen, bei dem zur Regelung des Durchflusses die Lage der die Stellung des Ventiltellers steuernden Nadel abhängig vom Durchfluß ist, und diese Nadel außerdem neben dem Durchfluß auf den Druck hinter dem Ventil, vor dem Ventil oder den Differenzdruck anspricht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nadel sich durch die Kammer im Ventilkörper hindurch nach außen erstreckt und in einer zur Nadel rechtwinkligen Scheibe endet, die annähernd in der Mitte der Strömungsfäden des eintretenden Mediums liegt und dem Staudruck zumindest eines Teils derselben ausgesetzt ist.

Hierdurch wird also erreicht, daß die Scheibe den Staudruck des Mediums am Ventileinlaß auf die Nadel überträgt, wo diese Wirkung sich mit der Wirkung der notwendigen Kalibrierfedern und derjenigen weiterer Einrichtungen addiert, die auf die Einzeldrücke oder die.Differenzdrücke ansprechen.

In der Zeichnung ist das Regelventil nach der Erfindung anhand

zweier beispielsweise gewählter AusfUhrungsformen und deren

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Teilen in schematischer Vereinfachung veranschaulicht. Es zeigen:

Pig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform des Regelventils mit manueller Betätigung;

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 die Regeleinrichtung des Ventils im Schnittmit zweistufiger Servo-Betätigung und gleichzeitiger Regelung des Druckes hinter dem Ventil und

Fig. 4 eine zweite AusfOhrungsform des Regelventils nach der Erfindung.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Regelventil besteht aus einem Ventilkörper 1 mit einem Einlaßflansch 2 und einem Auslaßflansch 3 für das Medium. In dem Ventilkörper 1 ist ein Hohlkörper 4 hängend angeordnet, dessen Inneres eine Kammer bildet und dessen Umriß den Verlauf eines Spitzbogens hat* der Jedoch der Einfachheit halber im folgenden als Kegelkörper bezeichnet wird. Die Kammer im Inneren des Kegelkörpers steht über eine Bohrung 5» die durch eine mittels einer Schraube 7 einstellbare! Nadel 6 gedrosselt werden kann, mit dem Einlaß des Ventils in Verbindung.

Das obere Ende der Kammer ist durch einen Körper δ verschlossen, der den Ventilkörper 1 nach oben vervollständigt.

Ein in seinem rückwärtigen Teil becherförmig ausgebildeter Ventilteller 9 gleitet in axialer Richtung in dem Vorderteil des Kegelkörpers 4 und ruht dicht schließend auf dem in einem Körper 11 ausgebildeten Ventilsitz 10, der den Ventilkörper 1 nach vorne vervollständigt und den auslaßseitigen Flansch 3 aufweist. Der Ventilkörper 1 besitzt außerdem eine radiale Bohrung 12, die nach außen mündet und durch einen Stopfen 13

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verschlossen 1st, dessen Aufgabe noch erläutert werden wird. Auslaßseitig des Ventilsitzes 10 besitzt der Körper 11 eine Bohrung 14, die durch einen Stopfen 15 verschlossen ist.

Der Ventilteller weist eine Stirnbohrung 16 auf, die etwas weiter als die Bohrung 5 ist, die sich in Strömungsrichtung vor dem Teller befindet.

Eine Feder 17 drückt den Ventilteller 9 gegen seinen Sitz 10 solange kein Durchfluß durch das Ventil stattfindet.

Die Stirnbohrung 16 des Ventiltellers kann durch eine Nadel 18 verschlossen oder gedrosselt werden, die in·axialer Richtung in einem Sitz 19 gleitet, der einstückig mit dem Kegelkörper verbunden ist.

Die axiale Lage der Nadel 18 wird durch die Lage eines Gabelhebels 20 bestimmt, der um einen Drehzapfen 21 schwingt und in einen Klotz 22 auf der Nadel 18 eingreift.

Der Gabelhebel wird in seiner Lage durch äußere elastische Mittel verschiedener Arten gehalten, die noch beschrieben werden werden. Gegen den Klotz 22 der Nadel 18 stützt sich außerdem die Basis eines Stempels 23* der axial aus dem Kegelkörper 4 herausragt und an seinem äußeren Ende eine Scheibe oder einen anderen äquivalenten passiven Strömungswiderstand 24 trägt. Die Scheibe 24 befindet sich genau im Zentrum der Einlaßöffnung für das Medium und nimmt den Staudruck der Flüssigkeitsfäden der Strömung auf.

Der Gabelhebel 20 wird durch den Drehzapfen 21 betätigt, der aus dem Körper 8 herausgeführt ist und eine Verlängerung 26 besitzt, mit welcher die elastischen Mittel verbunden sind, die dem auf die Naht 18 wirkenden Staudruck entgegenwirken.

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Die Pig. 1 und 2 veranschaulichen die einfachste erzielbare Form der Reglung, d.h. einer Regelung, bei welcher der Grad der öffnung des Ventiltellers nur auf die Durchflußmenge des das Ventil durchströmenden Mediums anspricht.

In diesem Fall besitzt die Verlängerung 26 an ihrem Ende einen rechtwinklig hierzu verlaufenden Stift 27, der seinerseits mit einer Feder 28 verbunden ist, deren Spannung mit Hilfe einer kalibrierten Mikrometerschraube 29 einstellbar ist.

Es ist hier festzuhalten, daß die in der Figur der Einfachheit halber wiedergegebene Stellung der Feder nicht die günstigste für die erforderliche Konstanthaltung des durch die Feder erzeugten Drehmomentes auf die Achse 21 ist; es ist ersichtlich günstiger, hierzu die Feder geneigt gegen die durch die Achse 21 verlaufende Vertikale anzuordnen.

Bei geschlossenem Ventil (Fig. 1) wird der Ventilteller 9 gegen den Sitz IO durch die Kraft der Feder 17 und in größerem Maße noch durch den einlaßseitlgen Druck gedrückt, der größer als der auslaßseitige Druck hinter dem Ventilsitz 10 ist. In diesem Zustand verschließt die Nadel 18 die Stirnbohrung 16 unter der Wirkung der Feder 30, die in dieser Richtung auf den Gabelhebel 20 wirkt und die Kraft der Feder 28 überwindet.

Das öffnen des Ventils geschieht in diesem Fall durch Betätigung des Hebels 25, der die Wirkung der Feder 30 aufhebt. In diesem Fall wird die Nadel 18 infolge der Wirkung der Feder 28 zurückgezogen und gibt die Stirnbohrung 16 frei. Da die letztere weiter ist als die Bohrung 5, tritt eine Druckverminderung im Inneren des Kegelkörpers 4 (in Strömungsrichtung) vor dem Ventilteller ein und letzterer wird infolge der Querschnittsdifferenz zwischen seinem Gleitsitz in der Kammer und dem Ventilsitz 10 zurückgezogen und daher geöffnet. Beim Zu-

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rückziehen des Ventiltellers wird zwangsläufig die Stirnbohrung 16 auf die Nadel 18 geschoben, so daß der Ventilteller in einer Gleichgewichtslage mit der Nadel 18, die die Stirnbohrung 16 drosselt, stehenbleibt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat die Feder 28 das Bestreben, die Nadel 18 von der Stirnbohrung 16 wegzuziehen, wodurch das öffnen des Ventils begünstigt wird, wohingegen die Nadel 18 während des Betriebes des Ventils durch den auf die Scheibe 2*4 wirkenden Staudruck in die entgegengesetzte Richtung belastet wird. In diesem Zustand wird das benötigte Gleichgewicht zwischen dem Staudruck, der vom Durchfluß abhängt und der Wirkung der Feder 28 erzeugt , so daß der Durchfluß durch das Ventil unabhängig von den Drücken vor oder hinter dem Ventil im wesentlichen konstant gehalten wird.

Wie ohne weiteres ersichtlich, bewirkt eine Verminderung des Durchflusses eine Verminderung des Staudruckes auf die Scheibe 2¹I, wodurch die Wirkung der Feder 28 überwiegt ,und die Nadel 18 von dem Ventilteller 9 wegzieht, so daß letzterer sich in eine neue Gleichgewichtsstellung bewegt, die einer größeren Öffnung des Ventils entspricht, womit der vorherige Durchfluß wiederhergestellt ist. Der umgekehrte Vorgang tritt bei einer Vergrößerung des Durchflusses ein, der eine Verschiebung des Ventiltellers 9 nach rechts in Fig. 1 verursacht.

Neben dem Durchfluß und damit dem Staudruck gegen die Scheibe können die Regelorgane des Ventils auch durch den Druck hinter dem Ventil, den Druck vor dem Ventil oder irgendeinen Differenzdruck, der jedoch stets zusammen mit dem Staudruck wirkt, beeinflußt werden, so daß die Arbeitsweise des Ventile an die verschiedensten Erfordernisse sowohl hinsichtlich der Art dee geregelten Mediums als auch der in der Leitung liegenden Geräte angepaßt werden kann.

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Im übrigen kann der Hebel 25 durch eine passende ein- oder zweistufige Servo-Steuerung für das öffnen und Schließen ersetzt werden. Eine dieser Einrichtungen ist in Fig. 3 dargestellt, die eine Einrichtung zur Regelung sowohl des Durchflusses als auch des Druckes hinter dem Ventil zeigt. Hierzu wirken auf den Hebel 20 einerseits die Feder 28 und andererseits in entgegengesetzter Richtung der Stempel eines einfach wirkenden Kolbens 31, der über den Anschluß 14 beaufschlagt wird.

Weiterhin kann die vorstehende Regeleinrichtung durch Entfernung der Scheibe 2¹I autonom, also unabhängig vom Durchfluß arbeiten und es kann durch umgekehrte Anordnung oder Anordnung auf der anderen Seite der Druck vor dem Ventil geregelt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ventils, das im dargestellten Fall ein- Durchflußregelventil ist.

Die Strömung des Mediums ist in diesem Ventil umgekehrt wie in den vorher dargestellten Beispielen, d.h. sie verläuft von rechts nach links in Fig. 4.

Das Ventil besteht wiederum aus einem Ventilkörper 101 und besitzt einen einlaßseitigen Flansch 103 sowie einen auslaßseitigen Flansch 103.

Im Inneren des Ventilkörpers 101 ist ein Hohlkörper 104 aufgehängt, dessen Außenumriß die Form eines Spitzbogens hat und der wiederum der Einfachheit halber als Kegelkörper bezeichnet wird. Die Kammer im Inneren dieses Kegelkörpers besitzt eine stirnseitige öffnung in Richtung auf den Ventileinlaß sowie eine nach oben gerichtete öffnung. Die nach oben gerichtete öffnung der Kammer ist durch eine Platte 105 verschlossen, die unmittelbar auf dem Ventilkörper 101 befestigt ist. Die stirnseitige öffnung der Kammer ist durch einen becherförmigen Körper

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106 verschlossen. Dieser ist gegenüber dem Kegelkörper in dessen stirnseitiger Öffnung axial verschieblich und ruht auf einem Ventilsitz 107, der in dem Körper 108 ausgebildet ist, der sich an den Ventilkörper 101 einlaßseitig anschließt und den Einlaßflansch 10J besitzt. Der Körper 108 ist mit dem Ventilkörper über eine Reihe von Schrauben 109 verbunden.

An der Stirnseite des becherförmigen Körpers 106 ist mittels Schrauben 111 ein tellerförmiger Körper 110 befestigt. Im Inneren des Kegelkörpers 104 ist in axialer Richtung ein Hohlzylinder 112 angeordnet, der an dem den becherförmigen Körper gegenüberliegenden Ende der Kammer freitragend befestigt ist. Von dem becherförmigen Körper 106 führt ein hohlzylindrischer Fortsatz in den Hohlzylinder 112. Der Hohlzylinder 112 ist mit Bohrungen 114 versehen, die die Kammer im Inneren des Kegelkörpers 104 mit dem Ventilauslaß verbinden. Diese Bohrungen 114 können durch einen verschieblichen Hohlzylinder 115 verschlossen oder gedrosselt werden, der zwei einander gegenüberliegende Bohrungen 116 aufweist und mit einem Stempel 117 verbunden ist. Dieser Stempel 117 erstreckt sich durch den tellerförmigen Körper 110 hindurch über die Kegelkammer 104 hinaus und trägt an seinem Ende eine Scheibe 118. Eine durch den einlaßseltigen Körper 108, den Ventilkörper 101 und die Plätte 105 verlaufende Bohrung 119 verbindet den Ventileinlaß mit der Kammer im Inneren des Kegelkörpers 104. Die Bohrung 119 kann durch eine von außen betätigte Nadel 120 geschlossen oder gedrosselt werden.

Unter der Platte 105 ist eine feste Gabel 121 befestigt, die eine Schwingplatte 122 trägt. Diese Schwingplatte wird in ihrer Lage durch eine Schraube 123 gehalten, die einer Feder 124 entgegenwirkt. Eine Blattfeder 125 ist unter der Schwingplatte 122 befestigt und liegt auf einer mit dem Stempel 117 einstükkigen Scheibe 126 derart auf, daß sie diesen Stempel nach rechts in Fig. 4 schiebt.

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Der Hohlzylinder 112 besitzt eine öffnung 127, durch welche die Feder 125 hindurchgeht. Die Arbeitsweise dieses Ventils ist ähnlich derjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Xm Betrieb strömt das am Einlaß des Ventils rechts in Fig. 4 eintretende Medium zwischen dem becherförmigen Körper 106 und dem Ventilsitz 107 hindurch und umgibt den Kegelkörper 104 von außen, wonach das Medium über den Auslaß links in Fig. 4 ausströmt. Der Durchfluß hängt offensichtlich von der Stellung des becherförmigen Körpers 106 ab. Die von diesem becherförmigen Körper eingenommene Stellung ist eine Gleichgewichtsstellung, die proportional zum Durchfluß ist. Wenn der Durchfluß abnehmende Tendenz hat, nimmt auch der Staudruck des Mediums auf die Scheibe 118 ab und die Wirkung der Feder 125 überwiegt. Der Stempel 117 bewegt sich nach rechts und nimmt den Hohlzylinder 115 mit. Dadurch werden die Kanäle 114 weiter geöffnet, so daß sich der Druck in der Kammer im Inneren des Kegelkörpers vermindert, wodurch der becherförmige Körper 106 weiter öffnet, bis der eingestellte Durchfluß wieder hergestellt ist. Bei steigender Tendenz des Durchflusses verursacht der größere Staudruck auf die Scheibe 118 eine stärkere Drosselung der Bohrungen 114 und eine entsprechende Erhöhung des Druckes im Inneren des Kegelkörpers 104. Dies bewirkt ein weiteres Schließen des becherförmigen Körpers bis der benötigte oder eingestellte Durchfluß wieder hergestellt 1st.

Die Erfindung ist nicht auf Regelventile mit einem feststehenden hohlen Kegelkörper im Inneren beschränkt, sondern auch auf Ventile anderen konstruktiven Aufbaus anwendbar.

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Claims (2)

D'r>l.-iia Dipl. oec. ?.-.·· ^I/Nvv \LT ** 20.2.1973 n21 - toaaa&. 81 7388-IV/He. Telefon 561762 Giuseppe Teatini Patentansprüche:

1.) Regelventil für flüssige oder gasförmige Medien wie z.B. Treibstoffe, mit Servo-Betätigung durch das geregelte Medium, bestehend aus einem becherförmigen Ventilteller, der in einer in dem Ventilkörper befindlichen Kammer teleskopartig geführt ist und mit dem Medium elnlaßseitig des Ventilsitzes über eine erste Bohrung im Ventilkörper und mit dem Medium auslaßseitig des Ventilsitzes über eine zweite Bohrung in dem Ventilteller in Verbindung steht, wobei der Querschnitt der zweiten Bohrung größer als derjenige der ersten Bohrung ist und die zweite Bohrung durch eine Ventilnadel absperrbar oder drosselbar ist, die etwa in der Längsachse des Einlasses und des damit fluchtenden Auslasses für das Medium liegt und axial durch von außen einstellbare elastische Einrichtungen verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Nadel (18) sich durch die Kammer (4) im Ventilkörper (1) hindurch nach außen erstreckt und in einer zur Nadel (18) rechtwinkligen Scheibe (2M) endet, die annähernd in der Mitte der Strömungsfäden des eintretenden Mediums liegt und dem Staudruck zumindest eines Teils derselben ausgesetzt ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßflansch (2) und der Aüslaßflansch (3) etwa koaxial und fluchtend mit der Nadel (18) und der mit dieser verbundenen Scheibe (24) verlaufen.

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